Pesquisa sobre Detecção e Dispositivos de Gaseificação e Reposição para Interruptores SF6 sem Desmontagem

Os disjuntores de alta tensão são usados para conectar ou cortar correntes de carga durante o funcionamento normal. Quando ocorre um curto-circuito ou sobrecarga severa em equipamentos elétricos ou linhas, um dispositivo de proteção por relé controla-os para cortar automaticamente e rapidamente a corrente de falha, isolando o equipamento ou linha com o curto-circuito para evitar a expansão da escala do acidente.

Ao longo do desenvolvimento dos disjuntores de alta tensão, desde os disjuntores a óleo e a ar comprimido até os disjuntores SF₆ e a vácuo, cada etapa foi uma grande inovação nos princípios de extinção de arco. Entre eles, os disjuntores SF₆ têm vantagens como capacidade de interrupção forte, longa vida elétrica, alto nível de isolamento e bom desempenho de vedação, e são atualmente os mais amplamente utilizados em ambientes de alta tensão.

Os disjuntores SF₆ (doravante referidos como disjuntores) são equipamentos importantes na transmissão de energia de alta tensão. O desempenho de isolamento e de interrupção são os principais indicadores técnicos para avaliar os disjuntores. Os disjuntores SF₆ são um tipo de disjuntor que utiliza um meio isolante. Juntamente com os disjuntores a ar, pertencem à categoria de disjuntores de sopro de gás e dependem do gás SF₆ para isolamento. O gás SF₆ tem alta condutividade térmica, pode se recompor após a decomposição e não contém substâncias isolantes prejudiciais, como carbono. Quando o teor de água é estritamente controlado, os produtos de decomposição são não corrosivos. O desempenho de isolamento do gás SF₆ não diminui com o uso, mantendo-se bom mesmo após múltiplas interrupções.

O gás SF₆ puro é um excelente meio de extinção de arco. Devido às suas propriedades superiores de extinção de arco e isolamento, foi aplicado com sucesso a equipamentos elétricos de alta e ultra-alta tensão no século XX. Atualmente, o SF₆ é o melhor meio de isolamento gaseoso, especialmente nas faixas de alta e ultra-alta tensão, onde é o único meio de isolamento e extinção de arco. Para garantir o desempenho estável de interrupção dos disjuntores, o gás SF₆ dentro dos disjuntores deve ter uma pureza de 99,99%.

Devido ao fato de que a câmara de gás dos disjuntores SF₆ é relativamente grande, existem muitos tubos de conexão e numerosas superfícies de vedação dentro dos disjuntores. Durante a operação, podem ocorrer problemas como pressão insuficiente de SF₆ devido a problemas de vedação ou mudanças de temperatura. Na prática, devido a fatores como vibrações operacionais e vedação inadequada, a probabilidade de vazamento de gás nos disjuntores excede a taxa anual de vazamento definida pela fábrica de 1%. Portanto, os disjuntores frequentemente precisam ser reabastecidos com gás.

Este artigo apresenta um novo tipo de dispositivo de detecção, enchimento e suplementação de gás para disjuntores SF₆ sem desmontagem. Ele pode realizar a detecção de micro-água dos disjuntores e a calibração de relés de densidade através de instrumentos sem interrupção de energia. Também pode expelir ar, umidade e impurezas nos tubos de enchimento durante os processos de enchimento e suplementação de gás. Além disso, pode aliviar automaticamente a pressão e dar um alarme quando a pressão do gás excede o valor nominal durante o processo de enchimento.

1 Situação Atual na China

Atualmente, os dispositivos de suplementação de gás para disjuntores domésticos geralmente envolvem a instalação de uma válvula combinada no disjuntor. Esta válvula combinada, composta por um corpo de válvula, uma interface de suplementação de gás, uma interface de disjuntor e uma interface de relé de densidade, pode ser conectada a um medidor de micro-água e a um calibrador de relé de densidade. Isso resolve efetivamente o problema de ter que interromper a energia ao medir o teor de micro-água do disjuntor e calibrar o relé de densidade, aumentando a eficiência do trabalho e reduzindo danos ao disjuntor durante a desmontagem.

No entanto, isso não resolve o problema de ar, umidade e impurezas nos tubos de enchimento entrando no disjuntor durante os processos de enchimento e suplementação de gás. Durante as operações de enchimento e suplementação de gás de disjuntores existentes, o cilindro de gás SF₆ é diretamente conectado ao disjuntor através de uma válvula redutora e um mangueira de suplementação de gás. Como resultado, o gás SF₆ carrega ar, umidade e impurezas do mangueira para o disjuntor. Isso reduz a pureza do gás SF₆, degrada seu desempenho de isolamento, danifica o disjuntor e encurta sua vida útil.

Como um dispositivo de proteção para o sistema de energia, regulamentos e requisitos rigorosos foram impostos ao gás SF₆ usado em equipamentos elétricos de alta tensão. Uma vez que o teor de água nos disjuntores SF₆ atinge certo nível, pode levar a consequências adversas graves. A umidade pode causar que os produtos de decomposição do gás SF₆ sofram reações químicas, gerando compostos tóxicos; pode causar corrosão química do equipamento; é prejudicial ao isolamento do equipamento; afeta o desempenho de interrupção dos interruptores; e reduz o desempenho mecânico dos interruptores.

Atualmente, ao realizar a detecção de micro-água e a calibração de relés de densidade em disjuntores, o disjuntor deve ser desmontado após a interrupção de energia. Isso não apenas impacta a produção, mas também afeta o desempenho de vedação do disjuntor. A desmontagem frequente também prejudica a precisão do relé.

2 Princípio de Funcionamento e Design Estrutural

O dispositivo de detecção, enchimento e suplementação de gás para disjuntores SF₆ inclui um corpo de válvula, uma válvula de vedação automática, uma válvula de pressão de retorno autônoma e um interruptor de controle, conforme mostrado no diagrama estrutural. Este dispositivo integra organicamente o corpo de válvula com a válvula de vedação automática, a válvula de pressão de retorno autônoma e o interruptor de controle. Uma extremidade do corpo de válvula é fixada com uma placa de conexão do disjuntor, a outra extremidade é fixada com um interruptor de controle. O corpo de válvula também é fixado com uma válvula de vedação automática, uma válvula de pressão de retorno autônoma e uma interface de relé de densidade. O interruptor de controle controla a abertura e fechamento dessas válvulas.

O dispositivo de detecção, enchimento e suplementação de gás para disjuntores SF₆ introduzido neste artigo, ao integrar organicamente o corpo de válvula com a válvula de vedação automática, a válvula de pressão de retorno autônoma e o interruptor de controle, integra a medição de micro-água, a calibração de relés de densidade e as operações de enchimento e suplementação de gás dos disjuntores sem interrupção de energia. Antes das operações de enchimento e suplementação de gás, ele pode expelir automaticamente o ar, a umidade e as impurezas no sistema de suplementação de gás. Durante as operações de enchimento e suplementação de gás do disjuntor, ele pode realizar a detecção de pressão e alarme de alívio de pressão. É aplicável a disjuntores SF₆ importados com tensão acima de 110 kV, disjuntores FXT11 da Alstom da França e disjuntores SF₆ domésticos com tensão acima de 110 kV. Pode suportar alta pressão, variando de 0,5 a 16 MPa, e é seguro e confiável.

Principais Etapas de Funcionamento do Dispositivo de Detecção, Enchimento e Suplementação de Gás para Disjuntores SF₆

• Remover Gás Impuro: Conecte o cilindro de gás SF₆ à válvula de vedação automática deste dispositivo através de uma válvula redutora, uma mangueira de suplementação de gás e um conector. Feche o interruptor de controle e abra a válvula do cilindro de gás SF₆. O gás SF₆ entra no dispositivo através da mangueira de suplementação de gás. Neste momento, impurezas como ar no tubo também entram no disjuntor junto com o gás SF₆. O gás no dispositivo é uma mistura de gás SF₆ e impurezas de ar. Quando a pressão no dispositivo excede a pressão definida da válvula de pressão de retorno autônoma, a válvula de pressão de retorno autônoma abre automaticamente e libera gás por 8 a 10 segundos. Durante este processo de exaustão, todo o ar e impurezas no sistema inteiro são removidos. Em seguida, feche a válvula do cilindro de gás SF₆. Quando a pressão no sistema for consistente com a pressão definida, a válvula de pressão de retorno autônoma fecha automaticamente, concluindo a operação de remoção de ar e impurezas. Neste ponto, a pureza do gás SF₆ no sistema é a mesma que no cilindro de gás, e é um gás qualificado.

• Enchimento e Suplementação de Gás: Com o sistema inteiro preenchido com gás SF₆ puro após o processo de remoção de impurezas, abra o interruptor de controle deste dispositivo e, em seguida, abra a válvula do cilindro de gás SF₆ para suplementar gás ao disjuntor. Quando a pressão no disjuntor excede a pressão definida pela válvula de pressão de retorno autônoma, a válvula de pressão de retorno autônoma abre automaticamente, emite um alarme e libera gás. Neste momento, feche a válvula do cilindro de gás SF₆. Quando a pressão atingir o valor definido, a válvula de pressão de retorno autônoma fecha automaticamente, concluindo a operação de suplementação de gás. Após a conclusão da operação, remova o conector conectado ao cilindro de gás da válvula de vedação automática deste dispositivo.

• Alarme Automático e Controle de Pressão: Durante o processo de enchimento, a válvula de pressão de retorno autônoma desempenha um papel de monitoramento da pressão. Assim que a pressão excede o valor definido, ela abrirá automaticamente, emitirá um alarme e liberará gás para garantir que a pressão no disjuntor não exceda a faixa segura.

• Suplementação de Gás e Medição de Pressão: Após a operação de suplementação de gás, a pressão no disjuntor pode ser monitorada para garantir que atinja o valor necessário.

Ao realizar a medição de micro-água, conecte o instrumento de medição de micro-água à válvula de vedação automática. Abra o interruptor do instrumento de medição de micro-água, permitindo que o gás no sistema entre no instrumento de medição de micro-água, então feche o interruptor do instrumento de medição para a detecção. Após a detecção, remova o instrumento de medição de micro-água para concluir a operação de medição de micro-água. Não é necessário interromper a energia durante o processo de detecção.

Ao realizar a calibração do relé de densidade, feche o interruptor de controle do dispositivo, conecte o calibrador de densidade à válvula de vedação automática para o trabalho de calibração. Após a conclusão do trabalho, remova o calibrador de densidade e abra o interruptor de controle. Não é necessário interromper a energia durante o processo de detecção.

O dispositivo de detecção, enchimento e suplementação de gás para disjuntores SF₆ sem desmontagem integra a medição de micro-água, a calibração de relés de densidade e as operações de enchimento e suplementação de gás do disjuntor através de instrumentos sem interrupção de energia. Antes das operações de enchimento e suplementação de gás, ele pode remover automaticamente o ar, a umidade e as impurezas no sistema de suplementação de gás. Durante as operações de enchimento e suplementação de gás do disjuntor, ele pode realizar a detecção de pressão e alarme de alívio de pressão. É conveniente e rápido de operar e não afeta a operação normal do disjuntor.

3 Conclusão

O dispositivo de detecção, enchimento e suplementação de gás para disjuntores SF₆ sem desmontagem pode remover completamente o ar, a umidade e as impurezas no tubo de suplementação de gás e no sistema antes da suplementação de gás para o disjuntor. Além disso, durante o processo de enchimento, quando a pressão do gás no sistema atinge o valor nominal, ele pode liberar gás automaticamente e emitir um alarme. Este dispositivo está equipado com um interruptor de controle do sistema, permitindo a realização de operações de medição de micro-água e calibração de relés de densidade sem interrupção de energia. É conveniente e rápido de operar e não afeta a operação normal do disjuntor. É aplicável a disjuntores SF₆ importados com tensão acima de 110 kV, disjuntores FXT11 da Alstom da França e disjuntores SF₆ domésticos com tensão acima de 110 kV. Pode suportar alta pressão, variando de 0,5 a 16 MPa, e é seguro e confiável.