Análisis de Fallos Comunes y Medidas Correctivas para Interruptores de Media Tensión con Vacío
El papel de los interruptores de circuito de vacío en los sistemas de subestaciones y el análisis de fallos comunes
Cuando ocurren fallos en el sistema de subestaciones, los interruptores de circuito de vacío desempeñan un papel de protección crítico al interrumpir sobrecargas y corrientes de cortocircuito, asegurando la operación segura y estable de los sistemas de energía. Es esencial fortalecer la inspección y mantenimiento rutinarios de los interruptores de circuito de vacío de media tensión (MV), analizar las causas comunes de fallos y aplicar medidas correctivas efectivas para mejorar la confiabilidad de las subestaciones, lo que resulta en mayores beneficios económicos y sociales.
1. Estructura de los interruptores de circuito de vacío
1.1 Componentes básicos
Un interruptor de circuito de vacío típicamente consta de los siguientes componentes clave: mecanismo de operación, unidad de interrupción de corriente, sistema de control eléctrico, soporte aislante y bastidor base.
Los mecanismos de operación se pueden clasificar en electromagnéticos, de muelle, de imán permanente, neumáticos e hidráulicos. Basándose en la posición relativa del mecanismo de operación y el interruptor, los interruptores de circuito de vacío se categorizan como integrados, suspendidos, modulares totalmente cerrados, montados en pedestal o de piso.
1.2 Interruptor de vacío
El interruptor de vacío es el componente central que permite el funcionamiento adecuado de un interruptor de circuito de vacío. Comprende una envoltura aislante, escudo, fuelle, varilla conductora, contactos móviles y fijos, y tapas de extremo.
Para mantener una extinción de arco efectiva, se debe preservar el vacío interno, generalmente a una presión inferior a 1,33×10⁻² Pa. Se han realizado avances significativos en los materiales, procesos de fabricación, estructura, tamaño y rendimiento de los interruptores de vacío.
La envoltura aislante se fabrica comúnmente con cerámica de óxido de aluminio o vidrio. Las envolturas de cerámica ofrecen mayor resistencia mecánica y estabilidad térmica y son ampliamente adoptadas. El contacto móvil está ubicado en la parte inferior, conectado a la varilla conductora. Un tubo guía asegura un movimiento vertical preciso y suave.
Para monitorear el desgaste de los contactos, se coloca un marcador en la superficie exterior del interruptor. Observando el desplazamiento de este marcador en relación con el extremo inferior, se puede estimar el grado de erosión de los contactos.
La ruta de la corriente y la interrupción del arco ocurren en la brecha entre los contactos móvil y fijo. Los componentes metálicos están soportados y sellados por la envoltura aislante, que se une al escudo, contactos y otras partes metálicas para mantener la integridad del vacío.
El escudo de acero inoxidable, flotante eléctricamente y rodeando los contactos, juega un papel vital: durante la interrupción de la corriente, captura el vapor metálico del arco, evitando su depósito en el aislador y preservando la fuerza de aislamiento interna.
2. Fallos comunes en interruptores de circuito de vacío de media tensión
2.1 Nivel reducido de vacío
La pérdida de vacío es un fallo crítico pero a menudo no detectado. Muchas instalaciones carecen de equipos de monitoreo cuantitativo o cualitativo de vacío, complicando el diagnóstico.
La degradación del vacío reduce la vida útil del interruptor, impide la capacidad de interrupción de corriente y puede llevar a fallas catastróficas o explosiones. Las causas incluyen:
Características mecánicas deficientes, como exceso de recorrido, rebote de contactos o asincronía de fase.
Recorrido excesivo de la transmisión durante la operación.
Defectos de fabricación en el recipiente de vacío (por ejemplo, sellado deficiente o defectos de material).
Fugas en el fuelle debido a fatiga o daño.
2.2 Fallo de aislamiento
Muchos interruptores de vacío utilizan aislamiento compuesto, incrustando el interruptor en un alojamiento de resina epoxi. Sin embargo, si las partes de alta tensión no están completamente encapsuladas, los factores ambientales pueden comprometer el aislamiento.
El calor generado durante la operación puede degradar aún más el rendimiento del aislamiento, aumentando el riesgo de fallo.
2.3 Rebote excesivo de los contactos y operación asincrónica
El rebote prolongado de los contactos durante el cierre y la operación asincrónica de apertura/cierre pueden resultar de:
Rendimiento mecánico subestándar del interruptor.
Varillas aislantes de tracción defectuosas o estructuras de soporte.
Desalineación entre el plano de contacto y el eje central del interruptor.
2.4 Almacenamiento incompleto de la energía del muelle
Después del cierre, el mecanismo de muelle puede no almacenar completamente la energía debido a:
Desconexión prematura del circuito de almacenamiento causada por ajustes incorrectos del interruptor de límite.
Deslizamiento de engranajes debido a desgaste severo.
Envejecimiento del motor de almacenamiento.
Tensión de muelle alta que causa un recorrido incompleto del eje.
2.5 Malfuncionamiento y falta de operación
Deformación de los contactos: Materiales blandos de contacto pueden deformarse después de operaciones repetidas, lo que lleva a un mal contacto y pérdida de fase.
Fallo de disparo: Causado por un enganche de disparo insuficiente, deslizamiento de pasadores, voltaje de disparo bajo o contacto auxiliar pobre.
Fallo de cierre: Resulta de voltaje de cierre bajo, placas de transmisión deformadas, dimensiones incorrectas del enganche, errores de cableado o contacto auxiliar pobre.
3. Medidas de prevención y remediación de fallos
3.1 Prevención de la degradación del vacío
Es esencial realizar inspecciones regulares del recipiente de vacío. Utilice un probador de vacío para medición cuantitativa o realice pruebas de tensión de resistencia para evaluación cualitativa. Si se detecta pérdida de vacío, reemplace el interruptor y vuelva a probar el recorrido, la sincronización y el rebote para asegurar el cumplimiento.
3.2 Prevención y tratamiento de fallos de aislamiento
Aplicar la tecnología APG (Gelificación Automática por Presión) y columnas de polo sólidamente selladas para encapsular el interruptor y los terminales de salida. Esto reduce el tamaño y protege contra los efectos ambientales.
Realice pruebas regulares del rendimiento del aislamiento y prediga la vida útil del aislamiento utilizando equipos especializados. Siga procedimientos estrictos de instalación, puesta en marcha y mantenimiento para prevenir errores humanos. Limpie y inspeccione regularmente los aisladores y las varillas de tracción para prevenir fallos por polvo.
3.3 Abordar el rebote de los contactos y la asincronía
Inserte un anillo llano entre la varilla aislante de tracción y la palanca de transmisión para reducir el rebote de los contactos. Ajuste la alineación vertical de la cara de contacto para minimizar el rebote.
Para la operación asincrónica, utilice un probador de características de interruptor para medir el tiempo de rebote de cierre, los tiempos de operación trifásica y la sincronización de fase. Basándose en los resultados, ajuste la longitud de la varilla de tracción dentro de los límites especificados de recorrido y sobrecorrido para lograr la sincronización.
3.4 Resolución del almacenamiento incompleto del muelle
Reemplace los motores de almacenamiento envejecidos.
Mejore la precisión de montaje de los componentes de disparo y bloqueo.
Mejore el tratamiento térmico de los engranajes de almacenamiento para prevenir el desgaste y el deslizamiento.
3.5 Prevención de malfuncionamiento y falta de operación
Mejore la fiabilidad del circuito de control asegurando los contactos de los interruptores auxiliares y optimizando los mecanismos de transmisión para prevenir la deformación o desalineación. Asegúrese de conexiones de cableado confiables.
Mantenga un entorno de operación limpio y lubrique las piezas móviles para prevenir el óxido y los fallos inducidos por contaminación.
Para los fallos en el circuito de cierre, inspeccione el interruptor auxiliar montado en la base. Utilice un multímetro para verificar la continuidad en el enchufe secundario. Si el enchufe está abierto, pruebe la continuidad entre los terminales del interruptor auxiliar y el enchufe para localizar el fallo.
4. Conclusión
En resumen, para garantizar el funcionamiento confiable de los interruptores de circuito de vacío, las empresas y personal deben identificar las causas raíz de los fallos comunes, como la pérdida de vacío, el fallo de aislamiento, el rebote de los contactos, los problemas de almacenamiento de muelles y el malfuncionamiento, e implementar medidas preventivas y correctivas efectivas. El mantenimiento proactivo y la optimización técnica son clave para minimizar los fallos y mejorar la seguridad, eficiencia y longevidad de los sistemas de subestaciones.
