Test on-site dei relè di densità del gas SF6: questioni rilevanti

Introduzione

Il gas SF6 è ampiamente utilizzato come mezzo isolante e spegnitore di arco in apparecchiature elettriche ad alta e ultralta tensione grazie alle sue eccellenti proprietà isolanti, di spegnimento dell'arco e stabilità chimica. La resistenza all'isolamento e la capacità di spegnimento dell'arco delle apparecchiature elettriche dipendono dalla densità del gas SF6. Una diminuzione della densità del gas SF6 può portare a due principali pericoli:

• Riduzione della resistenza dielettrica dell'apparecchiatura;

• Diminuzione della capacità di interruzione degli interruttori.

Inoltre, le perdite di gas spesso portano all'ingresso di umidità, aumentando il contenuto di umidità del gas SF6 e degradando ulteriormente le prestazioni di isolamento. Pertanto, il monitoraggio della densità del gas SF6 è essenziale per garantire l'operatività sicura dell'apparecchiatura.

Un relè di densità del gas SF6 (noto anche come monitor di densità, controllore o manometro di densità) viene installato sull'apparecchiatura elettrica SF6 per riflettere i cambiamenti di densità del gas interno. Rileva le variazioni di pressione per indicare i cambiamenti di densità, emettendo un segnale di allarme quando la densità scende a un livello di allarme preimpostato, e bloccando le operazioni di commutazione se diminuisce ulteriormente fino a un livello di blocco. Poiché le sue prestazioni influiscono direttamente sulla sicurezza dell'apparecchiatura, è cruciale effettuare regolarmente prove di affidabilità e precisione.

1. Tipi e principi di funzionamento dei relè di densità del gas SF6

1.1 Relè di densità meccanici

I relè meccanici possono essere classificati in base alla struttura in a campana e a tubo di Bourdon, e in base alla funzione in quelli con visualizzazione della pressione e senza. Entrambi i tipi utilizzano la compensazione termica per monitorare la densità del gas.

Prendendo come esempio il tipo a campana (vedi Figura 1):

• Una camera pre-caricata è riempita con gas SF6 alla stessa pressione della camera monitorata;

• Una campana metallica è collegata alla camera monitorata;

• Quando si verifica una perdita, la pressione interna nella campana diminuisce, creando una differenza di pressione che comprime la campana. Questo movimento attiva un microinterruttore tramite un collegamento meccanico, innescando un segnale di allarme o di blocco.

Poiché la camera pre-caricata si trova nello stesso ambiente, i cambiamenti di temperatura influiscono in modo uguale su entrambi i lati, consentendo una compensazione termica automatica.

Figura 1. Principio del relè di densità meccanico
(Nota: 4—microinterruttore; 3—lamina bimetallica; 2—campana metallica; 1—camera pre-caricata)

1.2 Relè di densità digitali

Questi relè sfruttano la forte eletronegatività delle molecole di SF6. Una sorgente di particelle alfa in una camera di ionizzazione ionizza il gas, e sotto un campo elettrico DC applicato, si forma una corrente di ioni. Questa corrente è proporzionale alla densità del gas. Quando la densità diminuisce, la corrente di uscita diminuisce, permettendo un monitoraggio in tempo reale.

Vantaggi dei relè di densità digitali includono:

• Visualizzazione digitale diretta della pressione, della pressione equivalente a 20°C e della temperatura dell'apparecchiatura;

• Compatibilità con sistemi computerizzati per il monitoraggio online;

• Possibilità di tracciare curve di tendenza delle perdite, supportando la manutenzione basata sullo stato;

• Misurazione a piena scala senza cambio di gamma, con parametri regolabili sul campo;

• Uscita di segnali di contatto di allarme per il rifornimento di gas e di blocco per sottopressione.

Figura 2. Principio del relè di densità digitale
(Nota: Le particelle alfa nella camera di ionizzazione ionizzano il gas SF6; gli elettroni migrano verso l'anodo, gli ioni positivi tornano all'emettitore, generando una corrente che viene amplificata e inviata in uscita)

2. Necessità delle prove sul campo dei relè di densità

I relè di densità possono essere provati sia sul campo che in laboratorio. Sebbene le prove in laboratorio offrano una maggiore precisione, presentano diversi svantaggi:

• Lo smontaggio rompe il sigillo originale, rendendo difficile garantire il rimontaggio e il risigillaggio;

• Gli strumenti di precisione possono perdere la taratura a causa degli urti durante il trasporto;

• Le strette programmazioni di manutenzione rendono lo smontaggio e il rimontaggio molto onerosi in termini di tempo.

Pertanto, quando possibile, si consigliano le prove sul campo, poiché sono più efficienti e sicure.

3. Strumenti utilizzati per le prove sul campo

Poiché le apparecchiature elettriche SF6 non devono essere contaminate con oli o altri gas, solo il gas SF6 può essere utilizzato come mezzo di prova. Un dispositivo di taratura ideale dovrebbe avere:

• Un serbatoio integrato di gas SF6;

• Pressione regolabile;

• Compensazione e conversione automatiche della temperatura.

Questo articolo introduce l'unità di taratura JMD-1A per relè di densità del gas SF6, che presenta:

• Serbatoio integrato di SF6 e sistema di regolazione della pressione;

• Isola il circuito di gas dell'apparecchiatura durante le prove, utilizzando la propria fornitura di gas;

• Converte automaticamente i valori misurati alla pressione standard a 20°C;

• Richiede una ricertificazione annuale in fabbrica per garantire la precisione;

• Classe di precisione 0,5, soddisfacendo il requisito che "l'errore dello strumento standard non deve superare un terzo dell'errore dello strumento sottoposto a prova" (i relè sottoposti a prova sono generalmente inferiori alla classe 1,5), soddisfacendo pienamente i requisiti sul campo.

4. Contenuti di prova per i relè di densità del gas

4.1 Standard e frequenza di prova

Secondo GB50150-1991 e DL/T596-1996:

• Le nuove apparecchiature devono essere sottoposte a prove di relè di densità prima della messa in servizio;

• Le apparecchiature in servizio devono essere sottoposte a prove ogni 1-3 anni, o dopo grandi lavori di manutenzione o quando necessario;

• I valori d'azione devono conformarsi alle specifiche tecniche del produttore;

• L'errore di indicazione del manometro e l'isteresi devono essere entro i limiti ammissibili per la classe di precisione specificata.

4.2 Elementi di prova

Gli elementi di prova principali includono:

• Pressione di attivazione dell'allarme (rifornimento di gas);

• Pressione di attivazione del blocco;

• Pressione di ritorno del blocco;

• Pressione di ritorno dell'allarme;

• Se dotato di manometro, la sua indicazione deve essere verificata.

Requisiti per la prova del manometro:

• Almeno 5 punti di prova distribuiti uniformemente nell'intervallo;

• Due cicli completi di pressurizzazione e depressurizzazione;

• Applicazione lenta e costante della pressione, con letture prese in ogni punto;

• L'errore massimo di indicazione dai due cicli viene considerato come risultato finale.

Requisiti per i valori d'azione:

• Devono conformarsi alle specifiche del produttore;

• La differenza tra la pressione di attivazione e quella di ritorno dovrebbe essere inferiore a 0,02 MPa;

• Tutti i valori di pressione devono essere convertiti ai valori standard a 20°C;

• Registrare la temperatura ambiente, la pressione misurata e la pressione convertita a 20°C.

5. Metodi di connessione tra il relè di densità e l'apparecchiatura

Ci sono quattro tipi di connessione comuni:

• Con valvola di isolamento
       Una valvola (FA) è installata tra il relè e l'apparecchiatura. Durante le prove, chiudere FA, collegare la testa di prova, quindi aprire FB per iniziare le prove.

• Con valvola antiretorno
       Dopo aver rimosso il relè, la valvola antiretorno sigilla automaticamente il lato dell'apparecchiatura, consentendo la connessione diretta del dispositivo di prova alla porta esterna.

• Con valvola antiretorno + bullone a stantuffo (vedi Figura 3)
       Non è richiesto alcuno smontaggio. Svitare il bullone a stantuffo a W2; la valvola antiretorno F1 isola automaticamente il percorso del gas, consentendo la connessione diretta della testa di prova.

Figura 3. Schema del relè di densità con valvola antiretorno e bullone a stantuffo
(Etichette: B1—relè di densità; W1—porta di carica del gas; W2—porta di prova; MA—manometro; F1—valvola antiretorno)

• Connessione diretta senza isolamento
       Questa è una progettazione irragionevole. Se il relè fallisce, non può essere sostituito o provato online e deve attendere un grande lavoro di revisione. Si consiglia di installare valvole di isolamento durante la revisione per futuri interventi di manutenzione.

Conclusione: I primi tre tipi di connessione consentono le prove sul campo; il quarto no.

6. Precauzioni per la taratura sul campo

• Operazione con alimentazione spenta: Le prove devono essere condotte con l'apparecchiatura deenergizzata. Disconnettere l'alimentazione di controllo e isolare i contatti di allarme/blocco nella targa terminale per prevenire l'operazione accidentale del circuito secondario.

• Conferma del tipo di connessione: Le strutture di connessione variano tra le apparecchiature. Confermare il tipo prima dello smontaggio per prevenire malfunzionamenti e perdite di gas.

• Ripristino delle valvole di isolamento: Dopo le prove, assicurarsi che tutte le valvole di isolamento siano ripristinate nelle posizioni corrette e verificate.

• Pulizia dei connettori: Pulire tutti i connettori di tubazione prima e dopo le prove. Se necessario, sciacquare con una piccola quantità di gas SF6 per prevenire la contaminazione o l'ingresso di umidità.

• Protezione dello smaltimento: Proteggere le superfici di smaltimento, sostituire con guarnizioni nuove e eseguire la rilevazione delle fughe dopo il rimontaggio.

• Conversione delle unità di pressione: L'unità di prova JMD-1A visualizza la pressione indicata. Se il relè utilizza la pressione assoluta (ad esempio, interruttore ABB LTB145D), convertire le unità prima del confronto.

7. Conclusione

Il relè di densità del gas SF6 è un componente critico per garantire l'operatività sicura delle apparecchiature elettriche SF6. Le sue prestazioni operative influiscono direttamente sulla affidabilità del sistema. Pertanto, è necessario effettuare regolarmente prove sul campo in conformità con le normative pertinenti per garantire precisione e affidabilità. Durante le prove, è essenziale rispettare rigorosamente i cicli di prova prescritti, le procedure e le precauzioni per eliminare i pericoli di sicurezza e prevenire conclusioni errate.