Почему выходят из строя RMUs? Объяснение конденсации и утечки газа

1. Введение

Кольцевые распределительные устройства (RMUs) являются основным оборудованием для распределения электроэнергии, которое содержит выключатели нагрузки и автоматические выключатели в металлическом или неметаллическом корпусе. Благодаря компактным размерам, простой конструкции, отличным изоляционным характеристикам, низкой стоимости, легкости установки и полностью герметичному дизайну [1], RMUs широко используются в средневольтных и низковольтных энергосистемах по всей сети электропередач Китая [2], особенно в системах распределения на 10 кВ. С ростом экономики и увеличением спроса на электроэнергию требования к безопасности и надежности систем электроснабжения продолжают расти [3]. В результате технологии производства RMU также совершенствуются. Однако проблемы, такие как конденсация и утечка газа, остаются распространенными эксплуатационными неисправностями.

2. Конструкция кольцевых распределительных устройств

RMU заключает в себе ключевые компоненты — выключатели нагрузки, автоматические выключатели, предохранители, разъединители, заземляющие выключатели, главные шины и ответвительные шины — в стальной газовый бак, заполненный SF₆-газом под определенным давлением, чтобы обеспечить внутреннюю изоляционную прочность. Газовый бак SF₆ в основном состоит из нержавеющего стального корпуса, кабельных проходных втулок, боковых конусов, смотровых окон, устройств сброса давления (дисков разрыва), клапанов для зарядки газом, портов манометра и валов приводного механизма. Эти компоненты собираются в полностью герметичный корпус с помощью сварки и уплотнительных прокладок.

RMU можно классифицировать несколькими способами:

• По изоляционной среде: Вакуумные RMU (использующие вакуумные прерыватели) и SF₆ RMU (использующие гексафторид серы).

• По типу выключателя нагрузки: Генерирующие газ RMU (использующие твердые материалы для гашения дуги) и пневматические RMU (использующие сжатый воздух для гашения дуги).

• По конструктивному дизайну: Общебаковые RMU (все компоненты в одном отсеке) и модульные RMU (каждая функция в отдельном отсеке) [4].

3. Наиболее распространенные виды неисправностей в RMU

В ходе длительной эксплуатации RMU неизбежно сталкиваются с различными неисправностями по многим причинам. Самыми распространенными являются конденсация (попадание влаги) и утечка газа.

3.1 Конденсация в RMU

При образовании конденсата внутри RMU капли воды образуются и под действием силы тяжести попадают на кабели. Это снижает изоляционные характеристики кабелей, увеличивает проводимость и может привести к частичным разрядам. Если это оставить без внимания, длительная работа в таких условиях может привести к взрыву кабелей или даже к катастрофической поломке RMU [5]. Кроме того, поскольку большинство корпусов и конструкций RMU изготовлены из металла, влага вызывает коррозию механизмов управления и компонентов шкафа, сокращая срок службы оборудования.

3.2 Утечка газа в RMU

Исследования на месте и со стороны производителей показывают, что утечка газа из газовых баков RMU является широко распространенной и серьезной проблемой. После возникновения утечки внутренняя изоляционная прочность снижается. Даже нормальные операции переключения могут создавать переходные перенапряжения, превышающие ослабленную диэлектрическую прочность, что приводит к пробою изоляции, фазовым замыканиям и представляет серьезную угрозу для безопасной работы системы электроснабжения.

4. Причины утечки газа в RMU

Утечка газа в основном происходит в сварочных соединениях, динамических и статических уплотнениях. Утечки сварных швов часто встречаются на нахлесточных соединениях, углах и в местах, где внешние металлические компоненты (например, втулки, валы) сварены к основному баку. Неполное проникновение, микротрещины или низкое качество сварки при производстве могут создавать микроскопические пути утечки. Динамические уплотнения, такие как те, которые окружают валы управления, со временем подвержены износу, в то время как статические уплотнения (например, прокладки между фланцами) могут разрушаться из-за старения, неправильного сжатия или циклических температурных изменений, что приводит к постепенной потере газа.