La estructura general de un disyuntor de vacío para exteriores tipo-poste revestido-de porcelana es la siguiente:El casquillo de porcelana superior sirve como casquillo-de la cámara de extinción de arco y contiene un interruptor de vacío, y el casquillo de porcelana inferior sirve como casquillo de soporte. Tanto el casquillo de la cámara de extinción de arco- como el casquillo de soporte están llenos de grasa aislante al vacío con excelentes propiedades aislantes. Durante la actividad de rayos, si el pararrayos de línea de 35 kV está dañado o tiene características deficientes de protección contra rayos, la sobretensión puede invadir el equipo de la subestación a lo largo de la línea, provocando un cortocircuito en los puntos débiles del aislamiento del disyuntor, lo que resulta en daños al equipo debido a los rayos. Se pueden tomar las siguientes medidas preventivas para solucionar este problema.
I. Principales formas en que la actividad de los rayos afecta a los disyuntores de vacío exteriores
El impacto de los rayos sobre los disyuntores de vacío exteriores no se produce a través de un "impacto" directo sobre el propio equipo, sino principalmente a través de las dos formas siguientes, que generan sobretensiones destructivas:
Sobretensión directa por impacto de rayo
Impacto directo: el rayo incide directamente sobre el cuerpo del interruptor, las barras conectadas o las estructuras adyacentes. Esto genera corrientes y voltajes de rayo extremadamente altos, superando con creces el nivel de aislamiento soportado del equipo.
Consecuencias: Esto puede provocar una descarga eléctrica del aislador, una explosión, una rotura del aislamiento externo del interruptor de vacío e incluso provocar un cortocircuito trifásico-, lo que provocaría daños permanentes al equipo y cortes de energía.
Sobretensión inducida por rayos (más común)
Principio: Cuando un rayo cae sobre una línea, un poste o el suelo cerca del disyuntor, genera un fuerte campo electromagnético transitorio a su alrededor. Este campo magnético cambiante induce sobretensiones extremadamente altas en el circuito formado por el disyuntor, los conductores y las estructuras.
Características: Aunque la magnitud suele ser inferior a la de un rayo directo, ocurre con mayor frecuencia y se propaga a lo largo de la línea, suponiendo una amenaza importante para los puntos débiles de aislamiento del disyuntor.
Sobretensión por sobretensión relámpago
Principio: Incluso si un rayo cae sobre una línea distante, la sobretensión del rayo se propagará a lo largo de la línea de transmisión en forma de onda viajera, llegando al disyuntor en la subestación. Si la impedancia de la onda no coincide, se producirá refracción y reflexión, lo que provocará un aumento de voltaje.
Componentes afectados: Amenaza principalmente el aislamiento entre los contactos del disyuntor y el aislamiento a tierra. Especialmente cuando el disyuntor está en la posición abierta, sus contactos (entre los contactos móviles y estacionarios) deben soportar toda la tensión de fase del sistema. La superposición de la sobretensión del rayo puede provocar fácilmente la rotura de los contactos, provocando un fallo de "rotura por rayo".
Aumento potencial del suelo
Principio: Cuando la corriente del rayo se descarga al suelo a través del dispositivo de conexión a tierra, genera un potencial instantáneo extremadamente alto alrededor del cuerpo de conexión a tierra. Si las conexiones de puesta a tierra de diferentes equipos dentro de la subestación (como bases de disyuntores, gabinetes de control) son deficientes o hay una diferencia de potencial, puede provocar una sobretensión -inversa.
Impacto: El alto potencial puede "retroceder" desde el cable de conexión a tierra hasta la carcasa del equipo y luego invadir el sistema de control secundario vulnerable (como el motor del mecanismo operativo, las bobinas de apertura y cierre y los dispositivos de protección del microprocesador), provocando fallas de control o quemados de componentes.
II. Manifestaciones específicas de daño
Daño de aislamiento:
Aislamiento externo: La descarga disruptiva de la superficie de los aisladores compuestos de porcelana o caucho de silicona deja marcas de quemaduras, lo que reduce el rendimiento futuro del aislamiento.
Aislamiento interno: Aunque el interruptor de vacío está completamente sellado, su distancia de fuga externa puede sufrir descargas eléctricas debido a la contaminación y la superposición de rayos. Más importante aún, la separación de contactos puede perforarse bajo una sobretensión de rayo.
Mal funcionamiento del mecanismo o falta de funcionamiento:
La sobretensión inducida puede invadir el módulo de control del mecanismo operativo (como el mecanismo de resorte, el mecanismo de imán permanente) a través de líneas eléctricas o cables de control, lo que puede provocar que el disyuntor se dispare innecesariamente (mal funcionamiento) o no funcione durante una falla (falla de operación), ampliando así el alcance del accidente.
Daño al sistema secundario:
Los pulsos electromagnéticos (LEMP) generados por los rayos pueden acoplarse a líneas de señal y líneas eléctricas, dañando dispositivos de control y protección basados en microprocesadores-, terminales inteligentes (DTU/FTU), etc., lo que provoca fallas en el monitoreo.
Envejecimiento acelerado del material:
Las frecuentes sobretensiones aceleran el envejecimiento de los materiales aislantes, acortando la vida útil del equipo.
III. Medidas de Protección Integral (“Tres Líneas de Defensa”)
Para la protección contra rayos de disyuntores de vacío exteriores de 35 kV, se debe adoptar una estrategia de "gestión integral y protección por capas".
Primera línea de defensa: intercepción y descarga (prevención de ataques directos y reducción de la amplitud de las oleadas entrantes)
Instalación de pararrayos/cables pararrayos:
Instale pararrayos independientes o pararrayos estructurales en la subestación (o el área de distribución de energía exterior donde está instalado el disyuntor) para formar una zona de protección efectiva, asegurando que equipos importantes, como los disyuntores, estén dentro del paraguas de protección contra rayos directos.
Colocación razonable de pararrayos:
¡Una medida crucial! Se debe instalar un pararrayos de óxido metálico (MOA) sin espacios en la entrada del lado de la fuente de alimentación del disyuntor (generalmente instalado junto con un interruptor de desconexión).
Ubicación de instalación: Debe instalarse lo más cerca posible del disyuntor para minimizar la sobretensión inducida en los cables de conexión entre ellos. Idealmente, la distancia eléctrica entre el disyuntor y el disyuntor no debe exceder el valor especificado (como el requisito de "distancia eléctrica" en las regulaciones).
Función: Cuando la sobretensión del rayo alcanza el voltaje de funcionamiento del pararrayos, el pararrayos conduce rápidamente, limitando la sobretensión a un nivel seguro que el aislamiento del disyuntor pueda soportar y descargando la corriente del rayo a tierra.
Segunda línea de defensa: conexión equipotencial y conexión a tierra (que proporciona una ruta de descarga confiable y un potencial de compensación)
Sistema de puesta a tierra mejorado:
La rejilla de puesta a tierra de las subestaciones y cuerpos de disyuntores debe cumplir con la normativa, asegurando una resistencia de puesta a tierra suficientemente baja (normalmente se requiere que sea inferior o igual a 0,5Ω). La conexión a tierra de baja-resistencia puede descargar rápidamente la corriente del rayo y reducir la magnitud del aumento del potencial de tierra.
La base del disyuntor, la caja del mecanismo operativo y la estructura metálica deben tener al menos dos puntos de conexión a tierra confiables.
Enlace equipotencial:
Los componentes metálicos cerca del disyuntor (como soportes, conductos para cables y bandejas para cables) y los gabinetes de la caja de control deben estar bien-conectados a la red de conexión a tierra principal para evitar el retroceso causado por diferencias de potencial.
Tercera línea de defensa: blindaje y aislamiento (protección del sistema secundario)
Blindaje y cableado:
Todos los cables de control y de señal que conducen al mecanismo operativo del disyuntor y a la caja de control deben estar blindados o encaminados a través de conductos metálicos, y ambos extremos de la armadura metálica o del conducto metálico deben estar conectados a tierra de manera confiable.
Se deben utilizar preferentemente cables apantallados y la capa de blindaje también debe estar conectada a tierra en ambos extremos.
Instalación de dispositivos de protección contra sobretensiones (SPD):
Se deben instalar SPD del nivel de voltaje apropiado (p. ej., SPD de fuente de alimentación DC220V/AC220V, SPD de señal) en la entrada de energía de operación del disyuntor y en la entrada del circuito de señal de control.
Los SPD pueden suprimir eficazmente las sobretensiones que entran desde las líneas, protegiendo los equipos electrónicos secundarios. Se debe establecer un sistema de protección SPD coordinado de múltiples etapas.
Medidas de aislamiento:
Para circuitos de señales importantes, se pueden utilizar optoacopladores o transformadores de aislamiento de señal para aislar eléctricamente y cortar la ruta de conducción de la sobretensión del rayo.
IV. Sugerencias de operación y mantenimiento
Pruebas preventivas periódicas:
Realice pruebas de voltaje de referencia CC (U1mA) y corriente de fuga en los descargadores de sobretensiones de acuerdo con la normativa para garantizar su correcto funcionamiento.
Realizar pruebas de resistencia de aislamiento y tensión soportada de CA en disyuntores, verificando especialmente la frecuencia de red y los niveles de tensión soportada de impulso de sus contactos.
Inspección de la red de puesta a tierra:
Pruebe periódicamente la resistencia de la conexión a tierra y compruebe si hay corrosión o rotura de los conductores de bajada a tierra.
Monitoreo de condición:
Antes y después de la temporada de tormentas, refuerce las inspecciones para verificar si hay rastros de descargas eléctricas en las superficies de los aisladores, asegúrese de que la caja del mecanismo esté sellada adecuadamente y verifique que el indicador de estado del SPD esté funcionando correctamente.
Monitorear el estado operativo:
Para los disyuntores en líneas en estado abierto/en espera, su protección contra rayos (principalmente los descargadores de sobretensiones del lado de la barra) deben permanecer continuamente activadas.
Resumen
Los rayos representan una amenaza sistémica para los disyuntores de vacío exteriores de 35 kV, afectando tanto el aislamiento primario como el sistema de control secundario. La medida preventiva más importante y eficaz es "instalar descargadores de óxido metálico (MOA) de alto-rendimiento muy cerca del disyuntor", complementados con una conexión a tierra confiable, una protección integral contra sobretensiones para el sistema secundario y una operación y mantenimiento estandarizados. Sólo mediante la construcción de un sistema de protección de múltiples-capas desde el aire hasta la tierra y desde los sistemas primarios hasta los secundarios se puede maximizar el funcionamiento seguro y estable de los disyuntores de vacío en condiciones de rayos.
Los disyuntores de vacío para exteriores Shaanxi Huadian de 35 kV, con su tecnología innovadora, definen un nuevo estándar para los interruptores para exteriores. Cuentan con una carcasa aislante compuesta de alta-resistencia a la intemperie-, lo que aumenta significativamente la distancia de fuga. Combinados con un diseño de campo eléctrico optimizado, previenen eficazmente las descargas eléctricas en la superficie incluso en condiciones extremas de sobretensión y contaminación por rayos, lo que garantiza un rendimiento de aislamiento excelente y duradero-. Equipados con un mecanismo operativo de imán permanente o resorte modular completamente sellado, cuentan con una vida mecánica de más de 10,000 operaciones. Un-dispositivo anti-condensación integrado garantiza que la caja del mecanismo permanezca seca. Para consultas, por favor contáctenos:pannie@hdswitchgear.com.
