Por que as RMUs falham? Condensação e Vazamento de Gás Explicados

1. Introdução

As unidades de anel (RMUs) são equipamentos de distribuição de energia primária que abrigam interruptores de carga e disjuntores em uma caixa metálica ou não metálica. Devido ao seu tamanho compacto, estrutura simples, excelente desempenho de isolamento, baixo custo, fácil instalação e design totalmente selado [1], as RMUs são amplamente utilizadas em sistemas de energia de média e baixa tensão na rede elétrica da China [2], especialmente em sistemas de distribuição de 10 kV. Com o crescimento econômico e a crescente demanda por eletricidade, as exigências de segurança e confiabilidade nos sistemas de fornecimento de energia continuam aumentando [3]. Como resultado, a tecnologia de fabricação de RMUs avançou de acordo. No entanto, problemas como condensação e vazamento de gás permanecem como falhas operacionais comuns.

2. Estrutura das Unidades de Anel

Uma RMU encerra componentes-chave—interruptores de carga, disjuntores, fusíveis, seccionadores, chaves de aterramento, barras-mãe principais e barras-mãe de ramificação—dentro de um tanque de gás de aço inoxidável preenchido com gás SF₆ sob uma pressão específica para garantir a resistência de isolamento interna. O tanque de gás SF₆ consiste principalmente em uma carcaça de aço inoxidável, bushings de alimentação de cabos, cones laterais, janelas de visualização, dispositivos de alívio de pressão (discos estouráveis), válvulas de enchimento de gás, portas de manômetros e eixos de mecanismo de operação. Esses componentes são montados em uma caixa totalmente selada através de soldagem e juntas de vedação.

As RMUs podem ser classificadas de várias maneiras:

• Por meio de isolamento: RMUs a vácuo (usando interrompedores a vácuo) e RMUs a SF₆ (usando hexafluoreto de enxofre).

• Por tipo de interruptor de carga: RMUs geradoras de gás (usando materiais sólidos extintores de arco) e RMUs do tipo sopro (usando ar comprimido para extinção de arco).

• Por design estrutural: RMUs de tanque comum (todos os componentes em uma câmara) e RMUs do tipo unidade (cada função em um compartimento separado) [4].

3. Tipos Comuns de Falhas em RMUs

Durante a operação de longo prazo, as RMUs inevitavelmente experimentam várias falhas devido a múltiplos fatores. As mais comuns incluem condensação (ingresso de umidade) e vazamento de gás.

3.1 Condensação em RMUs

Quando ocorre condensação dentro de uma RMU, gotas de água se formam e caem sobre os cabos pela força da gravidade. Isso reduz o desempenho de isolamento dos cabos, aumenta a condutividade e pode levar a descargas parciais. Se deixada sem controle, a operação prolongada nessas condições pode resultar em explosões de cabos—ou até mesmo em falha catastrófica da RMU [5]. Além disso, como a maioria das caixas e estruturas de RMUs é feita de metal, a umidade causa corrosão dos mecanismos de operação e componentes da caixa, encurtando a vida útil do equipamento.

3.2 Vazamento de Gás em RMUs

Investigações de campo e de fabricantes revelam que o vazamento de gás dos tanques de gás de RMUs é um problema generalizado e grave. Uma vez que ocorra o vazamento, a resistência de isolamento interna diminui. Mesmo operações de comutação normais podem gerar sobretensões transitórias que excedem a resistência dielétrica enfraquecida, levando a quebra de isolamento, curto-circuito entre fases e representando uma ameaça significativa à operação segura do sistema de energia.

4. Causas de Vazamento de Gás em RMUs

O vazamento de gás ocorre principalmente nas juntas soldadas, vedações dinâmicas e vedações estáticas. Os vazamentos de soldagem aparecem comumente nas juntas de sobreposição de painéis, cantos e onde componentes metálicos externos (por exemplo, bushings, eixos) são soldados ao tanque principal. A penetração incompleta, microtrincas ou má qualidade da soldagem durante a fabricação podem criar pequenos caminhos de vazamento. As vedações dinâmicas—como aquelas ao redor dos eixos de operação—estão sujeitas ao desgaste ao longo do tempo, enquanto as vedações estáticas (por exemplo, juntas entre flanges) podem se degradar devido ao envelhecimento, compressão inadequada ou ciclagem de temperatura, levando à perda gradual de gás.