Analisi Tecnica Resistenza alle Fiamme Interne e Ottimizzazione delle Unità di Anello Principalmente Isolate a Gas SF6 (RMUs)
Le unità di anello a gas isolante SF6 (in seguito denominate RMUs) sono principalmente costituite da unità di interruttori di carico e da apparecchi combinati di interruttori di carico ad alta tensione in corrente alternata e fusibili (in seguito denominati apparecchi combinati). A seconda delle esigenze dell'utente, possono essere configurate con strutture a serbatoio comune o unitizzate.
Nelle applicazioni pratiche di ingegneria, le connessioni elettriche vengono tipicamente stabilite utilizzando busbar solidi isolati montati superiormente o busbar a inserimento laterale. Tra i vari parametri tecnici, la corrente di trasferimento dell'unità combinata e la capacità di chiusura dell'unità dell'interruttore di carico rappresentano le principali sfide nello sviluppo. Inoltre, a causa della crescente preoccupazione per la sicurezza, negli ultimi anni i guasti interni dovuti all'arco hanno attirato sempre più l'attenzione degli utenti.
1. Analisi dei problemi tecnici
Durante lo sviluppo e la produzione delle RMUs, gli aspetti seguenti richiedono una attenta considerazione:
1.1 Corrente di trasferimento
La corrente di trasferimento di un apparecchio combinato si riferisce alla corrente simmetrica trifase in cui la funzione di interruzione passa dal fusibile all'interruttore di carico. Per correnti superiori a questo valore, l'interruzione è eseguita esclusivamente dai fusibili. Nelle fasce di corrente di guasto inferiore, i tempi di fusione dei tre fusibili presentano una variabilità intrinseca. Il fusibile con il tempo di fusione più breve interrompe per primo e il suo percussore attiva il meccanismo di scatto per aprire l'interruttore di carico.
L'interruzione delle altre due fasi dipende dal confronto tra le caratteristiche reali tempo-corrente dei rispettivi fusibili (dove la corrente nelle altre due fasi è approssimativamente l'87% della corrente trifase) e il tempo di apertura dell'interruttore di carico iniziato dal percussore del fusibile che interrompe per primo. Se la fusione del fusibile è ritardata, le altre due fasi vengono interrotte dall'interruttore di carico. Pertanto, l'interruzione della corrente di guasto in questa fascia è condivisa tra il fusibile e l'interruttore di carico.
La corrente di trasferimento dell'apparecchio combinato è determinata da due fattori chiave: il tempo di scatto dell'interruttore di carico iniziato dal percussore del fusibile e le caratteristiche reali tempo-corrente del fusibile. La corrente di trasferimento nominale è un parametro tecnico critico, rappresentando la corrente massima che l'interruttore di carico può interrompere in sicurezza. Quando si selezionano fusibili limitatori di corrente, le loro caratteristiche tempo-corrente devono essere valutate per assicurare che la corrente di trasferimento risultante sia inferiore alla corrente di trasferimento nominale dell'apparecchio combinato. Ciò garantisce una coordinazione affidabile e sicura tra l'interruttore di carico e il fusibile, consentendo una protezione efficace dei trasformatori.
1.2 Capacità di chiusura
Durante i test sull'interruttore di carico, occasionalmente si verificano operazioni di chiusura non riuscite, generalmente classificate in due categorie: mancata esecuzione del numero richiesto di operazioni di chiusura o incapacità di chiudere a correnti di cortocircuito nominali. L'analisi dei risultati dei test indica che tali fallimenti sono principalmente causati dall'erosione eccessiva dei contatti principali, che compromette la loro capacità di portare la corrente di cortocircuito nominale.
Pertanto, minimizzare o prevenire l'erosione dei contatti principali è cruciale per ottenere risultati di test positivi. Ricerche ed estese prove hanno dimostrato che l'aggiunta di contatti ausiliari in lega rame-cromo ad alto punto di fusione ai contatti principali originali può indirettamente proteggere i contatti principali in rame a basso punto di fusione. L'approccio di progettazione specifico può essere flessibilmente adattato in base alla struttura dei contatti utilizzata, sia lineare che a lama rotativa.
2. Resistenza ai guasti interni dovuti all'arco
Un arco elettrico reagisce violentemente con l'aria circostante, causando rapidi aumenti di temperatura e pressione. Se non adeguatamente contenuto, può rappresentare gravi rischi per il personale e l'equipaggiamento. I test sui guasti interni dovuti all'arco devono essere condotti separatamente per il compartimento a gas (compartimento dell'interruttore) e il compartimento dei cavi della RMU. Per superare il test, devono essere soddisfatti i seguenti criteri:
I pannelli e le porte dell'impianto elettrico devono rimanere chiusi; è accettabile una deformazione limitata.
L'involucro non deve rompersi e non devono essere espulsi frammenti pesanti più di 60 g.
Non devono formarsi fori sulle superfici accessibili dell'impianto elettrico fino a un'altezza di 2 m.
Gli indicatori orizzontali e verticali utilizzati durante il test non devono essere incendiati dai gas caldi.
L'involucro deve rimanere collegato al punto di messa a terra durante tutto il test.
2.1 Corrente di spegnimento di cortocircuito nominale
La corrente di spegnimento di cortocircuito nominale dell'apparecchio combinato è determinata dal fusibile selezionato. Si applicano le seguenti considerazioni:
La corrente di spegnimento di cortocircuito nominale del fusibile deve essere maggiore o uguale alla corrente di guasto prospettica massima nel punto di installazione del sistema di distribuzione.
La corrente di spegnimento di cortocircuito nominale del fusibile deve essere ragionevolmente abbinata alla corrente di resistenza a breve termine nominale dell'interruttore di carico nell'apparecchio combinato.
Devono essere installati tre fusibili dello stesso modello e specifiche; altrimenti, le prestazioni di interruzione potrebbero essere compromesse.
I fusibili devono essere installati correttamente e completamente per garantire che il percussore si attivi al momento appropriato e attivi in modo affidabile il meccanismo di scatto dell'interruttore di carico.
Dopo l'operazione di uno o due fusibili, tutti e tre dovrebbero essere sostituiti, a meno che non si sia certi che i fusibili non operati non abbiano portato corrente.
2.2 Operazione ad alta quota
Il design dei compartimenti a gas sigillati nelle RMUs è tipicamente basato su un'operazione a quote inferiori a 1.000 m. A quote superiori, l'aria diventa più rarefatta e la pressione atmosferica diminuisce. Poiché la densità del gas interno rimane costante, la pressione relativa all'interno del compartimento sigillato aumenta. Ciò può portare a un aumento dello stress meccanico sull'involucro, causando deformazioni e un maggiore rischio di perdita di gas. In tali casi, la resistenza dell'involucro dovrebbe essere opportunamente rinforzata e validata attraverso prove. Ridurre la pressione di riempimento del gas (o la densità) non è una soluzione scientificamente fondata o consigliata.
2.3 Controllo del contenuto di umidità
La clausola 6.5.1 della norma DL/T 791-2001, "Linee guida per la selezione di impianti elettrici a gas isolante in corrente alternata per uso interno", specifica il contenuto di umidità nei compartimenti a gas: "Quando la pressione di riempimento nominale non supera 0,05 MPa, il contenuto di umidità non deve superare 2.000 μL/L (per volume)". Altre norme non forniscono indicazioni specifiche. Nella produzione di RMU, il controllo del contenuto di umidità a 1.000 μL/L (a 20°C) è considerato ragionevole, sulla base del seguente:
L'interruttore di carico interrompe correnti relativamente piccole (630 A), con un massimo di corrente di trasferimento (circa 1.500-2.200 A).
La pressione di riempimento è bassa (nominale tra 0,03-0,05 MPa), significativamente inferiore a quella dei GIS ad alta tensione (circa 0,5 MPa).
Le prestazioni di tenuta sono eccellenti, risultando in un ingresso molto lento di umidità dall'ambiente esterno.
I risultati dei test mostrano pochi prodotti di decomposizione di SF6 dopo l'interruzione.
Durante i test, i campioni non sono stati deliberatamente controllati per l'umidità, ma non sono stati osservati guasti dovuti a eccessiva umidità.
Pertanto, trascurare completamente il controllo dell'umidità durante la produzione non è giustificabile, così come aderire rigidamente ai limiti basati sull'isolamento senza considerare i requisiti di spegnimento dell'arco. In base agli anni di esperienza pratica di produzione e operazione, mantenere il contenuto di umidità a 1.000 μL/L (a 20°C) durante la fabbricazione è tecnicamente solido e ragionevole.
3. Conclusione
Le RMUs sono state prodotte e operate in Cina per molti anni, dimostrando una tecnologia matura, prestazioni stabili e forte accoglienza sul mercato. Si spera che più produttori entrino in questo campo e continuino a esplorare, discutere e condividere le sfide tecniche incontrate nella ricerca, produzione e operazione, contribuendo collettivamente allo sviluppo della tecnologia RMU e promuovendone il miglioramento continuo.
