Perché gli RMU falliscono? Condensa e perdita di gas spiegate

1. Introduzione

Le unità di anello (RMUs) sono dispositivi di distribuzione primaria che ospitano interruttori di carico e disgiuntori all'interno di un involucro metallico o non metallico. Grazie alle loro dimensioni compatte, alla struttura semplice, alle ottime prestazioni di isolamento, al basso costo, all'installazione facile e al design completamente sigillato [1], le RMUs sono ampiamente utilizzate nei sistemi di potenza a media e bassa tensione nella rete elettrica cinese [2], in particolare nei sistemi di distribuzione a 10 kV. Con la crescita economica e l'aumento della domanda di elettricità, i requisiti per la sicurezza e l'affidabilità dei sistemi di fornitura di energia continuano a crescere [3]. Di conseguenza, la tecnologia di produzione delle RMUs è avanzata di conseguenza. Tuttavia, problemi come la condensa e la perdita di gas rimangono comuni cause di guasti operativi.

2. Struttura delle Unità di Anello

Un RMU racchiude componenti chiave—interruttori di carico, disgiuntori, fusibili, interruttori di separazione, interruttori di terra, bus principali e bus secondari—all'interno di un serbatoio di acciaio inossidabile riempito con gas SF₆ ad una pressione specifica per garantire la resistenza all'isolamento interno. Il serbatoio di gas SF₆ è costituito principalmente da un involucro in acciaio inossidabile, bushing per il passaggio dei cavi, coni laterali, finestre di ispezione, dispositivi di rilascio di pressione (dischi di rottura), valvole di caricamento del gas, porte per manometri e alberi di meccanismi di comando. Questi componenti sono assemblati in un involucro completamente sigillato attraverso saldature e giunti di tenuta.

Le RMUs possono essere classificate in diversi modi:

• In base al mezzo di isolamento: RMUs a vuoto (utilizzando interruttori a vuoto) e RMUs a SF₆ (utilizzando esessefisse).

• In base al tipo di interruttore di carico: RMUs generatrici di gas (utilizzando materiali solidi estintori d'arco) e RMUs a soffietto (utilizzando aria compressa per l'estinzione dell'arco).

• In base al design strutturale: RMUs a serbatoio comune (tutti i componenti in un unico vano) e RMUs a compartimenti singoli (ogni funzione in un compartimento separato) [4].

3. Tipi Comuni di Guasti nelle RMUs

Durante l'operazione a lungo termine, le RMUs inevitabilmente subiscono vari guasti a causa di molti fattori. I più comuni includono la formazione di condensa (ingresso di umidità) e la perdita di gas.

3.1 Condensa nelle RMUs

Quando si forma condensa all'interno di un RMU, goccioline d'acqua si formano e cadono sui cavi per gravità. Ciò riduce le prestazioni di isolamento dei cavi, aumenta la conducibilità e può portare a scariche parziali. Se non controllata, l'operazione prolungata in tali condizioni può portare a esplosioni dei cavi o addirittura a un fallimento catastrofico del RMU [5]. Inoltre, poiché la maggior parte degli involucri e delle strutture delle RMUs sono realizzati in metallo, l'umidità provoca la corrosione dei meccanismi di comando e dei componenti del pannello, riducendo la durata di vita dell'equipaggiamento.

3.2 Perdita di Gas nelle RMUs

Le indagini sul campo e da parte dei produttori rivelano che la perdita di gas dai serbatoi delle RMUs è un problema diffuso e grave. Una volta verificata la perdita, la resistenza all'isolamento interna diminuisce. Anche le operazioni di commutazione normali possono generare sovravoltaggi transitori che superano la resistenza dielettrica indebolita, portando a rotture dell'isolamento, cortocircuiti tra fasi e rappresentando una minaccia significativa per il funzionamento sicuro del sistema di potenza.

4. Cause della Perdita di Gas nelle RMUs

La perdita di gas si verifica principalmente alle giunzioni saldate, ai sigilli dinamici e ai sigilli statici. Le perdite dovute alla saldatura sono comuni alle giunzioni sovrapposte, agli angoli e dove i componenti metallici esterni (ad esempio, bushing, alberi) sono saldati al serbatoio principale. La penetrazione incompleta, microfratture o una qualità di saldatura scarsa durante la produzione possono creare piccoli percorsi di perdita. I sigilli dinamici, come quelli intorno agli alberi di comando, sono soggetti all'usura nel tempo, mentre i sigilli statici (ad esempio, guarnizioni tra flange) possono degradarsi a causa dell'invecchiamento, della compressione inappropriata o del ciclo di temperatura, portando a una perdita graduale di gas.