Análise e Tratamento de Falhas de Quebra de Isolamento em Interruptores de Vácuo ao Ar Livre de 35kV
Descrição do Equipamento
O disjuntor de vácuo de alta tensão ao ar livre do tipo ZW7 - 40.5 é um equipamento elétrico de alta tensão, de instalação externa, trifásico, AC 50 Hz, que utiliza o vácuo como meio de extinção do arco. É principalmente usado para comutação da corrente nominal e da corrente de falha no sistema de transmissão e distribuição de energia de 40.5 kV [1], sendo especialmente adequado para locais onde são necessárias operações frequentes.
A estrutura geral deste produto é do tipo pilar de isolador de porcelana, conforme mostrado na Figura 1. O isolador superior de porcelana é o isolador de porcelana do interrompedor de vácuo, no qual o interrompedor de vácuo está instalado, e o isolador inferior de porcelana é o isolador de suporte. Tanto o isolador de porcelana do interrompedor de vácuo quanto o isolador de suporte de porcelana são preenchidos com graxa isolante de vácuo com excelentes propriedades isolantes. Os três isoladores de porcelana são instalados em um único quadro.
Os transformadores de corrente trifásicos estão instalados dentro deste quadro e estão respectivamente conectados ao circuito principal do disjuntor dentro dos três isoladores de suporte de porcelana. O quadro está equipado com placas de vedação em todos os quatro lados e na parte inferior para se adaptar ao ambiente externo.
A extremidade móvel do interrompedor de vácuo está conectada ao eixo de saída do mecanismo de operação através de um braço de manivela e uma haste isolante. As operações de abertura e fechamento do disjuntor, bem como o fiação de controle e proteção, são levadas para fora pelos componentes e terminais dentro da caixa do mecanismo. A operação de acionamento trifásico é alcançada através da estrutura de operação e da estrutura de transmissão.
Figura 1 Diagrama estrutural do disjuntor de vácuo
Análise das Causas da Falha
Em 18 de março de 2010, durante a manutenção baseada em condições de rotina do equipamento em uma certa subestação, os técnicos de teste descobriram que ocorreu uma ruptura de isolamento na fase A do disjuntor de vácuo 3515 (modelo: ZW7 - 40.5/T1250 - 25) durante o teste de resistência a tensão alternada.
Os técnicos de teste realizaram análises e testes relevantes sobre a ruptura de isolamento na fase A do disjuntor 3515. Os dados específicos são mostrados na Tabela 1 a seguir:
De acordo com as regulamentações de testes de rotina da State Grid Corporation, a resistência de isolamento dos disjuntores de vácuo de 35 kV ou mais não deve ser inferior a 3000 MΩ, e a tensão do teste de resistência a tensão alternada deve ser 80% do valor testado na fábrica, ou seja, 76 kV/min. Antes que os técnicos de teste realizassem o teste de resistência a tensão no disjuntor de vácuo 3515, a resistência de isolamento do circuito principal nas três fases atendia aos requisitos das regulamentações.
Posteriormente, os técnicos de teste realizaram testes de resistência a tensão alternada nos circuitos principais das três fases, respectivamente. Foi constatado que, quando a tensão do circuito principal da fase A subiu para 35 kV, a corrente aumentou instantaneamente e ocorreu uma ruptura.
Após a ocorrência deste fenômeno, os técnicos de teste realizaram os seguintes testes com base na estrutura deste tipo de disjuntor:
Tratamento da Falha
No final de outubro de 2010, o fabricante desmontou e inspecionou o disjuntor da fase A. Os passos do teste e os resultados foram os seguintes:
Medidas Preventivas
O isolamento externo do disjuntor de vácuo do tipo ZW7 - 40.5 usa graxa isolante de vácuo, que é um meio isolante líquido. Durante a operação e a instalação do equipamento, o teor de umidade do meio líquido aumentará. A umidade estará em estado suspenso na graxa isolante do equipamento elétrico. Sob a ação da força do campo elétrico, a água se arranjará gradualmente em uma "ponte" ao longo das linhas de força elétricas.
Esta "ponte" atravessa os dois polos e pode reduzir significativamente a tensão de ruptura. Isso também explica por que a resistência de isolamento era muito baixa sob uma tensão de 5 kV durante a medição da resistência de isolamento, mas este perigo oculto não foi exposto sob a tensão de operação.
Através da análise mencionada acima, para evitar a falha de ruptura de isolamento causada pela umidade da graxa isolante de vácuo do disjuntor de vácuo, as seguintes medidas preventivas são propostas:
Instale o equipamento em estrita conformidade com o processo de montagem para evitar a mistura de impurezas e impedir que o meio entre em contato com a atmosfera.
Intensifique os esforços de inspeção e realize testes de descarga parcial usando um detector ultravioleta.
Realize testes em estrita conformidade com as regulamentações de testes elétricos, incluindo testes de estanqueidade, testes de grau de vácuo, testes de isolamento, etc.
