Com mantenir el rendiment d'aïllament dels interruptors automàtics SF6?

Comprendre les propietats del gas SF6 és essencial per a la integritat de l'aïllament

Resistència dielèctrica i dependència de pressió–temperatura del SF6

El sulfur hexafluorur (SF6) té propietats aïllants remarcables, aproximadament entre 2,5 i 3 vegades millors que l'aire comú, degut a com les seves molècules capturen electrons. L'eficàcia d'aquest aïllament depèn en gran mesura de la densitat del gas, la qual varia segons la pressió i la temperatura ambient. A mesura que augmenta la pressió, també ho fa la resistència dielèctrica de manera lineal. Però cal anar amb compte quan la temperatura baixa per sota dels menys 5 graus Celsius: en aquest punt, l'SF6 comença a passar a estat líquid i la densitat cau sobtadament. Fins i tot perdre només un 10% de la densitat del gas per fugues, contracció per fred o ompliment inadequat pot reduir la tensió de ruptura entre un 15 i un 20%, segons una investigació de l'IEEE del 2023. Mantenir la pressió de treball entre 4 i 6 bar és fonamental per evitar aquelles molestes descàrregues parcials que es produeixen durant pics sobtats de tensió.

Com afecten directament la puresa del gas i el contingut d'humitat a la tensió de ruptura

La presència d'impureses afecta realment les propietats aïllants del SF6. Quan els nivells d'humitat superen les 200 parts per milió, es combina amb materials descompostos durant els arcs per crear àcid fluorhídric. Això provoca una corrosió més ràpida dels contactes i pot reduir la tensió de ruptura entre un 30 i un 40 percent. La contaminació per aire també té molta importància. Si el contingut d'oxigen i nitrogen supera la meitat d'un percentatge, la resistència dielèctrica disminueix aproximadament un 15%. Aquests gasos introdueixen partícules que fan multiplicar ràpidament els electrons, cosa que, com sabem, no és gens bona notícia. Perquè els sistemes tinguin una llarga vida útil, són necessàries revisions regulars de la puresa del gas mitjançant cromatografia de gasos. L'humitat ha de mantenir-se per sota les 20 ppm gràcies als trampes dessecants integrades. Dades del sector mostren que cada augment de 50 ppm en la humitat incrementa un 18% les probabilitats de fallada segons la investigació de CIGRE del 2022. Per això, controlar l'humitat no és cap opció. Afecta no només el rendiment de l'aïllament, sinó també el temps que els components poden durar abans de necessitar substitució.

Assegurar la densitat del gas SF6 i la integritat del segell

Mantenir els nivells adequats de densitat de gas en interruptors SF6 és molt important per raons de seguretat. La resistència dielèctrica es veu molt afectada quan hi ha qualsevol pèrdua de densitat, i parlem de problemes greus fins i tot si la caiguda és només del 10%. Per això, avui dia la majoria d'instal·lacions compten amb monitoratge en temps real com a part de les seves rutines. Aquests sistemes moderns incorporen sensors que ajusten les variacions de temperatura i executen algoritmes adaptats específicament a l'entorn de cada ubicació. Bàsicament, el que fan és seguir la relació entre pressió i temperatura al llarg del temps, detectar patrons inusuals en les taxes de fuita de gas i tenir en compte com les temperatures exteriors afecten el que succeeix a l’interior de l’interruptor. Tot el sistema s’actualitza aproximadament cada 15 segons. Si la densitat del gas baixa fins al 90% del valor que hauria de tenir, salten alarmes immediatament i vàlvules especials s’activen automàticament per aïllar la secció que té problemes. Les instal·lacions que han instal·lat aquest tipus de solucions de monitoratge solen tenir un 72% menys aturades inesperades en comparació amb les instal·lacions més antigues que encara fan inspeccions manuals trimestrals.

Monitoratge en temps real de la densitat per prevenir la fallada d'aïllament

Els sistemes de monitoratge de densitat solen utilitzar múltiples sensors que treballen conjuntament, amb nivells d'exactitud d'aproximadament més o menys mig per cent al llarg de tot el seu rang de funcionament. El que fa valuoses aquestes configuracions va més enllà de simplement enregistrar nombres. De fet, analitzen patrons previs de pressió i poden detectar possibles fuites amb diverses setmanes d'antelació. Aquesta alerta primerenca permet als equips de manteniment anticipar-se als problemes abans que es produeixi cap danys a les capes d'aïllament. El sistema activa alertes sempre que les lectures es desvien més de 2 punts percentuals dels nivells normals. Això dóna als operadors de la planta prou temps per investigar els problemes sense haver d'aturar les operacions ni arriscar-se a desestabilitzar tot el sistema.

Detecció avançada de fuites i anàlisi de causes arrel per a recobriments tancats

La detecció moderna de fuites combina l'escaneig ultrasonor amb mètodes de gas traçador heli, identificant de manera fiable fuites tan petites com 10 μmbar·L/sec durant el manteniment rutinari. L'anàlisi de la causa arrel segueix una metodologia rigorosa de tres fases:

Aquest enfocament canvia el manteniment de la reparació reactiva a la resiliència dissenyada: allarga la vida útil de l'equipament entre 8 i 12 anys i elimina el 95% de les fuites recurrents mitjançant solucions com juntes recobertes de fluoropolímer i dissenys de soldadures resistents a les vibracions.

Estratègies de control d'humitat per a la fiabilitat a llarg termini dels interruptors SF6

Mecanismes de degradació de juntes i segells i el seu impacte en la infiltració d'humitat

Les juntes i els segells es degraden per envelliment, cicles tèrmics i exposició química, creant microcamins per als quals la humitat atmosfèrica pot infiltrar-se en compartiments SF6 estancs. Com que la humitat superior a 200 ppm redueix la resistència dielèctrica fins a un 30% i afavoreix la formació de subproductes conductors durant l'arc, el control de la infiltració és fonamental per a la integritat de l'aïllament. Els principals modes de degradació inclouen:

• Falla per deformació permanent de compressió : Els elastòmers es deformen permanentment sota càrrega prolongada, perdent la força d'estanqueïtat
• Fissuració per ozó : L'ozó ambient ataca les cadenes polimèriques en components de cautxú
• Embrittlement tèrmic : Els cicles repetits de calor i refredament redueixen l'elasticitat i indueixen microfractures
• Inflor química : L'exposició a olis, solvents o agents de neteja altera les dimensions i compromet l'ajust

Dades del sector atribueixen un 62% dels incidents de fuites de SF6 a la fallada dels segells i mostren una reducció constant del 15% en la tensió de ruptura per cada augment de 100 ppm d'humitat. El reemplaçament proactiu dels segells envellecits durant el manteniment programat mitiga aquest camí dominant de fallada, preservant l'estabilitat de l'aïllament i suportant dècades de funcionament fiable.

FAQ

Quin és l'efecte de les temperatures baixes en el gas SF6?

Les temperatures baixes poden fer que el SF6 es liquifiqui, reduint significativament la seva densitat i resistència dielèctrica, cosa que compromet l'eficàcia de l'aïllament.

Per què és crucial controlar la densitat del gas SF6 en interruptors?

El control és essencial perquè una disminució de la densitat del gas SF6 pot provocar una fallada d'aïllament. Els sistemes de control en temps real ajuden a prevenir aquestes situacions detectant fuites precoçment.

Com afecta la humitat a les propietats d'aïllament del SF6?

Nivells elevats d'humitat provoquen la formació d'àcid fluorhídric, que corroeix els contactes i redueix significativament la tensió de ruptura.

Quines són les causes principals de les fuites de SF6?

Les causes principals inclouen la degradació d'empahtaments i juntes deguda a l'envelliment, cicles tèrmics, exposició química i una instal·lació incorrecta, cosa que porta a l'entrada d'humitat atmosfèrica.