Anàlisi tècnica resistència a faults d'arc interns i optimització de les unitats principals en anell (RMUs) totalment aïllades amb gas SF6 IEE-Business

Les unitats de mà principal aïllades completament amb SF6 (d'ara en endavant RMUs) estan compostes principalment per unitats de commutadors de càrrega i aparells combinats d'alta tensió de commutadors de càrrega-fús (d'ara en endavant aparells combinats). Depenent de les necessitats dels usuaris, es poden configurar com estructures de dipòsit comú o unitatitzades.

En les aplicacions pràctiques d'enginyeria, les connexions elèctriques solen establir-se utilitzant busos d'aïllament sòlid muntats a la part superior o busos d'enganxament muntats lateralment. Dintre de les diverses paràmetres tècnics, la corrent de transferència de l'unitat combinada i la capacitat de tancament de l'unitat de commutador de càrrega representen reptes clau en el desenvolupament. A més, degut a la creixent preocupació per la seguretat, els faults d'arc intern han atraït cada vegada més atenció pels usuaris en els últims anys.

1. Anàlisi de problemes tècnics

Durant el desenvolupament i la producció de RMUs, els següents aspectes requereixen una consideració atenta:

1.1 Corrent de transferència

La corrent de transferència d'un aparell combinat es refereix a la corrent simètrica triphasica en què la funció d'interrupció passa del fús al commutador de càrrega. Per a corrents superiors a aquest valor, l'interrupció es realitza exclusivament pels fusos. Dentro d'una gamma inferior de corrents de fault, els temps de fusió dels tres fusos mostren una variabilitat inherent. El fús que té el temps de fusió més curt interromp primer, i el seu percutor activa, desencadenant el mecanisme de trencament per obrir el commutador de càrrega.

L'interrupció de les dues fases restants depèn d'una comparació entre les característiques reals de temps-corrent dels seus respectius fusos (on la corrent en les dues fases restants és aproximadament l'87% de la corrent triphasica) i el temps d'obertura del commutador de càrrega iniciat pel percutor del primer fús que interromp. Si la fusió del fús es retarda, les dues fases restants són interrompides pel commutador de càrrega. Així, l'interrupció de la corrent de fault en aquest rang es comparteix entre el fús i el commutador de càrrega.

La corrent de transferència de l'aparell combinat es determina per dos factors clau: el temps de trencament del commutador de càrrega iniciat pel percutor del fús i les característiques reals de temps-corrent del fús. La corrent de transferència nominal és un paràmetre tècnic crític, que representa la màxima corrent que el commutador de càrrega pot interrompre de manera segura. En seleccionar fusos limitadors de corrent, s'han d'avaluar les seves característiques de temps-corrent per assegurar que la corrent de transferència resultant sigui inferior a la corrent de transferència nominal de l'aparell combinat. Això assegura una coordinació fiable i segura entre el commutador de càrrega i el fús, permetent una protecció efectiva dels transformadors.

1.2 Capacitat de tancament

Durant les proves de commutadors de càrrega, ocasionalment ocorren operacions de tancament fallides, generalment es divideixen en dues categories: no complir el nombre requerit d'operacions de tancament o no poder tancar a corrents de curto-circuit nominals. L'anàlisi dels resultats de les proves indica que aquests errors són predominantment causats per l'erosió excessiva dels contactes principals, que compromet la seva capacitat de portar la corrent de curto-circuit nominal.

Per tant, minimitzar o prevenir l'erosió dels contactes principals és crucial per assolir resultats de prova satisfactoris. La recerca i les proves extensives han demostrat que l'afegir contactes auxiliars fets d'aliança de cobre-cremida de punt de fusió alt als contactes principals originals pot protegir indirectament els contactes principals de cobre de baix punt de fusió. L'enfocament de disseny específic es pot adaptar flexiblement basant-se en la estructura del contacte utilitzat, si és de moviment lineal o de tipus de full rotatiu.

2. Resistència a faults d'arc intern

Un arc elèctric reacciona violentament amb l'aire circumdant, causant augment ràpid de temperatura i pressió. Si no es conté correctament, pot suposar riscos greus per a les persones i l'equipament. Les proves de faults d'arc intern haurien de realitzar-se separatament per al compartiment de gas (compartiment de commutació) i el compartiment de cable de la RMU. Per passar la prova, cal que es compleixin els criteris següents:

• Les panells i portes de l'armari de commutació han de romandre tancades; es permet una deformació limitada.

• L'envoltura no ha de romandre, i no es poden expulsar fragments pesant més de 60 g.

• No es poden formar forats en les superfícies accessibles de l'armari de commutació fins a una alçada de 2 m.

• Els indicadors horitzontals i verticals utilitzats durant la prova no han de ser encès per gases calents.

• L'envoltura ha de mantenir la connexió al punt de terra durant tota la prova.

2.1 Corrent de curto-circuit nominal d'interrupció

La corrent de curto-circuit nominal d'interrupció de l'aparell combinat es determina pel fús seleccionat. Es tenen en compte les consideracions següents:

• La corrent de curto-circuit nominal d'interrupció del fús ha de ser major o igual a la màxima corrent de fault prospectiva al punt d'instal·lació en el sistema de distribució.

• La corrent de curto-circuit nominal d'interrupció del fús ha de estar raonablement ajustada amb la corrent de suport de curto-circuit a curt termini nominal del commutador de càrrega dins de l'aparell combinat.

• S'han d'instal·lar tres fusos del mateix model i especificació; en cas contrari, el rendiment d'interrupció pot veure's afectat negativament.

• Els fusos s'han d'instal·lar correctament i completament per assegurar que el percutor s'activi al moment adequat i trigui de manera fiable el mecanisme de trencament del commutador de càrrega.

• Després que un o dos fusos funcionin, s'haurien de substituir tots tres a menys que es tingui certesa que els fusos no fundits no van portar corrent.

2.2 Funcionament a gran altitud

El disseny dels compartiments de gas sellats en les RMUs normalment es basa en l'operació a alçades inferiors a 1.000 m. A alçades més elevades, l'aire es fa més fina i la pressió atmosfèrica disminueix. Com que la densitat de gas interna roman constant, la pressió relativa dins del compartiment sellat augmenta. Això pot conduir a un augment de la tensió mecànica sobre l'envoltura, resultant en deformacions i un risc més alt de fugida de gas. En aquests casos, la resistència de l'envoltura hauria de reforçar-se i validar-se a través de proves. Reduir la pressió de ompliment de gas (o densitat) no és una solució científicament sovint o recomanada.

2.3 Control del contingut d'humitat

La clàusula 6.5.1 de DL/T 791-2001, Directrius per a la selecció de quadres de commutació de gas aïllat d'interior de corrent alternada, especifica el contingut d'humitat en els compartiments de gas: “Quan la pressió de ompliment nominal no supera 0,05 MPa, el contingut d'humitat no ha de superar 2.000 μL/L (per volum).” Altres normes no proporcionen orientacions específiques. En la producció de RMUs, controlar el contingut d'humitat a 1.000 μL/L (a 20°C) es considera raonable, basant-se en el següent:

• El commutador de càrrega interromp corrents relativament petites (630 A), amb un màxim de corrent de transferència (aproximadament 1.500–2.200 A).

• La pressió de ompliment és baixa (nominal de 0,03–0,05 MPa), significativament inferior a la de GIS d'alta tensió (al voltant de 0,5 MPa).

• El rendiment de sellatge és excel·lent, resultant en una ingressió molt lenta d'humitat des de l'entorn extern.

• Els resultats de les proves mostren un mínim de productes de descomposició de SF6 després de l'interrupció.

• Durant les proves, les mostres no foren controlades deliberadament per humitat, però no es van observar falles degudes a excés d'humitat.

Per tant, negligir completament el control d'humitat durant la producció no és justificable, ni tampoc adhirir-se estrictament als límits basats en aïllament sense tenir en compte les exigències de sofegament d'arc. Basant-se en anys d'experiència pràctica de producció i operació, mantenir el contingut d'humitat a 1.000 μL/L (a 20°C) durant la fabricació és tant tècnicament sovint com raonable.

3. Conclusió

Les RMUs s'han fabricat i operat a la Xina durant molts anys, demostrant tecnologia madura, rendiment estable i acceptació de mercat forta. Es desitja que més fabricants entren en aquest camp i continuen explorant, discutint i compartint coneixements sobre els reptes tècnics trobats en la recerca, la fabricació i l'operació, així contribuint colectivament a l'avància de la tecnologia RMU i promovint-ne la millora contínua.