Por que fallan as RMUs? Condensación e fuga de gas explicadas

1. Introdución

As unidades de anel (RMUs) son equipos de distribución de enerxía primaria que aloxan interruptores de carga e disxuntores dentro dunha carcasa metálica ou non metálica. Debido ao seu tamaño compacto, estructura simple, excelente rendemento de aislamento, baixo custo, facilidade de instalación e deseño totalmente selado [1], as RMUs están ampliamente utilizadas en sistemas de enerxía de media e baixa tensión na rede eléctrica de China [2], especialmente en sistemas de distribución de 10 kV. Con o crecemento económico e a crecente demanda de enerxía, os requisitos de seguridade e fiabilidade nos sistemas de abastecemento de enerxía continúan aumentando [3]. Como resultado, a tecnoloxía de fabricación de RMUs tamén avanzou en consecuencia. No entanto, problemas como a condensación e a fuga de gas permanecen como fallos operativos comúns.

2. Estructura das Unidades de Anel

Unha RMU encerra componentes clave—interruptores de carga, disxuntores, fusibles, desconectadores, interruptores de terra, barras de bus principal e barras de bus de rama—dentro dun tanque de gas de acero inoxidable cheo de gas SF₆ a unha presión específica para garantir a forza de aislamento interno. O tanque de gas SF₆ consta principalmente dunha carcasa de acero inoxidable, empuxadores de cable, conos laterais, ventanas de visión, dispositivos de alivio de presión (discos de ruptura), válvulas de carga de gas, portos de manómetros e eixos de mecanismo de operación. Estes compoñentes están ensamblados nunha carcasa totalmente selada mediante soldadura e juntas de sellado.

As RMUs poden clasificarse de varias formas:

• Por medio de aislamento: RMUs de vacío (usando interruptores de vacío) e RMUs de SF₆ (usando hexafluoruro de azufre).

• Por tipo de interruptor de carga: RMUs de xeración de gas (usando materiais sólidos extintores de arco) e RMUs de tipo soplador (usando aire comprimido para apagar o arco).

• Por deseño estrutural: RMUs de tanque común (todos os compoñentes nunha cámara) e RMUs de tipo unitario (cada función nun compartimento separado) [4].

3. Tipos Comúns de Fallos en RMUs

Durante a operación a longo prazo, as RMUs experimentan inevitabelmente varios fallos debido a múltiples factores. Os máis comúns inclúen a condensación (ingreso de humidade) e a fuga de gas.

3.1 Condensación en RMUs

Cando ocorre condensación dentro dunha RMU, formáronse gotas de auga que caen sobre os cables por gravidade. Isto reduce o rendemento do aislamento dos cables, aumenta a conductividade e pode levar a descargas parciais. Se non se controla, a operación prolongada nestas condicións pode resultar en explosións de cables—ou incluso no fallo catastrófico da RMU [5]. Ademais, xa que a maioría das carcasas e estruturas de RMU están feitas de metal, a humidade causa corrosión dos mecanismos de operación e compoñentes do armario, reducindo a vida útil do equipo.

3.2 Fuga de Gas en RMUs

As investigacións en campo e por parte dos fabricantes revelan que a fuga de gas dende os tanques de gas de RMU é un problema xeralizado e grave. Unha vez que ocorre a fuga, a forza de aislamento interno diminúe. Incluso as operacións de comutación normais poden xerar sobretensiones transitórias que superan a debilitada resistencia dieléctrica, levando ao rompemento do aislamento, curtos circuitos entre fases e supoñendo unha ameaza importante para a operación segura do sistema de enerxía.

4. Causas da Fuga de Gas en RMUs

A fuga de gas ocorre principalmente nas unións soldadas, selos dinámicos e selos estáticos. As fugas de soldadura aparecen comúnmente nas unións de superposición de paneles, esquinas e onde os compoñentes metálicos externos (por exemplo, empuxadores, eixos) están soldados ao tanque principal. A penetración incompleta, microgrietas ou mala calidade da soldadura durante a fabricación poden crear camiños de fuga minúsculos. Os selos dinámicos—como os que rodean os eixos de operación—están propensos ao desgaste ao longo do tempo, mentres que os selos estáticos (por exemplo, juntas entre flanges) poden degradarse debido ao envellecemento, compresión incorrecta ou ciclos de temperatura, levando a unha perda gradual de gas.