El mètode de prova de la resistència en bucle de disjuntores SF6 de 110kV i 220kV utilitzant probes de resistència en bucle

Els interruptors són entre els dispositius elèctrics més crítics en el sistema d'energia. Són dispositius capaços d'interrumpir, tancar i portar la corrent normal d'una línia en funcionament, i poden portar, tancar i interrompre corrents anòmals especificades (com les corrents de curtcircuït) dins d'un temps especificat. Un bon contacte en el circuit conductor d'un interruptor és una condició vital per assegurar la seva operació segura. Si el contacte és deficient, pot causar que l'interruptor es superescalfi o fins i tot es quedi sense funció, provocant un tall d'energia en la xarxa elèctrica. Es pot determinar si el contacte en el circuit conductor d'un interruptor és bo mitjançant un test de resistència del circuit. Per tant, mesurar la resistència del circuit és necessari en els tests preventius. Aquí, es pren com a exemple el test de resistència del circuit d'un interruptor de sis fluorur de sofre (SF₆) de 220kV.

2. Anàlisi de la situació actual

En el sistema d'energia actual en funcionament, la majoria dels sistemes de 110kV i 220kV adopten interruptors de SF₆. Segons els requisits de disseny d'aislament de l'interruptor mateix i els requisits de disseny del sistema d'energia, l'alçada d'un interruptor de 110kV és generalment de 2,5 metres, i la d'un interruptor de 220kV és típicament de 4 metres. A més, hi ha una alçada de l'estructura d'uns 2 metres. L'alçada total de l'interruptor està entre 4 i 6 metres.

Per realitzar un test de resistència del circuit en un interruptor, són necessaris esglaons i plataformes elevadores. A més, per als interruptors de SF₆ invertits actuals, no es permet l'escalada pel personal. Per tant, si el test de resistència del circuit es realitza utilitzant el mètode de prova convencional, només es pot utilitzar una plataforma elevadora.

3. Resum dels mètodes de prova
(1) Principi del test

Per al test de resistència del circuit d'un interruptor, es fa servir el mètode de caiguda de tensió. El principi del mètode de caiguda de tensió és que quan es passa una corrent contínua pel circuit sota prova, es produeix una caiguda de tensió a través de la resistència de contacte del circuit. Mesurant la corrent que passa pel circuit i la caiguda de tensió a través del circuit sota prova, es pot calcular el valor de la resistència directa de contacte segons la llei d'Ohm: R = U/I. El diagrama esquemàtic del test de resistència del circuit d'un interruptor és el següent (Figura 1):

La tensió és la diferència entre un punt de potencial i un altre. Si assumim que el terra és el punt de zero-potencial, llavors podem entendre simplement que la tensió aplicada és una força electromotriu. En aquest cas, només cal aplicar una força electromotriu entre els dos punts de prova utilitzant l'instrument de prova.

(2) Mètode de prova

El diagrama de connexió física in situ per al test de resistència del circuit de l'interruptor de sis fluorur de sofre (SF₆) és el següent (Figura 2):

Com és ben sabut, quan es realitzen proves de alta tensió en interruptors, ambdós costats de l'interruptor han de ser connectats a terra de manera fiable. Aquesta és una mesura tècnica per assegurar la seguretat i està clarament establerta en les Normes de Seguretat. Basant-nos en la característica fonamental que la corrent només pot fluir a través d'un camí específic, durant el test de resistència del circuit de l'interruptor, fem servir de manera enginyosa la mesura de seguretat durant l'operació - el fil de terra - com a circuit de corrent. El fil de terra té una secció transversal de 25mm², que és suficient per suportar una gran corrent de 200A, complint els requisits de prova.

Durant la prova, desconnectem el punt de terra del fil de terra en un costat de l'interruptor, mentre mantenim la connexió a terra segura del punt de treball en l'altre costat. Connectem els dos pols de corrent de l'instrument de prova als fils de terra en ambdós costats de l'interruptor respectivament. D'aquesta manera, la corrent es pot aplicar a través dels fils de terra en ambdós costats, formant el circuit de corrent per a la prova. Com que el punt de terra en un costat de l'interruptor s'ha desconnectat durant la prova, la resistència de la xarxa de terra es exclou del circuit de prova, assegurant que el circuit de prova només inclou l'interruptor i garantint la precisió de la prova.

Seguidament, ve la solució per al circuit de tensió de prova. Connectem els cables del circuit de tensió de prova a la barra metàlica superior de la barra aïllant (la barra metàlica superior ha estat processada especialment per tenir una punta aguda per assegurar un bon contacte amb la placa terminal de l'interruptor). Com que el valor de la resistència del circuit de l'interruptor és extremadament petit, fins i tot una quantitat minúscula de resistència de transició pot causar errors significatius. Durant la prova, la barra metàlica superior de la barra aïllant es pren contra la placa terminal de l'interruptor (es necessiten dues barres aïllants, que es prenen respectivament contra les plaques terminals superior i inferior de l'interruptor). Com que els cables del circuit de tensió de prova són fins i lleugers, pràcticament no afecten la manipulació de les barres aïllants pels provadors.

La raó per la qual el circuit de corrent es forma utilitzant els fils de terra en ambdós costats de l'interruptor és doble. Primer, els cables de corrent són gruosos i pesants. Segon, degut a la gran corrent de prova, s'ha de assegurar un bon contacte; en cas contrari, els punts de contacte s'erosionaran. Si es fan servir barres aïllants per formar el circuit de corrent, l'increment de pes de les barres aïllants les faria difícils de manipular pels provadors, i no es podria assegurar un bon contacte.

La prova es realitza de la següent manera: primer, enganxem les pinzes dels conductors -I i +I als fils de terra en ambdós costats de l'interruptor. Això es pot completar per el personal que està de pie al terra, establint així el circuit de corrent. Després, els provadors es posen sobre l'estructura o la caixa de mecanisme de l'interruptor i prenen les barres metàliques superiors de les barres aïllants connectades als cables del circuit de tensió contra les plaques terminals superior i inferior de l'interruptor respectivament. És crucial assegurar que -U correspongui a -I i +U correspongui a +I. D'aquesta manera, el circuit de prova es completa.

4. Anàlisi dels resultats de la prova

Per als provadors, tot ha de estar basat en dades. Utilitzant barres aïllants preparades especialment per a provar la resistència del circuit d'interruptors, hem realitzat proves de resistència del circuit en els interruptors de 220kV i 110kV a la subestació de 220kV Haigeng i la subestació de 220kV Songming sota la nostra jurisdicció.

Interruptor de 110kV a la subestació de 220kV Haigeng

Interruptor de 220kV a la subestació de 220kV Songming

Interruptor de 220kV a la subestació de 220kV Songming

Els resultats de la prova obtinguts amb el mètode tradicional i la barra de prova de resistència del circuit són gairebé idèntics, amb un error que va de 1 a 2 μΩ. Aquest error és acceptable, indicant que aquest mètode és viable i precís.

Comparació entre el test de resistència del circuit d'interruptors utilitzant la barra de prova de resistència del circuit i el mètode tradicional
(1) Mètode tradicional

• El mètode tradicional requereix que els treballadors escalin l'interruptor o facin servir una plataforma elevadora. Sense escalar o fer servir una plataforma elevadora, els conductors de prova no es poden connectar a les plaques terminals superior i inferior de l'interruptor.

• Treballar a altes altures comporta cert risc. Primer, l'interruptor pot trencar-se (aquests incidents han ocorregut a Xina). Segon, hi ha el risc de caiguda del personal. Actualment, l'escalada d'interruptors està estrictament prohibit, el que pot impedir la realització de la prova de l'interruptor.

• Quan es fa servir una plataforma elevadora, aquesta està limitada pel lloc. En algunes subestacions, l'espai és molt compacte, i en alguns bays elèctrics, no hi ha prou espai per a la plataforma elevadora per entrar, impedian la realització de la prova i peril·litant la segura operació de l'interruptor. A més, la manipulació de la plataforma elevadora requereix precaució especial ja que el maquinari del voltant és sovint en funcionament. Sempre s'han de mantenir distàncies de seguretat adequades. A més, també s'han de mantenir distàncies suficients del maquinari en aturada per evitar danys. La manipulació de la plataforma elevadora requereix supervisió dedicada, augmentant el nombre de personal necessari.

(2) Prova utilitzant la barra de prova de resistència del circuit

• Els treballadors només necessiten estar de pie sobre l'estructura o la caixa de mecanisme de l'interruptor i utilitzar la barra aïllant amb conductors de prova per completar la prova. No hi ha necessitat que el personal escalï l'interruptor, reduint significativament els riscos operatius i millorant la seguretat.

• No hi ha necessitat d'utilitzar una plataforma elevadora, reduint també els riscos associats al treball a altes altures, com el risc d'electrocutació i el risc d'impacte accidental amb el maquinari. Alhora, això ahorra recursos humans i materials.

• Si es fa servir una plataforma elevadora, es requereix personal professional per a la conducció i la configuració en el lloc de treball. Després de la configuració i la manipulació, definitivament triga més temps que utilitzar la barra de prova de resistència del circuit per a la prova. Utilitzar la barra de prova de resistència del circuit acurta el temps de treball, millora l'eficiència laboral i ahorra recursos humans.

5. Conclusió

A través de la comparació entre el mètode convencional i el mètode utilitzant la barra de prova de resistència del circuit per al test de resistència del circuit d'interruptors, es demostra plenament la superioritat d'utilitzar la barra de prova de resistència del circuit. Primer, es redueixen els riscos operatius durant el treball, i es millora la seguretat. Segon, s'aprofiten l'eficiència laboral, es guarden recursos humans i materials, reduint els costos per a la segura operació de la xarxa elèctrica.