Ricerca sui dispositivi di rilevamento e di riempimento e integrazione di gas per interruttori SF6 senza smontaggio

I interruttori ad alta tensione vengono utilizzati per collegare o interrompere le correnti di carico durante il normale funzionamento. In caso di cortocircuito o sovraccarico grave nelle apparecchiature elettriche o nelle linee, un dispositivo di protezione a relè li controlla per interrompere automaticamente e rapidamente la corrente di guasto, isolando l'attrezzatura o le linee con il cortocircuito per prevenire l'ampliamento della portata dell'incidente.

Nel corso dello sviluppo degli interruttori ad alta tensione, dai circuit breakers a olio e a compressione d'aria ai circuit breakers SF₆ e a vuoto, ogni passo è stato una grande innovazione nei principi di spegnimento dell'arco. Tra questi, gli interruttori SF₆ presentano vantaggi come elevata capacità di interruzione, lunga vita elettrica, alto livello di isolamento e buone prestazioni di sigillaggio, ed sono attualmente i più ampiamente utilizzati in ambienti ad alta tensione.

Gli interruttori SF₆ (da ora in poi definiti interruttori) sono apparecchiature importanti nella trasmissione di energia elettrica ad alta tensione. Le prestazioni di isolamento e di interruzione sono i principali indicatori tecnici per valutare gli interruttori. Gli interruttori SF₆ sono un tipo di interruttore che utilizza un mezzo isolante. Insieme agli interruttori ad aria, appartengono alla categoria degli interruttori a soffio di gas e si basano sul gas SF₆ per l'isolamento. Il gas SF₆ ha un'elevata conducibilità termica, può ricombinarsi dopo la decomposizione e non contiene sostanze isolate dannose come il carbonio. Quando il contenuto di acqua è rigidamente controllato, i prodotti di decomposizione non sono corrosivi. Le prestazioni di isolamento del gas SF₆ non diminuiscono con l'uso, quindi mantiene ottime prestazioni di isolamento anche dopo molteplici interruzioni.

Il gas SF₆ puro è un eccellente mezzo di spegnimento dell'arco. Grazie alle sue superiori proprietà di spegnimento e isolamento, è stato applicato con successo all'equipaggiamento elettrico ad alta e ultra-alta tensione nel XX secolo. Attualmente, il SF₆ è il miglior mezzo di isolamento gassoso, specialmente nelle gamme ad alta e ultra-alta tensione, dove è l'unico mezzo di isolamento e spegnimento. Per garantire le stabili prestazioni di interruzione degli interruttori, il gas SF₆ all'interno degli interruttori deve avere una purezza del 99,99%.

Poiché la camera di gas degli interruttori SF₆ è relativamente grande, ci sono molte tubazioni di connessione e numerose superfici di tenuta all'interno degli interruttori. Durante il funzionamento, possono verificarsi problemi come pressione insufficiente del SF₆ a causa di problemi di tenuta o variazioni di temperatura. Nelle applicazioni pratiche, a causa di fattori come le vibrazioni operative e la cattiva tenuta, la probabilità di perdita di gas negli interruttori supera la quota annuale di perdita prefissata in fabbrica del 1%. Pertanto, gli interruttori spesso necessitano di essere riempiti di gas.

Questo articolo introduce un nuovo tipo di dispositivo di rilevamento, riempimento e integrazione di gas per interruttori SF₆ senza smontaggio. Può eseguire rilevamenti di microacqua negli interruttori e taratura dei relè di densità attraverso strumenti senza interruzione di corrente. Può anche espellere aria, umidità e impurità nelle tubazioni di riempimento di gas durante i processi di riempimento e integrazione di gas. Inoltre, può sollevare automaticamente la pressione e dare un allarme quando la pressione del gas supera il valore nominale durante il processo di riempimento.

1 Situazione attuale in Cina

Attualmente, i dispositivi di integrazione di gas per interruttori in Cina prevedono tipicamente l'installazione di una valvola combinata sull'interruttore. Questa valvola combinata, composta da corpo valvola, interfaccia di integrazione di gas, interfaccia dell'interruttore e interfaccia del relè di densità, può essere collegata a un micro-metro di acqua e a un calibratore di relè di densità. Questo risolve efficacemente il problema di dover interrompere la corrente quando si misura il contenuto di microacqua dell'interruttore e si tarano i relè di densità, migliorando l'efficienza del lavoro e riducendo i danni all'interruttore durante lo smontaggio.

Tuttavia, non risolve il problema dell'ingresso di aria, umidità e impurità nelle tubazioni di riempimento di gas durante i processi di riempimento e integrazione. Durante le operazioni di riempimento e integrazione di gas negli interruttori esistenti, il cilindro di gas SF₆ viene collegato direttamente all'interruttore tramite una valvola riduttrice di pressione e un tubo di integrazione di gas. Di conseguenza, il gas SF₆ trascina aria, umidità e impurità dal tubo all'interruttore. Ciò riduce la purezza del gas SF₆, degrada le sue prestazioni di isolamento, danneggia l'interruttore e ne accorcia la durata.

Come dispositivo di protezione per il sistema elettrico, sono state imposte regolamentazioni e requisiti rigorosi sul gas SF₆ utilizzato nell'equipaggiamento elettrico ad alta tensione. Una volta raggiunto un certo livello di contenuto di acqua negli interruttori SF₆, può portare a gravi conseguenze negative. L'umidità può causare la decomposizione del gas SF₆ generando composti tossici; può causare la corrosione chimica delle apparecchiature; è dannosa per l'isolamento; influenza le prestazioni di interruzione degli interruttori; e riduce le prestazioni meccaniche degli stessi.

Attualmente, per effettuare rilevamenti di microacqua e taratura dei relè di densità sugli interruttori, è necessario smontare l'interruttore dopo l'interruzione di corrente. Questo non solo influisce sulla produzione ma anche sulle prestazioni di tenuta dell'interruttore. Lo smontaggio frequente compromette anche l'accuratezza del relè.

2 Principio di funzionamento e progettazione strutturale

Il dispositivo di rilevamento, riempimento e integrazione di gas per interruttori SF₆ include un corpo valvola, una valvola auto-sigillante, una valvola a controripresa autocontrollata e un interruttore di controllo, come mostrato nella diagramma strutturale. Questo dispositivo integra organicamente il corpo valvola con la valvola auto-sigillante, la valvola a controripresa autocontrollata e l'interruttore di controllo. Un'estremità del corpo valvola è fissata con una placca di connessione dell'interruttore, l'altra estremità è fissata con un interruttore di controllo. Il corpo valvola è anche dotato di una valvola auto-sigillante, una valvola a controripresa autocontrollata e un'interfaccia del relè di densità. L'interruttore di controllo controlla l'apertura e la chiusura di queste valvole.

Il dispositivo di rilevamento, riempimento e integrazione di gas per interruttori SF₆ introdotto in questo articolo, integrando organicamente il corpo valvola con la valvola auto-sigillante, la valvola a controripresa autocontrollata e l'interruttore di controllo, integra le operazioni di misurazione di microacqua, taratura del relè di densità e riempimento e integrazione di gas per gli interruttori senza interruzione di corrente. Prima delle operazioni di riempimento e integrazione di gas, può espellere automaticamente l'aria, l'umidità e le impurità nel sistema di integrazione di gas. Durante le operazioni di riempimento e integrazione di gas dell'interruttore, può realizzare la rilevazione della pressione e l'allarme di scarico di pressione. È applicabile a interruttori SF₆ importati con tensione superiore a 110 kV, interruttori FXT11 di Alstom dalla Francia e interruttori SF₆ nazionali con tensione superiore a 110 kV. Può sopportare alte pressioni, variando da 0,5 a 16 MPa, ed è sicuro e affidabile.

Principali fasi di lavoro del dispositivo di rilevamento, riempimento e integrazione di gas per interruttori SF₆

• Rimozione del gas impuro: Collegare il cilindro di gas SF₆ alla valvola auto-sigillante di questo dispositivo attraverso una valvola riduttrice di pressione, un tubo di integrazione di gas e un connettore. Chiudere l'interruttore di controllo e aprire la valvola del cilindro di gas SF₆. Il gas SF₆ entra nel dispositivo attraverso il tubo di integrazione di gas. In questo momento, impurità come l'aria nel tubo entrano anche nell'interruttore insieme al gas SF₆. Il gas nel dispositivo è una miscela di gas SF₆ e impurità d'aria. Quando la pressione nel dispositivo supera la pressione prefissata della valvola a controripresa autocontrollata, la valvola a controripresa autocontrollata si apre automaticamente e scarica il gas per 8-10 secondi. Durante questo processo di scarico, vengono rimossi tutti l'aria e le impurità nel sistema. Quindi, chiudere la valvola del cilindro di gas SF₆. Quando la pressione nel sistema è coerente con la pressione prefissata, la valvola a controripresa autocontrollata si chiude automaticamente, completando l'operazione di rimozione dell'aria e delle impurità. A questo punto, la purezza del gas SF₆ nel sistema è la stessa che nel cilindro, e si tratta di gas qualificato.

• Riempimento e integrazione di gas: Con tutto il sistema riempito di gas SF₆ puro dopo il processo di rimozione delle impurità, aprire l'interruttore di controllo di questo dispositivo, e poi aprire la valvola del cilindro di gas SF₆ per integrare il gas nell'interruttore. Quando la pressione nell'interruttore supera la pressione prefissata dalla valvola a controripresa autocontrollata, la valvola a controripresa autocontrollata si apre automaticamente, allarma e scarica il gas. In questo momento, chiudere la valvola del cilindro di gas SF₆. Quando la pressione raggiunge il valore prefissato, la valvola a controripresa autocontrollata si chiude automaticamente, completando l'operazione di integrazione di gas. Dopo aver completato l'operazione, rimuovere il connettore collegato al cilindro di gas dalla valvola auto-sigillante di questo dispositivo.

• Allarme automatico e controllo della pressione: Durante il processo di riempimento, la valvola a controripresa autocontrollata monitora la pressione. Una volta superato il valore prefissato, si aprirà automaticamente, allarmerà e scaricherà il gas per assicurare che la pressione nell'interruttore non superi il range di sicurezza.

• Integrazione di gas e misurazione della pressione: Dopo l'operazione di integrazione di gas, la pressione nell'interruttore può essere monitorata per assicurare che raggiunga il valore richiesto.

Per effettuare la misurazione di microacqua, collegare lo strumento di misurazione di microacqua alla valvola auto-sigillante. Aprire l'interruttore dello strumento di misurazione di microacqua, permettere al gas nel sistema di entrare nello strumento di misurazione, quindi chiudere l'interruttore dello strumento di misurazione per la rilevazione. Dopo la rilevazione, rimuovere lo strumento di misurazione di microacqua per completare l'operazione di misurazione di microacqua. Non è necessario interrompere la corrente durante il processo di rilevazione.

Per effettuare la taratura del relè di densità, chiudere l'interruttore di controllo del dispositivo, collegare il calibratore di densità alla valvola auto-sigillante per il lavoro di taratura. Dopo aver completato il lavoro, rimuovere il calibratore di densità e aprire l'interruttore di controllo. Non è necessario interrompere la corrente durante il processo di rilevazione.

Il dispositivo di rilevamento, riempimento e integrazione di gas per interruttori SF₆ senza smontaggio integra la misurazione di microacqua, la taratura del relè di densità e le operazioni di riempimento e integrazione di gas per l'interruttore attraverso strumenti senza interruzione di corrente. Prima delle operazioni di riempimento e integrazione di gas, può rimuovere automaticamente l'aria, l'umidità e le impurità nel sistema di integrazione di gas. Durante le operazioni di riempimento e integrazione di gas dell'interruttore, può realizzare la rilevazione della pressione e l'allarme di scarico di pressione. È comodo e veloce da usare e non influisce sul normale funzionamento dell'interruttore.

3 Conclusione

Il dispositivo di rilevamento, riempimento e integrazione di gas per interruttori SF₆ senza smontaggio può rimuovere completamente l'aria, l'umidità e le impurità nelle tubazioni di integrazione di gas e nel sistema prima dell'integrazione di gas per l'interruttore. Inoltre, durante il processo di riempimento, quando la pressione del gas nel sistema raggiunge il valore nominale, può scaricare automaticamente il gas e allarmare. Questo dispositivo è dotato di un interruttore di controllo del sistema, consentendo operazioni di misurazione di microacqua e taratura del relè di densità senza interruzione di corrente. È comodo e veloce da usare e non influisce sul normale funzionamento dell'interruttore. È applicabile a interruttori SF₆ importati con tensione superiore a 110 kV, interruttori FXT11 di Alstom dalla Francia e interruttori SF₆ nazionali con tensione superiore a 110 kV. Può sopportare alte pressioni, variando da 0,5 a 16 MPa, ed è sicuro e affidabile.