El método de prueba de la resistencia de bucle de los interruptores de circuito SF6 de 110kV y 220kV utilizando varillas de prueba de resistencia de bucle

Los interruptores automáticos son uno de los dispositivos eléctricos más cruciales en el sistema de potencia. Son dispositivos capaces de interrumpir, cerrar y soportar la corriente normal de una línea en operación, y pueden soportar, cerrar e interrumpir corrientes anormales especificadas (como las corrientes de cortocircuito) dentro de un tiempo especificado. Un buen contacto en el circuito conductor de un interruptor automático es una condición vital para garantizar su operación segura. Si el contacto es deficiente, puede causar que el interruptor se sobrecaliente o incluso se queme, lo que llevaría a un corte de energía en la red eléctrica. Si el contacto en el circuito conductor del interruptor automático es bueno, se puede determinar mediante una prueba de resistencia de circuito. Por lo tanto, medir la resistencia del circuito es necesario en las pruebas preventivas. Aquí, se toma como ejemplo la prueba de resistencia de circuito de un interruptor automático de hexafluoruro de azufre (SF₆) de 220kV.

2. Análisis de la Situación Actual

En el sistema de potencia actualmente en operación, la mayoría de los sistemas de 110kV y 220kV adoptan interruptores automáticos de SF₆. De acuerdo con los requisitos de diseño de aislamiento del propio interruptor y los requisitos de diseño del sistema de potencia, la altura de un interruptor automático de 110kV es generalmente de 2.5 metros, y la de un interruptor de 220kV es típicamente de 4 metros. Además, hay una estructura de aproximadamente 2 metros de altura. La altura total del interruptor automático está entre 4 y 6 metros.

Para realizar una prueba de resistencia de circuito en un interruptor automático, son necesarias escaleras y plataformas aéreas. Además, para los interruptores automáticos de SF₆ invertidos actuales, no se permite el ascenso por personal. Por lo tanto, si la prueba de resistencia de circuito se realiza utilizando el método de prueba convencional, solo se puede utilizar una plataforma aérea.

3. Resumen de los Métodos de Prueba
(1) Principio de la Prueba

Para la prueba de resistencia de circuito de un interruptor automático, se adopta el método de caída de tensión. El principio del método de caída de tensión es que cuando se pasa una corriente directa a través del circuito bajo prueba, se produce una caída de tensión a través de la resistencia de contacto del circuito. Al medir la corriente que pasa a través del circuito y la caída de tensión a través del circuito bajo prueba, se puede calcular el valor de la resistencia de corriente directa de contacto según la ley de Ohm: R = U/I. El diagrama esquemático de la prueba de resistencia de circuito de un interruptor automático es el siguiente (Figura 1):

La tensión es la diferencia entre un punto de potencial y otro. Si asumimos que la tierra es el punto de potencial cero, entonces podemos entender simplemente que la tensión aplicada es una fuerza electromotriz. En este caso, solo necesitamos aplicar una fuerza electromotriz entre los dos puntos de prueba utilizando el instrumento de prueba.

(2) Método de Prueba

El diagrama de conexión física en el lugar para la prueba de resistencia de circuito del interruptor automático de hexafluoruro de azufre (SF₆) es el siguiente (Figura 2):

Como es bien sabido, al realizar pruebas de alta tensión en interruptores automáticos, ambos lados del interruptor deben estar conectados a tierra de manera confiable. Esta es una medida técnica para garantizar la seguridad y está claramente estipulada en las Reglamentaciones de Seguridad. Basándonos en la característica fundamental de que la corriente solo puede fluir a través de un camino específico, durante la prueba de resistencia de circuito de un interruptor automático, utilizamos ingeniosamente la medida de seguridad durante la operación - el cable de tierra - como el bucle de corriente. El cable de tierra tiene una sección transversal de 25mm², lo cual es suficiente para soportar una corriente grande de 200A, cumpliendo con los requisitos de la prueba.

Durante la prueba, desconectamos el punto de tierra del cable de tierra en un lado del interruptor automático, manteniendo la conexión a tierra segura del punto de trabajo en el otro lado. Conectamos los dos polos de corriente del instrumento de prueba a los cables de tierra en ambos lados del interruptor automático respectivamente. De esta manera, se puede aplicar corriente a través de los cables de tierra en ambos lados, formando el bucle de corriente para la prueba. Dado que el punto de tierra en un lado del interruptor automático ha sido desconectado durante la prueba, la resistencia de la malla de tierra se excluye del bucle de prueba, asegurando que el bucle de prueba solo incluya el interruptor automático y garantizando la precisión de la prueba.

A continuación, está la solución para el bucle de tensión de prueba. Conectamos los cables del bucle de tensión de prueba al varillaje metálico superior del bastón aislante (el varillaje metálico superior ha sido procesado especialmente para tener una punta puntiaguda para garantizar un buen contacto con la placa terminal del interruptor automático). Dado que el valor de la resistencia de circuito del propio interruptor automático es extremadamente pequeño, incluso una pequeña cantidad de resistencia de transición puede causar errores significativos. Durante la prueba, el varillaje metálico superior del bastón aislante se presiona contra la placa terminal del interruptor automático (se requieren dos bastones aislantes, que se presionan respectivamente contra las placas terminales superior e inferior del interruptor automático). Dado que los cables del bucle de tensión de prueba son delgados y ligeros, apenas afectan la operación de levantamiento de los bastones aislantes por parte de los probadores.

La razón por la que el bucle de corriente se forma utilizando los cables de tierra en ambos lados del interruptor automático es doble. Primero, los cables de corriente son gruesos y pesados. Segundo, debido a la gran corriente de prueba, se debe garantizar un buen contacto; de lo contrario, los puntos de contacto se erosionarán. Si se utilizaran bastones aislantes para formar el bucle de corriente, el aumento de peso de los bastones aislantes haría que sea difícil para los probadores operarlos, y no se podría garantizar un buen contacto.

La prueba se lleva a cabo de la siguiente manera: Primero, colocamos las pinzas de los conductores -I y +I en los cables de tierra en ambos lados del interruptor automático. Esto se puede completar por el personal de pie en el suelo, estableciendo así el bucle de corriente. Luego, los probadores se paran en la estructura o caja de mecanismo del interruptor automático y presionan los varillajes metálicos superiores de los bastones aislantes conectados a los cables del bucle de tensión contra las placas terminales superior e inferior del interruptor automático respectivamente. Es crucial asegurar que -U corresponda a -I y +U corresponda a +I. De esta manera, se completa el bucle de prueba.

4 Análisis de los Resultados de la Prueba

Para los probadores, todo debe basarse en datos. Utilizando bastones aislantes especialmente preparados para probar la resistencia de circuito de los interruptores automáticos, realizamos pruebas de resistencia de circuito en los interruptores automáticos de 220kV y 110kV en la Subestación Haigeng de 220kV y la Subestación Songming de 220kV bajo nuestra jurisdicción. 

Interruptor automático de 110kV en la Subestación Haigeng de 220kV

Interruptor automático de 220kV en la Subestación Songming de 220kV

Interruptor automático de 220kV en la Subestación Songming de 220kV

Los resultados obtenidos por el método tradicional y el bastón de prueba de resistencia de circuito son casi idénticos, con un error que oscila entre 1 y 2 μΩ. Este error es aceptable, lo que indica que este método es factible y preciso.

Comparación entre la Prueba de Resistencia de Circuito de Interruptores Automáticos Utilizando el Bastón de Prueba de Resistencia de Circuito y el Método Tradicional
(1) Método de Prueba Tradicional

• El método tradicional requiere que los trabajadores escalen el interruptor automático o utilicen una plataforma aérea. Sin escalar o usar una plataforma aérea, los cables de prueba no pueden conectarse a las placas terminales superior e inferior del interruptor automático.

• Trabajar en alturas presenta ciertos riesgos. Primero, el interruptor automático puede romperse (tales incidentes han ocurrido en China). Segundo, existe el riesgo de caídas de personal. Actualmente, se prohíbe estrictamente escalar interruptores automáticos, lo que puede impedir la realización de la prueba del interruptor automático.

• Al utilizar una plataforma aérea, se ve restringido por el sitio. En algunas subestaciones, el espacio es muy compacto, y en algunos nichos eléctricos, no hay suficiente espacio para que la plataforma aérea pueda entrar, lo que impide la realización de la prueba y pone en peligro la operación segura del interruptor automático. Además, al operar la plataforma aérea, se debe tener especial precaución ya que el equipo circundante suele estar energizado. Se deben mantener siempre distancias de seguridad adecuadas. Asimismo, se deben mantener distancias suficientes del equipo en mantenimiento para evitar daños. La operación de la plataforma aérea requiere supervisión dedicada, lo que aumenta el número de personas requeridas.

(2) Prueba Utilizando el Bastón de Prueba de Resistencia de Circuito

• Los trabajadores solo necesitan pararse en la estructura o caja de mecanismo del interruptor automático y utilizar el bastón aislante con cables de prueba para completar la prueba. No es necesario que el personal suba al interruptor automático, lo que reduce significativamente los riesgos operativos y mejora la seguridad.

• No es necesario utilizar una plataforma aérea, lo que también reduce los riesgos asociados con trabajar en alturas, como el riesgo de descarga eléctrica y el riesgo de tocar accidentalmente el equipo. Al mismo tiempo, ahorra mano de obra y recursos materiales.

• Si se utiliza una plataforma aérea, se requieren personal profesional para conducir y configurarla en el sitio de trabajo. Después de la configuración y operación, definitivamente lleva más tiempo que utilizar el bastón de prueba de resistencia de circuito. Usar el bastón de prueba de resistencia de circuito acorta el tiempo de trabajo, mejora la eficiencia y ahorra mano de obra.

5 Conclusión

A través de la comparación entre el método convencional y el método utilizando el bastón de prueba de resistencia de circuito para la prueba de resistencia de circuito de interruptores automáticos, se demuestra plenamente la superioridad de utilizar el bastón de prueba de resistencia de circuito. En primer lugar, se reducen los riesgos operativos durante el trabajo y se mejora la seguridad. En segundo lugar, se mejora la eficiencia del trabajo y se ahorran mano de obra y recursos materiales, lo que reduce los costos para la operación segura de la red eléctrica.