¿Por qué fallan los RMU? Condensación y fuga de gas explicadas

1. Introducción

Las unidades de anillo (RMUs) son equipos de distribución de energía primaria que albergan interruptores de carga y circuitos dentro de un recinto metálico o no metálico. Debido a su tamaño compacto, estructura simple, excelente rendimiento de aislamiento, bajo costo, fácil instalación y diseño completamente sellado [1], las RMUs se utilizan ampliamente en sistemas de energía de media y baja tensión en la red eléctrica de China [2], especialmente en sistemas de distribución de 10 kV. Con el crecimiento económico y la creciente demanda de electricidad, los requisitos de seguridad y confiabilidad en los sistemas de suministro de energía continúan aumentando [3]. Como resultado, la tecnología de fabricación de RMUs ha avanzado en consecuencia. Sin embargo, problemas como la condensación y la fuga de gas siguen siendo fallos operativos comunes.

2. Estructura de las Unidades de Anillo

Una RMU encierra componentes clave—interruptores de carga, interruptores de circuito, fusibles, seccionadores, interruptores de tierra, barras colectoras principales y barras colectoras secundarias—dentro de un tanque de gas de acero inoxidable lleno de gas SF₆ a una presión específica para garantizar la fuerza de aislamiento interno. El tanque de gas SF₆ consta principalmente de una carcasa de acero inoxidable, tubos pasacables, conos laterales, ventanas de observación, dispositivos de liberación de presión (discos de ruptura), válvulas de carga de gas, puertos de manómetro y ejes de mecanismo de operación. Estos componentes se ensamblan en un recinto completamente sellado mediante soldadura y juntas de sellado.

Las RMUs pueden clasificarse de varias formas:

• Por medio aislante: RMUs de vacío (usando interrumpidores de vacío) y RMUs de SF₆ (usando hexafluoruro de azufre).

• Por tipo de interruptor de carga: RMUs generadoras de gas (usando materiales sólidos extintores de arco) y RMUs de soplado (usando aire comprimido para apagar el arco).

• Por diseño estructural: RMUs de tanque común (todos los componentes en una cámara) y RMUs de unidad (cada función en un compartimento separado) [4].

3. Tipos Comunes de Fallos en RMUs

Durante la operación a largo plazo, las RMUs experimentan inevitablemente varios fallos debido a múltiples factores. Los más comunes incluyen la condensación (ingreso de humedad) y la fuga de gas.

3.1 Condensación en RMUs

Cuando ocurre la condensación en una RMU, se forman gotas de agua que caen sobre los cables por gravedad. Esto reduce el rendimiento de aislamiento del cable, aumenta la conductividad y puede llevar a descargas parciales. Si no se controla, la operación prolongada en tales condiciones puede resultar en explosiones de cables o incluso en fallas catastróficas de la RMU [5]. Además, dado que la mayoría de las cajas y estructuras de las RMUs están hechas de metal, la humedad causa la corrosión de los mecanismos de operación y los componentes del gabinete, acortando la vida útil del equipo.

3.2 Fugas de Gas en RMUs

Las investigaciones en campo y por parte de los fabricantes revelan que la fuga de gas desde los tanques de gas de las RMUs es un problema generalizado y serio. Una vez que ocurre la fuga, la fuerza de aislamiento interna disminuye. Incluso las operaciones de conmutación normales pueden generar sobretensiones transitorias que superen la resistencia dieléctrica debilitada, lo que lleva a la ruptura del aislamiento, cortocircuitos entre fases y representa una amenaza importante para la operación segura del sistema de energía.

4. Causas de las Fugas de Gas en RMUs

Las fugas de gas ocurren principalmente en uniones soldadas, sellos dinámicos y sellos estáticos. Las fugas de soldadura aparecen comúnmente en uniones de solapamiento de paneles, esquinas y donde se soldan componentes metálicos externos (por ejemplo, tubos pasacables, ejes) al tanque principal. La penetración incompleta, microgrietas o mala calidad de la soldadura durante la fabricación pueden crear pequeños caminos de fuga. Los sellos dinámicos, como los alrededor de los ejes de operación, tienden a desgastarse con el tiempo, mientras que los sellos estáticos (por ejemplo, juntas entre flanges) pueden degradarse debido al envejecimiento, compresión inadecuada o ciclos de temperatura, lo que lleva a una pérdida gradual de gas.