Per què fallen les RMU? Condensació i pèrdua de gas explicades

1. Introducció

Les unitats de cicle (RMUs) són equips de distribució elèctrica primària que contenen interruptors de càrrega i disjuntors dins d'una carcassa metàl·lica o no metàl·lica. Gràcies a la seva mida compacta, estructura simple, excel·lent rendiment aïllant, baix cost, facilitat d'instal·lació i disseny totalment hermètic [1], les RMUs es fan servir àmpliament en sistemes de distribució de mitja i baixa tensió a la xarxa elèctrica de la Xina [2], especialment en sistemes de distribució de 10 kV. Amb el creixement econòmic i la creixent demanda d'electricitat, els requisits de seguretat i fiabilitat en els sistemes d'abastament elèctric continuen augmentant [3]. Com a resultat, la tecnologia de fabricació de RMUs ha avançat en conseqüència. No obstant això, problemes com la condensació i la fugida de gas segueixen sent fallades operatives comunes.

2. Estructura de les Unitats de Cicle

Una RMU enclogui components clau—interruptors de càrrega, disjuntors, fusibles, interruptors de desconnecte, interruptors de terra, busos principals i busos de branca—dins d'un dipòsit de gas inoxidable omplert amb gas SF₆ a una pressió específica per assegurar la fortalesa aïllant interna. El dipòsit de gas SF₆ consta principalment d'una carcassa d'inox, bushings de pas de cable, cones laterals, finestres de visualització, dispositius de descàrrega de pressió (discs de ruptura), vànecules de càrrega de gas, ports de manòmetre i eixos de mecanisme d'operació. Aquests components s'assemblen en un enclos completament hermètic mitjançant soldadura i juntes d'estanquilitat.

Les RMUs es poden classificar de diverses maneres:

• Per medi aïllant: RMUs de vacuï (que utilitzen interrompents de vacuï) i RMUs de SF₆ (que utilitzen hexafluorur de súfret).

• Per tipus d'interruptor de càrrega: RMUs generadores de gas (que utilitzen materials sòlids extingidors d'arc) i RMUs de pujada de pressió (que utilitzen aire comprimit per extingir l'arc).

• Per disseny estructural: RMUs de dipòsit comú (tots els components en una cambra) i RMUs de tipus unitari (cada funció en un compartiment separat) [4].

3. Tipus de Fallades Comuns en RMUs

Durant l'operació a llarg termini, les RMUs experimenten inevitablement diverses fallades degut a múltiples factors. Les més comunes inclouen la condensació (infiltració d'humitat) i la fugida de gas.

3.1 Condensació en RMUs

Quan ocorre la condensació dins d'una RMU, es formen gotes d'aigua que cauen sobre els cables per gravetat. Això reduix el rendiment aïllant dels cables, augmenta la conductivitat i pot portar a descàrregues parcials. Si no es controla, l'operació prolongada en aquestes condicions pot resultar en explosions de cables—o fins i tot en un fracàs catastrofic de la RMU [5]. A més, ja que la majoria de les carcasses i estructures de les RMUs estan fetes de metall, l'humitat provoca la corrosió dels mecanismes d'operació i dels components de la carcassa, reduint la vida útil de l'equipament.

3.2 Fugida de Gas en RMUs

Les investigacions en terreny i per part dels fabricants mostren que la fugida de gas dels dipòsits de gas de les RMUs és un problema àmpliament estès i serios. Un cop ocorre la fugida, la fortalesa aïllant interna disminueix. Inclusi les operacions de commutació normals poden generar sobretensions transitories que superen la fortalesa dielèctrica debilitada, provocant l'interrompiment de l'aïllament, curts circuits entre fases i posant una amenaça major a la seguretat operativa del sistema elèctric.

4. Causes de la Fugida de Gas en RMUs

La fugida de gas ocorre principalment en les unions soldades, els estanques dinàmics i els estanques estàtics. Les fugides per soldadura apareixen sovint en les unions de superposició de panells, cantonades i on els components metàl·lics externs (p. ex., bushings, eixos) són soldats al dipòsit principal. La penetració incompleta, microfractures o la qualitat deficient de la soldadura durant la fabricació poden crear petits camins de fugida. Els estanques dinàmics—com els al voltant dels eixos d'operació—estan propensos a l'ús i desgast amb el temps, mentre que els estanques estàtics (p. ex., juntes entre flanges) poden degradar-se degut a l'envelheciment, la compressió inadequada o el cicle de temperatura, conduint a una pèrdua gradual de gas.