Pesquisa sobre a Aplicação de um Sistema Remoto de Eliminação de Defeitos Online para Contatos de Disjuntor de Alta Tensão

Os disjuntores de alta tensão, também conhecidos como interruptores isoladores ou chaves faca, apresentam um princípio de funcionamento simples e operação conveniente. Como equipamentos de comutação de alta tensão comumente utilizados, eles têm um impacto significativo na segurança operacional das subestações, exigindo confiabilidade rigorosa em aplicações práticas. O sistema remoto de eliminação de defeitos online para contatos de disjuntor de alta tensão oferece vantagens como facilidade de operação, baixo custo operacional e alta estabilidade, tornando-o adequado para a remoção de defeitos online no setor de energia.

1.Visão Geral dos Disjuntores de Alta Tensão
Os disjuntores de alta tensão são mais frequentemente usados em sistemas elétricos de subestações e usinas de energia e constituem um componente-chave do equipamento de comutação de alta tensão. Devem ser usados em conjunto com disjuntores de alta tensão.

O sistema remoto de eliminação de defeitos online baseado em laser para contatos de disjuntor consiste em uma pistola de limpeza, resfriador de água, fibra óptica e fonte de laser. Um laser totalmente sólido quase contínuo (QCW) é empregado para fornecer saída de laser de alta potência, alta eficiência e contínua. Este sistema utiliza módulos laterais de semicondutores de alto desempenho com chips refletivos para abordar possíveis perigos. A potência de saída do laser deve ser ≥1.000 W, e a eficiência de acoplamento da fibra deve exceder 96%. Características adicionais incluem custo zero de manutenção, tamanho compacto e adequação para integração.

Fibras ópticas transmissoras de energia são selecionadas por sua capacidade de auto-proteção durante a transmissão de energia, com comprimentos tipicamente variando de 10 a 15 metros. Unidades de resfriamento de água de precisão para o laser e a via óptica permitem controle de temperatura preciso e ajustes oportunos da temperatura ambiente.

A função principal dos disjuntores de alta tensão é fornecer isolamento elétrico seguro durante a manutenção de equipamentos e instalações de alta tensão. Eles não são projetados para interromper corrente de carga, corrente de falha ou corrente de curto-circuito, e devem ser usados apenas para comutar pequenas correntes capacitivas ou indutivas. Consequentemente, eles não possuem capacidades de extinção de arco.

Com base na localização de instalação, os disjuntores de alta tensão são classificados como tipos internos ou externos. De acordo com o número de colunas de suporte isolante, eles são categorizados como de poste único, duplo ou triplo. As classificações de tensão devem ser selecionadas de acordo com os requisitos específicos do equipamento.

Esses disjuntores fornecem uma lacuna de isolamento visível para isolar seguramente as fontes de alta tensão durante a manutenção, garantindo a segurança das pessoas. Embora capazes de comutar pequenas correntes, eles não possuem dispositivos dedicados de extinção de arco e, portanto, não podem interromper correntes de carga ou de curto-circuito.

2.Sistema Remoto de Eliminação de Defeitos Online Baseado em Laser para Contatos de Disjuntor
Os lasers oferecem alta direcionalidade e brilho, permitindo a rápida concentração de energia em um espaço confinado. A limpeza a laser fundamentalmente envolve a interação entre a radiação do laser e os contaminantes, produzindo efeitos químicos e físicos.

Pesquisas mostram que os contaminantes de superfície aderem através de forças capilares, atração eletrostática, ligações covalentes e forças de van der Waals—sendo as três últimas particularmente difíceis de superar. A limpeza a laser interrompe essas forças de ligação sem danificar o substrato subjacente.

Existem três mecanismos principais de limpeza a laser:
(1) Fragmentação e espalhamento: Partículas microscópicas de contaminantes absorvem a energia do laser, expandem-se rapidamente, superam as forças de adesão superficial e se fragmentam. O pulso ultracurto do laser gera ondas de choque explosivas que aceleram a separação das partículas.
(2) Evaporação: Devido às composições químicas diferentes entre o substrato e os contaminantes, suas taxas de absorção do laser variam. Com a seleção apropriada do tipo de laser e largura de pulso, ~95% da energia do laser reflete no substrato, protegendo-o. Os contaminantes absorvem ~90% da energia, causando um aumento instantâneo de temperatura e vaporização, removendo-os sem danificar o substrato.
(3) Ejeção vibracional: Lasers de pulso curto induzem vibrações ultrassônicas através da expansão térmica rápida. As ondas de choque resultantes fragmentam e ejetam as partículas.

O sistema remoto de eliminação de defeitos online concentra alta energia em uma janela espacial e temporal precisa. No ponto focal, a ionização causa micro-explosões que instantaneamente removem os contaminantes. O feixe de laser altamente direcional pode ser moldado em tamanhos de pontos ajustáveis e não uniformes. A intensidade da energia do laser é controlada com precisão para garantir a separação instantânea dos contaminantes do substrato sem danos.

3.Defeitos Comuns em Disjuntores de Alta Tensão Durante a Operação
Defeitos frequentemente surgem durante a operação, por exemplo, acumulação de poeira devido a contato pobre, ou formação de filmes compostos nas superfícies de contato, aumentando a resistência de contato. Análises revelam que design inadequado, componentes de baixa qualidade e instalação ou ajuste impróprios contribuem para os defeitos.

3.1 Corrosão de Componentes
A exposição prolongada à chuva, vento e umidade causa corrosão nos componentes dos disjuntores. Algumas partes usam revestimentos galvanizados, mas reações eletroquímicas durante a operação podem levar a enferrujamento severo. Processos de fabricação pobres comprometem ainda mais a qualidade e o desempenho, acelerando a corrosão. O enferrujamento severo reduz a velocidade de transmissão mecânica e pode causar falhas operacionais.

3.2 Abertura/Fechamento Incompleto e Superaquecimento
Operações de abertura ou fechamento inadequadas frequentemente resultam em defeitos. Se os contatos não se engajarem completamente enquanto o circuito permanece energizado, ocorre aquecimento resistivo, potencialmente levando a queimaduras ou incidentes de segurança—impactando o desempenho econômico e a confiabilidade do fornecimento de energia.

O superaquecimento severo nos pontos de contato (devido à corrente persistente mesmo quando danificado) aumenta a resistência de contato, criando um ciclo vicioso: maior resistência → maior temperatura → aumento ainda maior da resistência → dano ao contato.

3.3 Selagem Pobre do Mecanismo de Operação Levando a Dano no Contato
A maioria dos disjuntores de alta tensão opera ao ar livre e é vulnerável a fatores ambientais. O mecanismo de operação serve como a fonte de energia; se corroído, prejudica a funcionalidade.

Para mitigar isso, os mecanismos de operação são instalados em invólucros selados. No entanto, um selo inadequado permite a entrada de água da chuva, especialmente durante as estações chuvosas, causando ferrugem interna. Isso compromete o isolamento dos componentes de controle, levando a malfuncionamentos. O aumento da resistência de contato eleva a temperatura, com uma corrente maior (por exemplo, >75% da corrente nominal) exacerbando o superaquecimento e a degradação do contato.

3.4 Fratura de Isolador de Porcelana
Os isoladores de porcelana são componentes estruturais críticos. As fraturas podem colapsar o circuito condutor e desabilitar o disjuntor. As causas incluem:
– Processos de fabricação subpadrão que não garantem a qualidade da porcelana;
– Força mecânica excessiva durante o manuseio por pessoal não qualificado.

4.Estratégias para Sistemas de Eliminação de Defeitos Online Remotos
Como a maioria dos defeitos decorre da inexperiência do operador ou de um projeto falho, medidas corretivas direcionadas são essenciais.

4.1 Combate à Corrosão de Componentes
Garanta um rigoroso controle de qualidade durante a aquisição e a construção. Realize manutenções e inspeções regulares. Em regiões de alta umidade, reduza os intervalos de inspeção com base nas condições ambientais. Unidades severamente corroídas devem ser substituídas prontamente.

4.2 Resolução de Fechamento Incompleto e Sobre aquecimento
O contato pobre durante o fechamento geralmente resulta de uma comissão inadequada ou ajustes estruturais não conformes. Contrate técnicos qualificados para manutenção no local para garantir alinhamento adequado e resistência de loop aceitável.

Selecione materiais de contato com base na condutividade e na resistência mecânica. Use parafusos anticorrosivos. Limpe completamente as superfícies de contato antes de ajustar a profundidade de inserção. Substitua molas de fixação envelhecidas que perderam tensão e remova contaminantes de superfície para prevenir a acumulação de resistência e arcos.

4.3 Melhoria do Selamento dos Mecanismos de Operação
Melhore o selamento instalando juntas nos invólucros dos mecanismos. Equipe os invólucros com sensores de umidade e desumidificadores. Ative a desumidificação imediatamente ao detectar umidade elevada para prevenir a corrosão interna e a falha do isolamento.

4.4 Prevenção de Fratura de Isolador de Porcelana
Imponha rigorosas inspeções de qualidade durante a aquisição de porcelana. Manipule os isoladores estritamente conforme os protocolos operacionais para evitar força excessiva. Durante as patrulhas rotineiras, inspecione rachaduras ou fraturas e substitua as unidades defeituosas imediatamente.

5.Estudo de Caso: Implementação de Sistema de Eliminação de Defeitos Online
Uma usina hidrelétrica municipal—crítica para o controle de inundações, geração de energia, proteção ecológica e desenvolvimento econômico regional—serve como estudo de caso para a aplicação do sistema de eliminação de defeitos online remoto aos disjuntores de alta tensão de subestações.

Práticas-chave incluem:
– Selecionar disjuntores com classificação acima de 126 kV, evitando designs de braço único dobrável ou estruturas de contato de mola não comprovadas; prefira modelos com relatórios de teste de elevação de temperatura verificados.
– Para unidades ≥252 kV, realize montagem completa, ajustes dimensionais e marcação antes do despacho da fábrica.
– Para unidades ≥72.5 kV, realize testes de pressão de dedos de contato e forneça certificados de conformidade.
– Durante a entrega, verifique o revestimento de prata nos contatos móveis e fixos: espessura >20 μm, dureza >120 HV.
– Após a instalação, meça a resistência do loop condutor e compare com os valores de projeto e fábrica; comissionar apenas se estiver dentro da tolerância.
– Durante a operação, use termografia infravermelha para monitorar as articulações condutoras, especialmente sob condições de carga ou temperatura elevada, e intervenha prontamente se forem detectadas anomalias.
– Durante os testes de interrupção, adira estritamente aos ciclos de manutenção. Teste o desempenho das molas e circuitos de contato, substituindo peças não conformes. Reverifique a pressão de contato pós-manutenção.
– Mantenha estoque de peças de reposição e ferramentas de limpeza a laser para permitir a rápida remediação de defeitos online.

6.Conclusão
Em resumo, o sistema de eliminação de defeitos online remoto baseado em laser remove eficazmente a ferrugem e os contaminantes dos contatos dos disjuntores, prevenindo o superaquecimento e o derretimento, reduzindo o desgaste do equipamento e melhorando a estabilidade do sistema de energia. Os disjuntores de alta tensão têm um enorme potencial na infraestrutura de energia moderna, minimizando o uso de consumíveis enquanto garante a operação confiável e estável da rede.