35kV ulkoisen tyhjiöpäätteen eristysvika-analyysi ja -käsittely

Laitekuvaus

ZW7 - 40.5 -tyyppinen ulkoilmaan asennettava korkean jännitteen tyhjiöpistoke on kolmivaiheinen, AC 50 Hz:n korkean jännitteen sähkölaite, joka käyttää tyhjiötä kaasun tukahduttamiseen. Sitä käytetään pääasiassa 40.5 kV:n korkean jännitteen sähkönsiirto- ja jakelujärjestelmän [1] määräjännitteen ja virhejännitteen kytkemiseen, ja se on erityisen soveltuva paikkoihin, joissa tarvitaan usein toimintoja.

Tämän tuotteen kokonaisrakenne on porseleenvaippapilari, kuten kuvassa 1. Ylemmässä porseleenvaipassa on tyhjiökatkaisimen porseleenvaippa, johon tyhjiökatkaisin on asennettu, ja alimmassa porseleenvaipassa on tukiva porseleenvaippa. Sekä tyhjiökatkaisimen että tukivan porseleenvaipan sisällä on täytetty erinomaisesti eristävää tyhjiöeristevoide. Kolme vaihetta ovat asennettu yhteen kehykseen.

Kolmen vaiheen virtasensorit on asennettu tähän kehykseen ja ne on yhdistetty katkaisimen päävirtapiiriin kolmen vaiheen tukien porseleenvaippien sisällä. Kehykseen on asennettu tiivisteleviä levyni kaikkiin neljään sivuun ja alaosaan, jotta se sopii ulkoilmaympäristöön.

Tyhjiökatkaisimen liikkuva osa on yhdistetty toimintamekanismin ulostuloputkiin vaa'an ja eristysputken kautta. Katkaisimen avaaminen ja sulattaminen sekä ohjaus- ja suojajohdot on vedetty mekanismin laatikon komponenttien ja liittymien kautta. Kolmen vaiheen yhteistoiminta toteutetaan toimintarakenteen ja siirtorakenteen avulla.

Kuva 1 Tyhjiökatkaisimen rakennekartta

Virheiden syiden analyysi

18. maaliskuuta 2010 tietyssä alijärjestelyssä laitteiden säännöllisen tilapohjaisen huollon aikana testaajat havaitsevat, että 3515 tyhjiökatkaisimen (malli: ZW7 - 4vä/40.5/T1250 - 25) vaiheessa A tapahtuu eristyksen läpimurto vuorovesijännitetestissä.

Testaajat tekivät relevantteja analyysia ja testejä 3515 katkaisimen vaiheen A erystä koskevasta läpimurrosta. Tiedot näkyvät taulukossa 1 seuraavasti:

Valtionverkon yhtiön säännöllisten testausmääräysten mukaan 35 kV:n ja sitä suuremmalle tyhjiökatkaisimille eristysresistanssin pitäisi olla vähintään 3000 MΩ, ja vuorovesijännitetestin jännite pitäisi olla 80 % valmistustestin arvosta, eli 76 kV/min. Ennen kuin testaajat tekivät 3515 tyhjiökatkaisimeen vuorovesijännitetestin, kaikkien kolmen vaiheen päävirtapiirin eristysresistanssi täytti säännösten vaatimukset.

Sen jälkeen testaajat tekivät vuorovesijännitetestejä kaikkien kolmen vaiheen päävirtapiireihin erikseen. Havaittiin, että kun vaiheen A päävirtapiirin jännite nousi 35 kV:hen, virta kasvoi välittömästi ja tapahtui läpimurto.

Tämän ilmiön jälkeen testaajat tekivät seuraavat testit tämän tyyppisen katkaisimen rakenteen perusteella:

• Tyhjiökatkaisin avattiin, ja tehtiin eristysresistanssitesti katkaisimen ylemmälle porseleenvaiplelle. Testidatat täyttivät säännösten vaatimukset, mikä vahvisti, että vika oli alimmassa porseleenvaippassa.

• Tehtiin eristysresistanssitesti alimmalle porseleenvaiplelle. Testidatat eivät täyttäneet säännösten vaatimuksia, mikä vahvisti, että vika oli alimmassa porseleenvaippassa.

• Alin porseleenvaippa koostui alimmasta porseleenvaippasta, eristysputkesta ja tukiporseleenvasista. Siksi testaajat irrottelivat vaa'ansa eristysputken ja tukiporseleenvasin välillä, ja tekivät eristysresistanssitestejä eristysputkeen ja tukiporseleenvaseen erikseen. Tukiporseleenvasin ja eristysputken eristysresistanssit täyttivät säännösten vaatimukset, mikä määrsi, että vika oli alimmassa porseleenvaippassa.

• Alin porseleenvaippa sisälsi tyhjiöeristevoideen ja virtasensorit. Eristysresistanssin lasku voi johtua tyhjiöeristevoideen kosteudesta ja virtasensorien läpimurrosta.

Virheen korjaus

Lokakuun lopussa 2010 valmistaja purki ja tarkasti vaiheen A katkaisimen. Testivaiheet ja tulokset olivat seuraavat:

• Tyhjiökatkaisimen ylin porseleenvaippa ja tuki poistettiin, ja eristysresistanssitesti tehtiin suoraan tukiporseleenvasissa. Testitulokset vahvistivat, että edellä mainittu analyysi oli tarkka.

• Tyhjiökatkaisimen tyhjiöeristevoide ja virtasensorit eroteltiin, ja eristysresistanssitestejä tehtiin niille erikseen. Tyhjiöeristevoideen eristysresistanssi oli noin 50 MΩ, kun taas virtasensorien eristysresistanssi täytti säännösten vaatimukset. Pääteltiin, että erystä koskeva läpimurto johtui tyhjiöeristevoideesta.

• Tyhjiöeristevoideen korvaamisen jälkeen tehtiin eristysresistanssi- ja vuorovesijännitetestejä tyhjiökatkaisimen vaiheen A:lle. Testidatat täyttivät säännösten vaatimukset.

Ennaltaehkäisevät toimet

ZW7 - 40.5 -tyyppisen tyhjiökatkaisimen ulkoeristys käyttää tyhjiöeristevoideen nestemäistä eristevälikettä. Laiteen käytössä ja asennuksessa nesteen kosteusaste nousee. Kosteus on nestemäisessä eristevälikessä rippeenä. Sähkökentän voiman vaikutuksessa vesi järjestyy hitaasti "silta" muodossa sähkökenttälinjojen suuntaan.

Tämä "silta" kulkee kahden napin välillä ja voi merkittävästi vähentää läpimurtojännitettä. Tämä selittää myös, miksi eristysresistanssi oli hyvin alhainen 5 kV:n jännitteessä eristysresistanssin etämittauksessa, mutta tämä piilotettu vaara ei paljastunut toiminnan jännitteessä.

Yllä mainitun analyysin perusteella, jotta vältettäisiin tyhjiökatkaisimen tyhjiöeristevoideen kosteudesta aiheutuva erystä koskeva läpimurto, ehdotetaan seuraavia ennaltaehkäiseviä toimia:

• Asenna laite tiukasti yhdistämismenettelyn mukaisesti, jotta vältetään epäpuhtaiden sekoittuminen ja estetään välineen yhteys ilmakehään.

• Vahvista tarkastusten intensiteetti ja suorita osittaisen sähkövirtauksen testaus UV-testilaitteella.

• Suorita testit tiukasti sähkötestausmääräysten mukaisesti, mukaan lukien tiivisyystestaus, tyhjiöasteen testaus, eristystestaus jne.