Analisi dei guasti comuni e contromisure per interruttori a vuoto a media tensione
Il Ruolo degli Interruttori a Vuoto nei Sistemi di Sottostazione e l'Analisi delle Principali Avarie
Quando si verificano guasti nei sistemi di sottostazione, gli interruttori a vuoto svolgono un ruolo critico di protezione, interrompendo sovraccarichi e correnti di cortocircuito, garantendo il funzionamento sicuro e stabile dei sistemi elettrici. È essenziale rafforzare le ispezioni e la manutenzione di routine degli interruttori a vuoto a media tensione (MT), analizzare le cause comuni di guasto e implementare misure correttive efficaci per migliorare l'affidabilità delle sottostazioni, fornendo così maggiori benefici economici e sociali.
1. Struttura degli Interruttori a Vuoto
1.1 Componenti Fondamentali
Un interruttore a vuoto è solitamente composto dai seguenti componenti chiave: meccanismo di azionamento, unità di interruzione della corrente, sistema di controllo elettrico, supporto isolante e telaio di base.
I meccanismi di azionamento possono essere classificati in elettromagnetici, a molla, a magnete permanente, pneumatici e idraulici. In base alla posizione relativa del meccanismo di azionamento e dell'interruttore, gli interruttori a vuoto sono ulteriormente categorizzati come integrati, sospesi, modulare completamente chiuso, su pedana o a pavimento.
1.2 Interruttore a Vuoto
L'interruttore a vuoto è il componente centrale che consente il corretto funzionamento dell'interruttore a vuoto. È composto da involucro isolante, schermo, campana flessibile, asta conduttrice, contatti mobile e fisso, e coperture terminali.
Per mantenere un'efficace spegnimento dell'arco, è necessario preservare il vuoto interno, tipicamente con una pressione inferiore a 1,33×10⁻² Pa. Sono stati realizzati significativi progressi nei materiali, nei processi di fabbricazione, nella struttura, nelle dimensioni e nelle prestazioni degli interruttori a vuoto.
L'involucro isolante è comunemente realizzato in ceramica d'allumina o vetro. Gli involucri in ceramica offrono maggiore resistenza meccanica e stabilità termica ed ora sono ampiamente adottati. Il contatto mobile si trova in basso, collegato all'asta conduttrice. Una guida assicura un movimento verticale preciso e fluido.
Per monitorare l'usura dei contatti, viene posizionato un marcatore puntiforme sulla superficie esterna dell'interruttore. Osservando lo spostamento di questo marcatore rispetto all'estremità inferiore, è possibile stimare il grado di erosione del contatto.
Il percorso di corrente e l'interruzione dell'arco avvengono nello spazio tra i contatti mobile e fisso. I componenti metallici sono supportati e sigillati dall'involucro isolante, che è saldato allo schermo, ai contatti e ad altre parti metalliche per mantenere l'integrità del vuoto.
Lo schermo in acciaio inossidabile, galleggiante elettricamente e circondante i contatti, svolge un ruolo vitale: durante l'interruzione della corrente, cattura i vapori metallici dall'arco, prevenendo la deposizione sull'isolante e preservando la forza dell'isolamento interno.
2. Guasti Comuni negli Interruttori a Vuoto a Media Tensione
2.1 Riduzione del Livello di Vuoto
La perdita di vuoto è un guasto critico ma spesso non rilevato. Molti impianti mancano di dispositivi di monitoraggio quantitativo o qualitativo del vuoto, complicando la diagnosi.
La degradazione del vuoto riduce la durata dell'interruttore, impedisce la capacità di interruzione della corrente e può portare a guasti catastrofici o esplosioni. Le cause includono:
Caratteristiche meccaniche povere come eccessiva sovrascorrimento, rimbalzo del contatto o asincronismo di fase.
Eccessivo spostamento del collegamento durante l'operazione.
Difetti di fabbricazione nella bottiglia a vuoto (ad esempio, sigillatura scarsa o difetti dei materiali).
Perdite nella campana flessibile a causa di fatica o danni.
2.2 Fallimento dell'Isolamento
Molti interruttori a vuoto utilizzano isolamento composito, incorporando l'interruttore in un contenitore di resina epoxidica. Tuttavia, se le parti ad alta tensione non sono completamente racchiuse, i fattori ambientali possono compromettere l'isolamento.
Il calore generato durante l'operazione può ulteriormente degradare le prestazioni dell'isolamento, aumentando il rischio di guasto.
2.3 Rimbalzo Eccessivo del Contatto e Operazione Asincrona
Il prolungato rimbalzo del contatto durante la chiusura e l'apertura/asincronismo possono derivare da:
Prestazioni meccaniche scadenti dell'interruttore.
Aste isolate difettose o strutture di supporto.
Sfasamento tra il piano del contatto e l'asse centrale dell'interruttore.
2.4 Accumulo Incompleto dell'Energia della Molla
Dopo la chiusura, il meccanismo a molla potrebbe non accumulare completamente l'energia a causa di:
Disconnessione prematura del circuito di accumulo causata da impostazioni errate del commutatore di fine corsa.
Scivolamento degli ingranaggi a causa di usura grave.
Invecchiamento del motore di accumulo.
Tensione elevata della molla che causa un viaggio incompleto dello stelo.
2.5 Malfunzionamento e Mancanza di Funzionamento
Deformazione del contatto: Materiali di contatto morbidi possono deformarsi dopo ripetute operazioni, portando a un cattivo contatto e alla perdita di fase.
Guasto di trip: Causato da un aggancio insufficiente del dispositivo di trip, scivolamento del perno, tensione di trip bassa o cattivo contatto del commutatore ausiliario.
Guasto di chiusura: Risultato da tensione di chiusura bassa, piastre di collegamento deformate, dimensioni errate del dispositivo di aggancio, errori di cablaggio o cattivo contatto del commutatore ausiliario.
3. Misure di Prevenzione e Risanamento dei Guasti
3.1 Prevenire la Degradazione del Vuoto
È essenziale effettuare regolarmente ispezioni della bottiglia a vuoto. Utilizzare un tester di vuoto per misurazioni quantitative o eseguire test di resistenza al voltaggio per valutazioni qualitative. Se si rileva una perdita di vuoto, sostituire l'interruttore e rieseguire i test di viaggio, sincronizzazione e rimbalzo per assicurarne la conformità.
3.2 Prevenzione e Trattamento del Fallimento dell'Isolamento
Applicare la tecnologia APG (Automated Pressure Gelation) e colonne polari solid-sealed per encapsulare l'interruttore e i terminali di uscita. Questo riduce le dimensioni e protegge dagli effetti ambientali.
Effettuare regolarmente test sulle prestazioni dell'isolamento e prevedere la durata dell'isolamento utilizzando attrezzature specializzate. Seguire procedure rigorose di installazione, messa in servizio e manutenzione per prevenire errori umani. Pulire e ispezionare regolarmente gli isolatori e le aste isolate per prevenire guasti dovuti alla polvere.
3.3 Affrontare il Rimbalzo del Contatto e l'Asincronismo
Inserire una rondella piatta tra l'asta isolata e la leva di trasmissione per ridurre il rimbalzo del contatto. Regolare l'allineamento verticale della faccia terminale del contatto per minimizzare il rimbalzo.
Per l'operazione asincrona, utilizzare un tester di caratteristiche del commutatore per misurare il tempo di rimbalzo di chiusura, i tempi di operazione trifase e la sincronizzazione di fase. In base ai risultati, regolare la lunghezza dell'asta di trazione entro i limiti specifici di viaggio e sovrascorrimento per ottenere la sincronizzazione.
3.4 Risolvere l'Accumulo Incompleto della Molla
Sostituire i motori di accumulo invecchiati.
Migliorare la precisione di montaggio dei componenti di trip e interlocking.
Migliorare il trattamento termico degli ingranaggi di accumulo per prevenire l'usura e lo scivolamento.
3.5 Prevenire il Malfunzionamento e la Mancanza di Funzionamento
Migliorare l'affidabilità del circuito di controllo assicurando contatti di commutatori ausiliari e ottimizzando i meccanismi di collegamento per prevenire la deformazione o lo sfasamento. Assicurare connessioni di cablaggio affidabili.
Mantenere un ambiente operativo pulito e lubrificare le parti mobili per prevenire la ruggine e i guasti dovuti alla contaminazione.
Per i guasti del circuito di chiusura, ispezionare il commutatore ausiliario a base. Utilizzare un multimetro per controllare la continuità al connettore secondario. Se il connettore è aperto, testare la continuità tra i terminali del commutatore ausiliario e il connettore per localizzare il guasto.
4. Conclusione
In sintesi, per garantire il funzionamento affidabile degli interruttori a vuoto, le imprese e il personale devono identificare le cause radicate dei guasti comuni, come la perdita di vuoto, il fallimento dell'isolamento, il rimbalzo del contatto, i problemi di accumulo della molla e il malfunzionamento, e implementare misure preventive e correttive efficaci. La manutenzione proattiva e l'ottimizzazione tecnica sono fondamentali per minimizzare i guasti e migliorare la sicurezza, l'efficienza e la durata dei sistemi di sottostazione.
