Warum RMUs versagen? Kondensation & Gasleck erklärt

1. Einführung

Ringkabelschaltanlagen (RMUs) sind primäre Verteilungseinrichtungen, die Lastschalter und Leistungsschütze in einem Metall- oder Nichtmetallgehäuse unterbringen. Aufgrund ihrer kompakten Größe, einfachen Struktur, ausgezeichneten Isolierleistung, geringen Kosten, einfacher Installation und vollständig abgedichteten Design [1] werden RMUs in Mittel- und Niederspannungsnetzen in China weit verbreitet eingesetzt [2], insbesondere in 10-kV-Verteilungssystemen. Mit wirtschaftlichem Wachstum und steigendem Strombedarf nehmen die Anforderungen an Sicherheit und Zuverlässigkeit von Stromversorgungssystemen ständig zu [3]. Daher hat sich auch die Fertigungstechnologie für RMUs weiterentwickelt. Dennoch bleiben Probleme wie Kondensation und Gasleckage häufige Betriebsstörungen.

2. Struktur von Ringkabelschaltanlagen

Eine RMU umfasst wichtige Komponenten—Lastschalter, Leistungsschütze, Sicherungen, Trennschalter, Erdungsschalter, Hauptbusleiter und Nebenbusleiter—in einem Edelstahlgastank, der mit SF₆-Gas unter einem bestimmten Druck gefüllt ist, um die interne Isolierstärke sicherzustellen. Der SF₆-Gastank besteht hauptsächlich aus einem Edelstahlgehäuse, Kabeldurchführungen, Seitendomen, Sichtfenstern, Druckablassvorrichtungen (Drucksicherungen), Gaseinlaufventilen, Druckmesseranschlüssen und Betriebsmechanikwellen. Diese Komponenten werden durch Schweißen und Abdichtungsdichtungen zu einer vollständig abgedichteten Einheit zusammengefügt.

RMUs können auf verschiedene Weisen klassifiziert werden:

• Nach dem Isoliermedium: Vakuum-RMUs (mit Vakuumschaltern) und SF₆-RMUs (mit Schwefelhexafluorid).

• Nach Lastschaltertyp: Gasbildende RMUs (mit festen Bögenlöschmaterialien) und Puffer-RMUs (mit verdichtetem Luft zum Bögenlöschen).

• Nach Strukturdesign: Gemeinsam-Gehäuse-RMUs (alle Komponenten in einem Raum) und Einheits-RMUs (jede Funktion in einem separaten Abteil) [4].

3. Häufige Fehlerarten in RMUs

Während des langfristigen Betriebs erleiden RMUs unvermeidlich verschiedene Störungen aufgrund mehrerer Faktoren. Die häufigsten sind Kondensation (Feuchtigkeitseintritt) und Gasleckage.

3.1 Kondensation in RMUs

Wenn Kondensation in einer RMU auftritt, bilden sich Wassertröpfchen und fallen unter der Schwerkraft auf Kabel. Dies reduziert die Isolierleistung der Kabel, erhöht die Leitfähigkeit und kann zu partiellen Entladungen führen. Bei ungehindertem langfristigem Betrieb unter solchen Bedingungen kann es zu Kabelexplosionen oder sogar katastrophalen RMU-Ausfällen kommen [5]. Darüber hinaus, da die meisten RMU-Gehäuse und -Strukturen aus Metall bestehen, verursacht Feuchtigkeit Korrosion von Betriebsmechaniken und Gehäusekomponenten, was die Lebensdauer der Ausrüstung verkürzt.

3.2 Gasleckage in RMUs

Feld- und Herstelleruntersuchungen zeigen, dass Gasleckagen aus RMU-Gastanks ein weit verbreitetes und ernsthaftes Problem sind. Sobald eine Leckage auftritt, sinkt die interne Isolierstärke. Selbst normale Schaltvorgänge können transiente Überspannungen erzeugen, die die geschwächte di-elektrische Stärke überschreiten, was zu Isolierdurchschlägen, Phasen-zu-Phasen-Kurzschlüssen und einer großen Bedrohung für den sicheren Betrieb des Stromsystems führt.

4. Ursachen von Gasleckagen in RMUs

Gasleckagen treten hauptsächlich an Schweißnähten, dynamischen Dichtungen und statischen Dichtungen auf. Schweißleckagen erscheinen häufig an Überlappungsnähten, Ecken und an Stellen, an denen externe Metallkomponenten (z.B. Durchführungen, Wellen) an den Haupteinschluss geschweißt werden. Unvollständige Penetration, Mikrorisse oder mangelhafte Schweißqualität während der Fertigung können winzige Leckpfade schaffen. Dynamische Dichtungen—wie jene um Betriebswellen—sind im Laufe der Zeit anfällig für Verschleiß, während statische Dichtungen (z.B. Dichtungen zwischen Flanschen) aufgrund von Alterung, unangemessener Kompression oder Temperaturzyklen nachlassen können, was zu gradueller Gasverlust führt.