Mesura de la condició al buit a l'interruptor de buit mitjançant el mètode de monitoratge de pressió mecànica

Monitoratge de les condicions de buit en interruptors de buit

Els interruptors de buit (IB) serveixen com a mitjà principal d'interrupció del circuit per als sistemes elèctrics de mitja tensió i s'estan utilitzant cada vegada més en sistemes de baixa, mitja i alta tensió. El rendiment dels IB depèn de mantenir una pressió interna inferior a 10 hPa (on 1 hPa equival a 100 Pa o 0,75 torr). Abans de sortir de la fàbrica, els IB es provin per assegurar-se que la seva pressió interna és ≤10^-3 hPa.
El rendiment d'un IB està relacionat amb el seu nivell de buit; no obstant això, no és simplement proporcional a la pressió interna. En canvi, la pressió dins d'un IB es pot categoritzar en tres grups:

•    Baixa Pressió: Inferior a 10^-6 hPa
•    Pressió Intermitja: D'aproximadament 10^-3 hPa fins a la pressió mínima de Paschen
•    Alta Pressió: Generalment indicativa d'un fal·ler que porta a l'exposició a l'aire

En el rang de baixa pressió, els IB funcionen eficientment. No obstant això, en el rang intermig, tant la resistència dielèctrica com les capacitats d'interrupció es deterioren, una degradació que continua en el rang "fins a l'aire". Curiosament, mentre que el rendiment dielèctic és el més baix en les pressions intermig, realment millora una mica en el rang fins a l'aire, encara que no arriba al nivell observat en el rang de baixa pressió.
És crucial reconèixer que cap de les tècniques de monitoratge discutides cobreix tot el rang de pressions dins d'un IB, des de la baixa pressió fins a les condicions d'aire. Cada tècnica s'aplica a un rang específic, detallat en el text i resumit a la Taula 1. A més, l'eficàcia de certes mètodes varia segons el disseny de l'IB, i alguns resultats poden ser influenciats per la composició i la pressió dels gasos que podrien filtrar-se a l'IB, com l'aire atmosfèrica o el gas SF6 utilitzat en l'equip de commutació GIS.

La implementació extensa d'IB en l'equip de commutació de mitja tensió subratlla el repte de confirmar la integritat del buit en el camp, especialment després de dècades de servei. Les inspeccions d'IB després de més de 20 anys d'ús han donat resultats mixtes. És important tenir en compte que els IB són només un component d'un sistema més gran; la funcionalitat del mecanisme, la circuitària de control, el disseny del circuit i altres elements són igualment crítics per al funcionament efectiu dels IB.

La Taula 1 proporciona un resum de les aplicacions generals d'aquestes tècniques de monitoratge en entorns de SF6, juntament amb consideracions pràctiques per al seu ús amb equip de commutació GIS. Aquesta taula també detalla els resultats de diversos mètodes de prova, posant de manifest la complexitat involucrada en assegurar la fiabilitat a llarg termini dels IB en contextos operatius diversificats. Comprendre aquests matisos és essencial per optimitzar el rendiment i la longevitat dels sistemes elèctrics que depenen de la tecnologia d'interruptors de buit.

Mesura de la condició dels Interruptors de Buit Utilitzant el Monitoratge Mecànic de la Pressió

La pressió atmosfèrica exerceix una força de tancament substancial sobre el terminal mòbil dels interruptors de buit (IB). Per als IB utilitzats en interruptors, aquesta força sol ser de diverses centenes de newtons. Quan el buit dins de l'IB es perdi completament, la pressió interna es iguala amb la pressió atmosfèrica externa, reduint significativament la força de tancament i alterant el comportament mecànic de l'IB. Els mètodes diagnòstics basats en la detecció d'aquest canvi només poden identificar quan l'IB ha perdut completament el seu buit, és a dir, quan ha esdevingut "fins a l'aire." Notablement, fins i tot a pressions tan altes com les properes al mínim de Paschen, hi ha suficient pressió dins de l'IB per mantenir la força de tancament total.

Mètode Principal per al Monitoratge Mecànic de la Pressió

L'enfocament principal per al monitoratge mecànic de la pressió implica afegir un component mòbil addicional a l'IB mitjançant un campanari o un mecanisme similar (veure la Figura 1). Quan el buit es perdi completament, aquesta part addicional es mou degut a l'igualació de les pressions interna i externa. A diferència del contacte mòbil, que està restringit pel mecanisme de l'interruptor, aquesta part addicional és lliure de moure's. Un sistema de detecció monitoritza els canvis de posició d'aquest component addicional i reacciona en conseqüència. Depenent del sistema de detecció utilitzat, aquesta configuració permet un monitoratge continu de l'IB. El moviment de la part addicional es determina pel seu propi disseny en lloc del disseny general de l'IB, fent que aquest mètode sigui aplicable a IB de baixa, mitja i alta tensió.
Consideracions Pràctiques

Encara que teòricament possible, utilitzar la força de tancament sobre el terminal mòbil de l'IB per detectar la pèrdua de buit presenta reptes. La pressió atmosfèrica normalment aplica una força de diverses centenes de newtons al terminal mòbil de l'IB, mentre que l'interruptor mateix aplica una força de tancament de diverses milers de newtons. Per tant, identificar una reducció de la força de tancament de l'IB a través del comportament mecànic de l'interruptor és difícil degut a la magnitud relativament petita de la força de tancament de l'IB comparada amb la de l'interruptor. En els contactors de buit, però, on la força aplicada pel mecanisme del contactor és menor, diagnosticar la pèrdua completa de buit a través del comportament mecànic pot ser més factible.

Emprant un component mòbil addicional i un sistema de detecció, el monitoratge mecànic de la pressió ofereix una solució pràctica per avaluar de manera contínua la condició de buit dels IB. Aquesta tècnica proporciona un mitjà fiable per detectar la pèrdua total de buit, encara que no pot identificar augmentos parcials de la pressió dins de l'IB. No obstant això, representa una eina valuosa per assegurar la integritat i la funcionalitat dels IB en diversos nivells de tensió i aplicacions.

Aquest mètode assegura que qualsevol pèrdua significativa de buit es detecti prontament, permetent accions de manteniment o substitució oportunes, així augmentant la fiabilitat i la seguretat dels sistemes elèctrics que depenen dels IB.

Antecedents del Monitoratge dels Interruptors de Buit Utilitzant el Mètode de Monitoratge Mecànic de la Pressió

La tècnica de monitoratge mecànic de la pressió avaluï la integritat del buit d'un Interruptor de Buit (IB) detectant canvis en el comportament mecànic deguts a la pèrdua de força de tancament causada per la pressió atmosfèrica sobre el terminal mòbil. Aquest mètode proporciona una mesura binària, passa/falla, indicant si l'IB ha perdut el seu buit i és "fins a l'aire." Les pressions al voltant del mínim de Paschen i altres punts crítics on el rendiment del IB comença a deteriorar-se són massa baixes per causar qualsevol canvi mecànic detectable amb aquest mètode.

Avantatges i Inconvenients del Mètode de Monitoratge Mecànic de la Pressió

Avantatges:
•    Compatibilitat: El mètode és generalment compatible amb diversos tipus d'aislament, inclosos SF6, oli i aislament sòlid, sempre que es puguin gestionar qüestions pràctiques com les restriccions d'espai i la guiatge de la llum cap a l'equip de detecció.
•    Beneficis de la Tècnica Òptica: L'ús d'una tècnica òptica permet traslladar components no òptics al compartiment de baixa tensió de l'equip de commutació, el que pot millorar la seguretat i la facilitat de manteniment.
Inconvenients:
•    Requisit d'Instal·lació: La part mòbil necessària per al monitoratge de la pressió ha de ser instal·lada durant la fabricació inicial de l'IB. No es pot retrofitejar a IB ja construïts. Encara que podrà ser teòricament possible integrar IB dotats amb aquesta característica en interruptors existents juntament amb l'equip de monitoratge necessari, els reptes pràctics relacionats amb l'ajust de l'extensió per a la part addicional en instal·lacions existents sovint ho fan impracticable.
•    Preocupacions de Fiabilitat: La fiabilitat de l'equip de mesura comparada amb l'IB mateix suposa un risc significatiu. Les parts adicionals soldades a l'IB introdueixen possibles noves vies de fuga i poden ser més susceptibles a danys durant la instal·lació, potencialment conduint a la pèrdua de buit.

Fragilitat dels Components:

• Tècniques Òptiques: Les fibres òptiques utilitzades en el sistema de detecció són vulnerables a la desalineació, daños durant la instal·lació i obstruccions per condensació o pols.

• Mètode de Contacte Elèctric: La detecció de moviment via contactes elèctrics requereix un microcircuit alimentat prop de l'IB, que també ha de estar aïllat elèctricament. Això introdueix diversos modes de fallada possibles, incloent problemes amb la fiabilitat del microcircuit, la transmissió exitosa del senyal, l'alimentació del circuit i el manteniment de l'aïllament elèctric.

En resum, tot i que el mètode de monitoratge mecànic de la pressió ofereix una manera directa de confirmar si un IB ha perdut completament el seu buit, té notables limitacions. Aquestes inclouen la incapacitat de retrofitejar IB existents, preocupacions de fiabilitat amb components addicionals i reptes pràctics relacionats amb la instal·lació i l'operació. Una consideració cuidadosa d'aquests factors és essencial quan es decideix sobre la idoneïtat d'aquest mètode per a aplicacions específiques. Assegurar un disseny robust i una implementació adequada pot ajudar a mitigar alguns d'aquests riscs, així augmentant la fiabilitat i l'eficàcia general dels sistemes de monitoratge dels interruptors de buit.