Proč selhávají RMU? Vysvětlení kondenzace a úniku plynu

1. Úvod

Kroužkové hlavní jednotky (RMU) jsou primární výběžkové zařízení pro distribuci elektrické energie, které obsahují zátěžové spínací přepínače a vypínače umístěné v kovovém nebo netextilním obalu. Díky své kompaktní velikosti, jednoduché konstrukci, vynikajícím izolačním vlastnostem, nízkým nákladům, snadné instalaci a plně uzavřenému designu [1] jsou RMU široce používány v středně- a nízkonapěťových elektrických systémech po celé čínské síti [2], zejména v distribučních systémech 10 kV. S ekonomickým růstem a rostoucí poptávkou po elektřině se požadavky na bezpečnost a spolehlivost dodávek elektrické energie neustále zvyšují [3]. V důsledku toho pokročila i technologie výroby RMU. Stále však existují běžné provozní problémy, jako je kondenzace a únik plynu.

2. Struktura kroužkových hlavních jednotek

RMU obsahuje klíčové komponenty – zátěžové spínací přepínače, vypínače, pojistky, odpojovače, uzišťovací spínací přepínače, hlavní sběrnice a větvené sběrnice – umístěné v nerezovém plynovém nádrži naplněném SF₆ plynem pod specifickým tlakem, aby byla zajištěna vnitřní izolační síla. Nádrž s SF₆ plynem se skládá především z nerezového pláště, kabelových vedení, bočních kuželů, okén, průlevových zařízení (praskacích desk), ventilů pro napouštění plynu, míst pro manometry a hřídelek ovládacího mechanismu. Tyto komponenty jsou montovány do plně uzavřeného obalu pomocí svařování a těsnicích kruhů.

RMU lze klasifikovat několika způsoby:

• Podle izolačního média: Vakuové RMU (používající vakuové přerušovače) a SF₆ RMU (používající šestifluorid síry).

• Podle typu zátěžového spínacího přepínače: Plynové generující RMU (používající tuhé materiály pro uhasení oblouku) a pufrové RMU (používající stlačený vzduch pro uhasení oblouku).

• Podle konstrukčního návrhu: Běžné nádržové RMU (všechny komponenty v jedné komoře) a jednotková RMU (každá funkce v samostatné komoře) [4].

3. Běžné typy poruch u RMU

Během dlouhodobého provozu RMU nemohou vyhnout různým poruchám způsobeným mnoha faktory. Nejčastějšími jsou kondenzace (proniknutí vlhkosti) a únik plynu.

3.1 Kondenzace v RMU

Když dochází k kondenzaci uvnitř RMU, tvoří se kapky vody, které pod gravitací padají na kabely. To snižuje izolační vlastnosti kabelů, zvyšuje vodivost a může vést k částečnému výboji. Pokud není tento stav kontrolován, dlouhodobý provoz v takových podmínkách může vést k explozím kabelů nebo dokonce k katastrofálnímu selhání RMU [5]. Navíc, jelikož většina obalů a struktur RMU je vyrobena z kovu, vlhkost způsobuje korozi ovládacích mechanismů a komponentů skříně, což zkracuje životnost zařízení.

3.2 Únik plynu v RMU

Pole a výrobce odhalili, že únik plynu z plynových nádrží RMU je rozšířený a vážný problém. Jakmile dojde k úniku, klesne vnitřní izolační síla. I běžné přepínací operace mohou vygenerovat dočasné přetlaky, které přesahují oslabenou dielektrickou sílu, což vede k průrazu izolace, mezi fázovým krátkým spojením a představuje velké nebezpečí pro bezpečný provoz elektrického systému.

4. Příčiny úniku plynu v RMU

Únik plynu se nejčastěji vyskytuje na svařovaných spojích, dynamických těsněních a statických těsněních. Úniky při svařování se často objevují na překrývajících se panelových spojích, rohových spojích a tam, kde jsou vnější kovové komponenty (např. vedení, hřídeli) svařeny k hlavní nádrži. Nedostatečná pronikavost, mikrotrhliny nebo špatná kvalita svařování během výroby mohou vytvářet malé cesty pro únik. Dynamická těsnění, jako jsou ty kolem ovládacích hřídelí, se s časem opotřebují, zatímco statická těsnění (např. těsnící kruhy mezi flančičkami) mohou degradovat v důsledku stárnutí, nesprávného stlačení nebo cyklické změny teploty, což vede k postupnému úniku plynu.