Análise de fallos comúns e medidas correctivas para interruptores de vácuo de media tensión

O papel dos interruptores de circuito a vácuo nos sistemas de subestações e análise de falhas comuns

Quando ocorrem falhas no sistema de subestação, os interruptores de circuito a vácuo desempenham um papel crítico de proteção, interrompendo sobrecargas e correntes de curto-circuito, garantindo a operação segura e estável dos sistemas de energia. É essencial reforçar a inspeção e manutenção rotineiras dos interruptores de circuito a vácuo de média tensão (MT), analisar as causas comuns de falhas e implementar medidas corretivas eficazes para melhorar a confiabilidade da subestação, proporcionando assim maiores benefícios econômicos e sociais.

1. Estrutura dos interruptores de circuito a vácuo

1.1 Componentes básicos

Um interruptor de circuito a vácuo geralmente consiste nos seguintes componentes-chave: mecanismo de operação, unidade de interrupção de corrente, sistema de controle elétrico, suporte isolante e estrutura de base.

Os mecanismos de operação podem ser classificados em eletromagnéticos, a mola, de ímã permanente, pneumáticos e hidráulicos. Com base na posição relativa do mecanismo de operação e do interrompedor, os interruptores de circuito a vácuo são categorizados como integrados, suspensos, modulares totalmente fechados, montados em pedestal ou montados no chão.

1.2 Interrompedor a vácuo

O interrompedor a vácuo é o componente central que permite o funcionamento adequado do interruptor de circuito a vácuo. Ele compreende uma envoltória isolante, escudo, acordeão, haste condutora, contatos móveis e fixos, e tampas de extremidade.

Para manter a extinção eficaz do arco, o vácuo interno deve ser preservado—geralmente a uma pressão inferior a 1,33×10⁻² Pa. Foram realizados avanços significativos nos materiais, processos de fabricação, estrutura, tamanho e desempenho dos interrompedores a vácuo.

A envoltória isolante é geralmente feita de cerâmica de alumina ou vidro. As envoltórias de cerâmica oferecem maior resistência mecânica e estabilidade térmica e são agora amplamente adotadas. O contato móvel está localizado na parte inferior, conectado à haste condutora. Uma manga guia garante o movimento vertical preciso e suave.

Para monitorar o desgaste dos contatos, um marcador de ponto é colocado na superfície externa do interrompedor. Observando o deslocamento deste marcador em relação à extremidade inferior, pode-se estimar o grau de erosão do contato.

O caminho de corrente e a interrupção do arco ocorrem na lacuna entre os contatos móveis e fixos. Os componentes metálicos são suportados e selados pela envoltória isolante, que é soldada ao escudo, contatos e outras partes metálicas para manter a integridade do vácuo.

O escudo de aço inoxidável, flutuante eletricamente e circundando os contatos, desempenha um papel vital: durante a interrupção da corrente, ele captura vapor metálico do arco, impedindo a deposição no isolante e preservando a força da isolação interna.

2. Falhas comuns nos interruptores de circuito a vácuo de média tensão

2.1 Redução do nível de vácuo

A perda de vácuo é uma falha crítica, mas frequentemente não detectada. Muitas instalações carecem de equipamentos de monitoramento quantitativo ou qualitativo de vácuo, complicando o diagnóstico.

A degradação do vácuo encurta a vida útil do interruptor, prejudica a capacidade de interrupção de corrente e pode levar a falhas catastróficas ou explosões. As causas incluem:

• Características mecânicas pobres, como excesso de sobrecurso, rebote de contato ou assincronismo de fase.

• Sobrecurso excessivo da ligação durante a operação.

• Defeitos de fabricação na garrafa de vácuo (por exemplo, vedação inadequada ou defeitos de material).

• Vazamento no acordeão devido a fadiga ou danos.

2.2 Falha de isolamento

Muitos interruptores de vácuo utilizam isolamento composto, embutindo o interrompedor em uma caixa de resina epóxi. No entanto, se as partes de alta tensão não forem totalmente encapsuladas, fatores ambientais podem comprometer o isolamento.

O calor gerado durante a operação pode ainda mais degradar o desempenho do isolamento, aumentando o risco de falha.

2.3 Rebote excessivo de contato e operação assíncrona

O rebote prolongado do contato durante o fechamento e a operação de abertura/fechamento assíncrona podem resultar de:

• Desempenho mecânico subpadrão do interruptor.

• Hastes isolantes ou estruturas de suporte defeituosas.

• Desalinhamento entre o plano de contato e o eixo central do interruptor.

2.4 Armazenamento incompleto de energia da mola

Após o fechamento, o mecanismo de mola pode falhar em armazenar completamente a energia devido a:

• Desconexão prematura do circuito de armazenamento devido a configurações incorretas do interruptor de fim de curso.

• Derrapagem do engrenagem devido ao desgaste severo.

• Envelhecimento do motor de armazenamento.

• Tensão elevada da mola causando viagem incompleta do eixo.

2.5 Malfuncionamento e falha de operação

• Deformação do contato: Materiais de contato macios podem deformar-se após operações repetidas, levando a contato pobre e perda de fase.

• Falha de disparo: Causada por engate insuficiente do travamento de disparo, derrapagem do pino, tensão de disparo baixa ou contato auxiliar pobre.

• Falha de fechamento: Resulta de tensão de fechamento baixa, placas de ligação deformadas, dimensões incorretas do travamento, erros de conexão ou contato auxiliar pobre.

3. Medidas de prevenção e remediação de falhas

3.1 Prevenção da degradação do vácuo

A inspeção regular da garrafa de vácuo é essencial. Use um teste de vácuo para medição quantitativa ou realize testes de resistência a tensão para avaliação qualitativa. Se for detectada perda de vácuo, substitua o interrompedor e reteste o sobrecurso, sincronização e rebote para garantir a conformidade.

3.2 Prevenção e tratamento de falhas de isolamento

Aplique a tecnologia APG (Gelificação Automática sob Pressão) e colunas de pólos solidamente seladas para encapsular o interrompedor e os terminais de saída. Isso reduz o tamanho e protege contra efeitos ambientais.

Teste regularmente o desempenho do isolamento e preveja a vida útil do isolamento usando equipamentos especializados. Siga procedimentos rigorosos de instalação, comissionamento e manutenção para evitar erros humanos. Limpe e inspecione regularmente os isolantes e hastes de tração para prevenir falhas relacionadas a poeira.

3.3 Abordagem do rebote de contato e assincronismo

Insira uma arruela plana entre a haste de tração isolante e a alavanca de transmissão para reduzir o rebote do contato. Ajuste o alinhamento vertical da face do contato final para minimizar o rebote.

Para a operação assíncrona, use um teste de características do interruptor para medir o tempo de rebote de fechamento, tempos de operação trifásica e sincronização de fase. Com base nos resultados, ajuste o comprimento da haste de tração dentro dos limites especificados de viagem e sobrecurso para alcançar a sincronização.

3.4 Resolução do armazenamento incompleto da mola

• Substitua os motores de armazenamento envelhecidos.

• Melhore a precisão de montagem dos componentes de disparo e intertravamento.

• Aumente o tratamento térmico das engrenagens de armazenamento para prevenir o desgaste e a derrapagem.

3.5 Prevenção de malfuncionamento e falha de operação

Aumente a confiabilidade do circuito de controle, assegurando os contatos auxiliares e otimizando os mecanismos de ligação para prevenir a deformação ou o desalinhamento. Garanta conexões de fiação confiáveis.

Mantenha um ambiente de operação limpo e lubrifique as peças móveis para prevenir falhas causadas por ferrugem e contaminação.

Para falhas no circuito de fechamento, inspecione o interruptor auxiliar montado na base. Use um multímetro para verificar a continuidade no conector secundário. Se o conector estiver aberto, teste a continuidade entre os terminais do interruptor auxiliar e o conector para localizar a falha.

4. Conclusão

Em resumo, para garantir o funcionamento confiável dos interruptores de circuito a vácuo, as empresas e o pessoal devem identificar as causas raiz das falhas comuns—como perda de vácuo, falha de isolamento, rebote de contato, problemas de armazenamento da mola e malfuncionamento—and implementar medidas preventivas e corretivas eficazes. A manutenção proativa e a otimização técnica são fundamentais para minimizar falhas e melhorar a segurança, eficiência e longevidade dos sistemas de subestação.