Análisis Técnico Resistencia y Optimización a Fallos de Arco Interno en Unidades de Anillo Principal Aisladas Totalmente con Gas SF6 (RMUs)
Las unidades de anillo totalmente aisladas con SF6 (en adelante RMUs) se componen principalmente de unidades de interruptores de carga y de combinaciones de interruptores de carga de corriente alterna de alta tensión y fusibles (en adelante combinaciones). Dependiendo de los requisitos del usuario, pueden configurarse como estructuras de tanque común o unitizadas.
En las aplicaciones prácticas de ingeniería, las conexiones eléctricas se establecen típicamente mediante barras colectoras de aislamiento sólido montadas en la parte superior o mediante barras colectoras enchufables montadas lateralmente. Entre los diversos parámetros técnicos, la corriente de transferencia de la unidad de combinación y la capacidad de cierre de la unidad de interruptor de carga representan desafíos clave en el desarrollo. Además, debido a las crecientes preocupaciones por la seguridad, los fallos de arco interno han atraído cada vez más la atención de los usuarios en los últimos años.
1. Análisis de problemas técnicos
Durante el desarrollo y la producción de RMUs, los siguientes aspectos requieren una consideración cuidadosa:
1.1 Corriente de transferencia
La corriente de transferencia de una combinación se refiere a la corriente simétrica trifásica en la que la función de interrupción pasa del fusible al interruptor de carga. Para corrientes que superan este valor, la interrupción se realiza exclusivamente por los fusibles. En rangos de corriente de falla más bajos, los tiempos de fusión de los tres fusibles trifásicos muestran una variabilidad inherente. El fusible con el tiempo de fusión más corto interrumpe primero, y su percutor activa, desencadenando el mecanismo de apertura para abrir el interruptor de carga.
La interrupción de las dos fases restantes depende de una comparación entre las características reales de tiempo-corriente de sus respectivos fusibles (donde la corriente en las dos fases restantes es aproximadamente el 87% de la corriente trifásica) y el tiempo de apertura del interruptor de carga iniciado por el percutor del fusible que interrumpe primero. Si la fusión del fusible se retrasa, las dos fases restantes se interrumpen por el interruptor de carga. Así, la interrupción de la corriente de falla en este rango se comparte entre el fusible y el interruptor de carga.
La corriente de transferencia de la combinación está determinada por dos factores clave: el tiempo de disparo del interruptor de carga iniciado por el percutor del fusible y las características reales de tiempo-corriente del fusible. La corriente de transferencia nominal es un parámetro técnico crítico, que representa la corriente máxima que el interruptor de carga puede interrumpir de manera segura. Al seleccionar fusibles limitadores de corriente, se deben evaluar sus características de tiempo-corriente para asegurar que la corriente de transferencia resultante esté por debajo de la corriente de transferencia nominal de la combinación. Esto asegura una coordinación confiable y segura entre el interruptor de carga y el fusible, permitiendo una protección efectiva de los transformadores.
1.2 Capacidad de cierre
Durante las pruebas del interruptor de carga, ocasionalmente ocurren operaciones de cierre fallidas, generalmente clasificadas en dos categorías: no cumplir con el número requerido de operaciones de cierre o no poder cerrar a corrientes de cortocircuito nominales. El análisis de los resultados de las pruebas indica que tales fallas son predominantemente causadas por una erosión excesiva de los contactos principales, lo que compromete su capacidad para soportar la corriente de cortocircuito nominal.
Por lo tanto, minimizar o prevenir la erosión de los contactos principales es crucial para lograr resultados exitosos en las pruebas. Las investigaciones y pruebas extensivas han demostrado que agregar contactos auxiliares hechos de aleación de cobre-cromo de alto punto de fusión a los contactos principales originales puede proteger indirectamente a los contactos principales de cobre de bajo punto de fusión. El enfoque de diseño específico puede adaptarse flexiblemente según la estructura de contacto utilizada, ya sea de movimiento lineal o tipo hoja rotativa.
2. Resistencia a fallos de arco interno
Un arco eléctrico reacciona violentamente con el aire circundante, causando aumentos rápidos en la temperatura y la presión. Si no se contiene adecuadamente, puede suponer graves riesgos para el personal y el equipo. Las pruebas de fallos de arco interno deben realizarse por separado para el compartimento de gas (compartimento de interruptor) y el compartimento de cables del RMU. Para pasar la prueba, se deben cumplir los siguientes criterios:
Los paneles y puertas del armario de distribución deben permanecer cerrados; se acepta una deformación limitada.
El recinto no debe romperse, y no se deben expulsar fragmentos más pesados de 60 g.
No deben formarse agujeros en las superficies accesibles del armario de distribución hasta una altura de 2 m.
Los indicadores horizontales y verticales utilizados durante la prueba no deben encenderse por gases calientes.
El recinto debe permanecer conectado al punto de tierra durante toda la prueba.
2.1 Corriente de cortocircuito nominal de interrupción
La corriente de cortocircuito nominal de interrupción de la combinación está determinada por el fusible seleccionado. Se aplican las siguientes consideraciones:
La corriente de cortocircuito nominal de interrupción del fusible debe ser mayor o igual que la corriente de falla prospectiva máxima en el punto de instalación del sistema de distribución.
La corriente de cortocircuito nominal de interrupción del fusible debe estar razonablemente emparejada con la corriente de resistencia a corto plazo nominal del interruptor de carga dentro de la combinación.
Se deben instalar tres fusibles del mismo modelo y especificación; de lo contrario, el rendimiento de interrupción puede verse afectado adversamente.
Los fusibles deben instalarse correctamente y completamente para asegurar que el percutor se active en el momento adecuado y active de manera confiable el mecanismo de disparo del interruptor de carga.
Después de que uno o dos fusibles funcionen, todos los tres deben reemplazarse, a menos que se tenga certeza de que los fusibles no fundidos no llevaron corriente.
2.2 Operación a gran altitud
El diseño de los compartimentos de gas sellados en RMUs se basa típicamente en la operación a altitudes inferiores a 1,000 m. A mayores altitudes, el aire se vuelve más tenue y la presión atmosférica disminuye. Dado que la densidad del gas interno permanece constante, la presión relativa dentro del compartimento sellado aumenta. Esto puede llevar a un aumento del estrés mecánico en el recinto, resultando en deformaciones y un mayor riesgo de fuga de gas. En tales casos, la resistencia del recinto debe reforzarse y validarse a través de pruebas. Reducir la presión de llenado del gas (o la densidad) no es una solución científicamente sólida ni recomendada.
2.3 Control del contenido de humedad
El artículo 6.5.1 de DL/T 791-2001, Directrices para la selección de equipos de conmutación a gas aislado en interiores de corriente alterna, especifica el contenido de humedad en los compartimentos de gas: “Cuando la presión de llenado nominal no es mayor de 0,05 MPa, el contenido de humedad no debe superar los 2,000 μL/L (por volumen).” Otros estándares no proporcionan orientación específica. En la producción de RMUs, controlar el contenido de humedad en 1,000 μL/L (a 20°C) se considera razonable, basado en lo siguiente:
El interruptor de carga interrumpe corrientes relativamente pequeñas (630 A), con un máximo de corriente de transferencia (aproximadamente 1,500-2,200 A).
La presión de llenado es baja (nominal de 0,03-0,05 MPa), significativamente menor que la de GIS de alta tensión (alrededor de 0,5 MPa).
El rendimiento de sellado es excelente, resultando en una entrada muy lenta de humedad desde el entorno externo.
Los resultados de las pruebas muestran productos de descomposición de SF6 mínimos después de la interrupción.
Durante las pruebas, las muestras no se controlaron deliberadamente en cuanto a la humedad, y no se observaron fallas debido a exceso de humedad.
Por lo tanto, descuidar completamente el control de la humedad durante la producción no es justificable, al igual que adherirse estrictamente a límites basados en aislamiento sin considerar los requisitos de extinción de arcos. Basándose en años de experiencia práctica en la producción y operación, mantener el contenido de humedad en 1,000 μL/L (a 20°C) durante la fabricación es técnicamente sólido y razonable.
3. Conclusión
Los RMUs se han fabricado y operado en China durante muchos años, demostrando una tecnología madura, un rendimiento estable y una fuerte aceptación en el mercado. Se espera que más fabricantes ingresen a este campo y continúen explorando, discutiendo y compartiendo perspectivas sobre los desafíos técnicos encontrados en la investigación, fabricación y operación, promoviendo así colectivamente el avance de la tecnología de RMUs y su mejora continua.
