Dlaczego RMU zawodzą? Wyjaśnienie kondensacji i przecieku gazu

1. Wprowadzenie

Jednostki pierścieniowe (RMU) to główne urządzenia dystrybucji energii elektrycznej, które zawierają przełączniki obciążeniowe i automaty w metalowej lub niemetalowej obudowie. Dzięki kompaktowym rozmiarom, prostej konstrukcji, doskonałej wydajności izolacyjnej, niskim kosztom, łatwemu montażowi oraz całkowicie szczelnemu projektowi [1], RMU są szeroko stosowane w systemach średniego i niskiego napięcia w sieci energetycznej Chin [2], szczególnie w systemach dystrybucyjnych 10 kV. Wraz z wzrostem gospodarczym i rosnącym popytem na energię elektryczną, wymagania dotyczące bezpieczeństwa i niezawodności systemów zaopatrzenia w energię ciągle się zwiększają [3]. W rezultacie technologia produkcji RMU również się rozwija. Niemniej jednak problemy takie jak skraplalność i przecieki gazu pozostają częstymi przyczynami awarii podczas eksploatacji.

2. Konstrukcja jednostek pierścieniowych

RMU obejmuje kluczowe komponenty - przełączniki obciążeniowe, automaty, bezpieczniki, rozłączniki, przełączniki ziemne, główne i odgałęźne szyny mocy - umieszczone w zbiorniku gazowym ze stali nierdzewnej, wypełnionym gazem SF₆ pod określonym ciśnieniem, aby zapewnić wewnętrzną wytrzymałość izolacyjną. Zbiornik gazowy SF₆ składa się głównie z obudowy ze stali nierdzewnej, wtyków kablowych, bocznych stożków, okien obserwacyjnych, urządzeń ochrony przed nadciśnieniem ( dyszy odrywające), zaworów do naladowywania gazu, portów manometrów oraz wałów mechanizmu obsługi. Te komponenty są zmontowane w całkowicie szczelną obudowę poprzez spawanie i uszczelnienia.

RMU można klasyfikować na kilka sposobów:

• Według środka izolacyjnego: RMU próżniowe (wykorzystujące przerzutniki próżniowe) i RMU SF₆ (wykorzystujące sześciokrotny siarkowany fluor).

• Według typu przełącznika obciążeniowego: RMU generujące gaz (wykorzystujące stałe materiały gaszące łuki) i RMU typu puffer (wykorzystujące sprężone powietrze do gaszenia łuku).

• Według konstrukcji: RMU jednobakowe (wszystkie komponenty w jednym zbiorniku) i RMU modułowe (każda funkcja w osobnym przedziale) [4].

3. Typowe rodzaje usterki w RMU

W trakcie długotrwałej eksploatacji RMU nieuniknione jest wystąpienie różnych usterek z wielu przyczyn. Najczęstsze to skraplalność (wilgotność) i przecieki gazu.

3.1 Skraplalność w RMU

Gdy dochodzi do skraplalności wewnątrz RMU, krople wody formują się i pod wpływem grawitacji opadają na kable. To zmniejsza wydajność izolacji kabla, zwiększa jego przewodność i może prowadzić do częściowego rozładowania. Jeśli ten stan utrzymuje się przez długi czas, może to doprowadzić do wybuchu kabla - a nawet do katastrofalnej awarii RMU [5]. Ponadto, ponieważ większość obudów i struktur RMU jest wykonana z metalu, wilgoć powoduje rdzewienie mechanizmów operacyjnych i elementów obudowy, co skraca żywotność sprzętu.

3.2 Przecieki gazu w RMU

Badania terenowe i producenckie wykazały, że przecieki gazu z zbiorników gazowych RMU to powszechne i poważne zagadnienie. Gdy wystąpi przeciek, siła izolacji wewnętrzna maleje. Nawet normalne operacje przełączania mogą generować chwilowe przepięcia, które przekraczają osłabioną siłę dielektryczną, prowadząc do przepukliny izolacji, zwarcia między fazami i stanowiąc poważne zagrożenie dla bezpiecznej pracy systemu energetycznego.

4. Przyczyny przecieków gazu w RMU

Przecieki gazu występują głównie w miejscach spoin, uszczelnień dynamicznych i statycznych. Przecieki spoin najczęściej pojawiają się w miejscach nakładających się paneli, rogach oraz tam, gdzie zewnętrzne komponenty metalowe (np. wtyki, wały) są spawane do głównego zbiornika. Niekompletne przenikanie, mikrotęcze lub niska jakość spawania podczas produkcji mogą tworzyć małe ścieżki przecieków. Uszczelnień dynamicznych, takich jak te wokół wałów operacyjnych, może dotknąć zużycie w czasie, podczas gdy uszczelnień statycznych (np. podkładki między flanszami) może ulec degradacji w wyniku starzenia, niewłaściwego ucisku lub cyklicznych zmian temperatury, prowadząc do stopniowego utraty gazu.