Investigación sobre la Aplicación de un Sistema Remoto en Línea para la Eliminación de Defectos en Contactos de Desconectores de Alta Tensión

Los interruptores de alta tensión, también conocidos como interruptores de seccionamiento o interruptores de cuchilla, presentan un principio de funcionamiento simple y una operación conveniente. Como equipo de conmutación de alta tensión comúnmente utilizado, tienen un impacto significativo en la seguridad operativa de las subestaciones, lo que exige una rigurosa confiabilidad en aplicaciones prácticas. El sistema de eliminación de defectos en línea remota para contactos de interruptores de alta tensión ofrece ventajas como facilidad de operación, bajos costos de operación y alta estabilidad, lo que lo hace ideal para la eliminación de defectos en línea en la industria eléctrica.

1.Visión general de los interruptores de alta tensión
Los interruptores de alta tensión se utilizan con mayor frecuencia en sistemas eléctricos de subestaciones y centrales eléctricas y constituyen un componente clave del equipo de conmutación de alta tensión. Deben usarse en conjunto con interruptores de circuito de alta tensión.

El sistema de eliminación de defectos en línea remota basado en láser para contactos de interruptores consta de una pistola de limpieza, enfriador de agua, fibra óptica y fuente láser. Se emplea un láser de estado sólido totalmente cuasi-continuo (QCW) para proporcionar una salida láser de alta potencia, alta eficiencia y continua. Este sistema utiliza módulos de bombeo lateral de semiconductores de alto rendimiento con chips reflectantes para abordar posibles peligros. La potencia de salida del láser debe ser ≥1,000 W, y la eficiencia de acoplamiento de la fibra debe superar el 96%. Otras características incluyen costos de mantenimiento cero, tamaño compacto y aptitud para integración.

Se seleccionan fibras ópticas transmisoras de energía por su capacidad de auto-protección durante la transmisión de energía, con longitudes que generalmente varían de 10 a 15 metros. Las unidades de enfriamiento de agua de precisión para el láser y la vía óptica permiten un control de temperatura preciso y ajustes oportunos de la temperatura ambiente.

La función principal de los interruptores de alta tensión es proporcionar un aislamiento eléctrico seguro durante el mantenimiento de equipos e instalaciones de alta tensión. No están diseñados para interrumpir corrientes de carga, corrientes de falla o corrientes de cortocircuito, y solo deben usarse para conmutar pequeñas corrientes capacitivas o inductivas. Por lo tanto, carecen de capacidades de extinción de arco.

Según la ubicación de instalación, los interruptores de alta tensión se clasifican como tipos de interior o exterior. Según el número de columnas de soporte aislante, se categorizan como de un poste, dos postes o tres postes. Las calificaciones de voltaje deben seleccionarse según los requisitos específicos del equipo.

Estos interruptores proporcionan un espacio de aislamiento visible para aislar de manera segura fuentes de alta tensión durante el mantenimiento, garantizando la seguridad del personal. Aunque son capaces de conmutar pequeñas corrientes, carecen de dispositivos de extinción de arco dedicados y, por lo tanto, no pueden interrumpir corrientes de carga o de cortocircuito.

2.Sistema de eliminación de defectos en línea remota basado en láser para contactos de interruptores
Los láseres ofrecen una alta direccionalidad y brillo, lo que permite la rápida concentración de energía en un espacio confinado. La limpieza con láser se basa fundamentalmente en la interacción entre la radiación láser y los contaminantes, produciendo efectos químicos y físicos.

Las investigaciones muestran que los contaminantes superficiales se adhieren a través de fuerzas capilares, atracción electrostática, enlaces covalentes y fuerzas de van der Waals—las tres últimas son particularmente difíciles de superar. La limpieza con láser interrumpe estas fuerzas de unión sin dañar el sustrato subyacente.

Existen tres mecanismos principales de limpieza con láser:
(1) Fragmentación y desprendimiento: Partículas microscópicas de contaminantes absorben la energía del láser, se expanden rápidamente, superan las fuerzas de adherencia superficial y se fracturan desde la superficie. El pulso láser ultracorto genera ondas de choque explosivas que aceleran la separación de las partículas.
(2) Evaporación: Debido a las diferencias en la composición química entre el sustrato y los contaminantes, sus tasas de absorción del láser varían. Con la selección adecuada del tipo de láser y ancho de pulso, aproximadamente el 95% de la energía del láser se refleja en el sustrato, protegiéndolo. Los contaminantes absorben alrededor del 90% de la energía, causando un aumento instantáneo de la temperatura y vaporización, lo que los elimina sin dañar el sustrato.
(3) Eyectación vibracional: Los láseres de pulso corto inducen vibraciones ultrasónicas a través de la expansión térmica rápida. Las ondas de choque resultantes fragmentan y eyectan las partículas.

El sistema de eliminación de defectos en línea remota concentra alta energía dentro de una ventana espacial y temporal precisa. En el punto focal, la ionización causa microexplosiones que desprenden instantáneamente los contaminantes. El haz láser altamente direccional puede formarse en tamaños de mancha ajustables y no uniformes. La intensidad de la energía láser se controla con precisión para asegurar la separación instantánea de los contaminantes del sustrato sin daño.

3.Defectos comunes en interruptores de alta tensión durante la operación
Los defectos a menudo surgen durante la operación, por ejemplo, acumulación de polvo debido a un mal contacto, o formación de películas compuestas en las superficies de contacto, aumentando la resistencia de contacto. El análisis revela que un diseño deficiente, componentes de baja calidad y una instalación o ajuste incorrectos todos contribuyen a los defectos.

3.1 Corrosión de componentes
La exposición prolongada a la lluvia, el viento y la humedad provoca la corrosión de los componentes de los interruptores. Algunas partes utilizan recubrimientos galvanizados, pero las reacciones electroquímicas durante la operación pueden llevar a un óxido severo. Los procesos de fabricación deficientes comprometen aún más la calidad y el rendimiento, acelerando la corrosión. El óxido severo reduce la velocidad de transmisión mecánica y puede causar fallos operativos.

3.2 Apertura/cierre incompleto y sobrecalentamiento
Las operaciones de apertura o cierre inadecuadas a menudo resultan en defectos. Si los contactos no se enganchan completamente mientras el circuito permanece energizado, se produce un calentamiento resistivo, lo que puede llevar a quemaduras o incidentes de seguridad, afectando el rendimiento económico y la confiabilidad del suministro de electricidad.

El sobrecalentamiento severo en los puntos de contacto (debido a la persistencia de la corriente incluso cuando está dañado) aumenta la resistencia de contacto, creando un ciclo vicioso: mayor resistencia → mayor temperatura → mayor incremento de resistencia → daño de contacto.

3.3 Mala estanqueidad del mecanismo de operación que lleva a daños en los contactos
La mayoría de los interruptores de alta tensión operan al aire libre y son vulnerables a factores ambientales. El mecanismo de operación sirve como fuente de energía; si se oxida, deteriora su funcionalidad.

Para mitigar esto, los mecanismos de operación se alojan en cajas selladas durante la instalación. Sin embargo, un mal sellado permite la entrada de agua de lluvia, especialmente durante las temporadas húmedas, causando óxido interno. Esto compromete el aislamiento de los componentes de control, lo que lleva a malfuncionamientos. El aumento de la resistencia de contacto eleva la temperatura, y una mayor corriente (por ejemplo, >75% de la corriente nominal) agrava el sobrecalentamiento y la degradación del contacto.

3.4 Fractura de Aisladores de Porcelana
Los aisladores de porcelana son componentes estructurales críticos. Las fracturas pueden colapsar el circuito conductor y deshabilitar el interruptor. Las causas incluyen:
– Procesos de fabricación subestándar que no garantizan la calidad de la porcelana;
– Fuerza mecánica excesiva durante el manejo por personal no calificado.

4.Estrategias para Sistemas de Eliminación de Defectos en Línea Remota
Dado que la mayoría de los defectos se derivan de la inexperiencia del operador o de un diseño defectuoso, son esenciales medidas correctivas específicas.

4.1 Abordar la Corrosión de Componentes
Asegurar un estricto control de calidad durante la adquisición y construcción. Realizar mantenimiento y revisiones regulares. En regiones de alta humedad, acortar los intervalos de inspección según las condiciones ambientales. Las unidades severamente corroídas deben ser reemplazadas de inmediato.

4.2 Resolver Cierre Incompleto y Sobrecalentamiento
El mal contacto durante el cierre a menudo resulta de una puesta en marcha inadecuada o ajustes estructurales no conformes. Contratar técnicos calificados para el mantenimiento en sitio para asegurar una alineación adecuada y una resistencia de bucle aceptable.

Seleccionar materiales de contacto basados en conductividad y resistencia mecánica. Usar tornillos anticorrosivos. Limpiar completamente las superficies de contacto antes de ajustar la profundidad de inserción. Reemplazar muelles de sujeción envejecidos que hayan perdido tensión y eliminar contaminantes de superficie para prevenir la acumulación de resistencia y arcos eléctricos.

4.3 Mejorar el Sellado de Mecanismos de Operación
Mejorar el sellado instalando juntas en las cajas de los mecanismos. Equipar las cajas con sensores de humedad y deshumidificadores. Activar la deshumidificación inmediatamente al detectar humedad elevada para prevenir la corrosión interna y el fallo del aislamiento.

4.4 Prevenir la Fractura de Aisladores de Porcelana
Aplicar inspecciones de calidad rigurosas durante la adquisición de porcelana. Manejar los aisladores estrictamente según los protocolos operativos para evitar fuerzas excesivas. Durante las patrullas rutinarias, inspeccionar grietas o fracturas y reemplazar las unidades defectuosas de inmediato.

5.Estudio de Caso: Implementación de un Sistema de Eliminación de Defectos en Línea
Una planta hidroeléctrica municipal—crítica para el control de inundaciones, la generación de energía, la protección ecológica y el desarrollo económico regional—sirve como estudio de caso para aplicar el sistema de eliminación de defectos en línea remota a los interruptores de alta tensión de subestaciones.

Prácticas clave incluyen:
– Seleccionar interruptores con una clasificación superior a 126 kV, evitando diseños de brazo único plegable o estructuras de contacto de resorte no probadas; preferir modelos con informes de pruebas de aumento de temperatura verificados.
– Para unidades ≥252 kV, realizar un ensamblaje completo, ajustes dimensionales y marcado antes del despacho de fábrica.
– Para unidades ≥72.5 kV, realizar pruebas de presión de dedos de contacto y proporcionar certificados de conformidad.
– Durante la entrega, verificar el recubrimiento de plata en los contactos móviles y estacionarios: espesor >20 μm, dureza >120 HV.
– Después de la instalación, medir la resistencia del bucle conductor y compararla con los valores de diseño y de fábrica; solo comisionar si está dentro de la tolerancia.
– Durante la operación, usar termografía infrarroja para monitorear las uniones conductoras, especialmente bajo condiciones de carga alta o temperatura alta, e intervenir de inmediato si se detectan anomalías.
– Durante las pruebas de apagado, adherirse estrictamente a los ciclos de mantenimiento. Probar el rendimiento de los resortes y los circuitos de contacto, reemplazando las piezas no conformes. Verificar nuevamente la presión de contacto después del mantenimiento.
– Mantener un inventario de repuestos y herramientas de limpieza láser para permitir una rápida reparación de defectos en línea.

6.Conclusión
En resumen, el sistema de eliminación de defectos en línea remota basado en láser elimina eficazmente el óxido y los contaminantes de los contactos de los interruptores, previniendo el sobrecalentamiento y el quemado, reduciendo el desgaste del equipo y mejorando la estabilidad del sistema de energía. Los interruptores de alta tensión tienen un gran potencial en la infraestructura de energía moderna, minimizando el uso de consumibles mientras se asegura una operación confiable y estable de la red.