10kV SF6 Κύκλιες Μονάδες: Δομή, Σφάλματα & Ποιότητα Τερματισμού Καβέλων

1. Εισαγωγή στα 10kV SF6 Ring Main Units (RMUs)

Ένα 10kV SF6 ring main unit συνήθως αποτελείται από τρία κύρια μέρη: το εξωτερικό τμήμα (δεξαμενή), το τμήμα του λειτουργικού μηχανισμού και το τμήμα σύνδεσης καβλών.

• Το εξωτερικό τμήμα είναι το βασικό στοιχείο του RMU. Γεμίζεται με αέριο SF6 και περιλαμβάνει κρίσιμα στοιχεία όπως το φορτίο switch, τους διανομής και τον πίνακα switch. Το φορτίο switch έχει σχεδιασμό με τρεις θέσεις - περιλαμβάνοντας λειτουργίες κλείσιμου, ανοίγματος και γείωσης - και είναι κατασκευασμένο κυρίως με switch λεπίδα και διατμητή, χρησιμοποιώντας αέριο SF6 για να επιτευχθεί εξαιρετική μόνωση και διάσπαση του τόξου.

• Στο τμήμα του λειτουργικού μηχανισμού, ο λειτουργικός μηχανισμός είναι συνδεδεμένος μέσω μιας διατομής με το φορτίο switch και τον switch γείωσης. Οι τεχνικοί εισάγουν ένα χειροκίνητο ράβδο στο τρύπανο λειτουργίας για να εκτελέσουν λειτουργίες κλείσιμου, ανοίγματος και γείωσης. Επειδή οι επαφές του switch είναι εντός της σφραγισμένης δεξαμενής αερίου και δεν είναι ορατές, παρέχεται ένα δείκτης θέσης που είναι άμεσα συνδεδεμένος με τον πίνακα switch, που δείχνει σαφώς την τρέχουσα κατάσταση του φορτίου switch και του switch γείωσης. Μηχανικά κλειδώματα είναι εγκατεστημένα μεταξύ του φορτίου switch, του switch γείωσης και της μπροστινής κάλυψης για να επιτευχθούν οι "πέντε προστασίες", εξασφαλίζοντας την ασφάλεια λειτουργίας.

• Το τμήμα σύνδεσης καβλών βρίσκεται στο μέτωπο του RMU, ευκολώνοντας τη σύνδεση καβλών. Η σύνδεση μεταξύ του καλώδιου και της μόνωσης του RMU μπορεί να χρησιμοποιήσει είτε αγγίξιμα είτε μη αγγίξιμα υλικά από silicone rubber, προσαρμοζόμενα σε διαφορετικές απαιτήσεις ασφάλειας σε διάφορα περιβάλλοντα λειτουργίας.

2. Ανάλυση Δύο Συμβάντων Αποτυχίας

2.1 Αποτυχία Διάρροης Αερίου SF6

Στις 21:47 της 31ης Μαρτίου 2015, μια 10kV γραμμή βίωσε αποτυχία. Κατά τη διάρκεια ελέγχου κατά μήκος της γραμμής, παρατηρήθηκε καπνός που εξαπορρεία από το RMU Yangmeikeng. Ανοίγοντας την πόρτα του κιβωτίου, βρέθηκε ότι η θήκη του switch #2 είχε σπαστεί και η δεξαμενή αερίου διέρρεε. Περαιτέρω έρευνα μετά την αφαίρεση του elbow connector αποκάλυψε ότι το διπλό βολτ με το οποίο εγκαταστάθηκε η θήκη ήταν μη εγκαταληπτό με το κέντρο του τρύπανου, προκαλώντας συνεχή κάθετη τάση στον καλώδιο. Αυτό οδήγησε σε κατάστρεψη στην κορυφή της βάσης της θήκης, προκαλώντας διάρροη αερίου SF6. Αυτό το είδος RMU (μοντέλο: GAK4, κατασκευαστής: Shenzhen Minyuanshun, δηλ. Ormazabal) έχει βιώσει παρόμοιες αποτυχίες πολλές φορές, δείχνοντας μια σχετική σχεδιαστική ή κατασκευαστική ανωμαλία.

Αυτού του τύπου οι αποτυχίες συνήθως συμβαίνουν στην θήκη του καλώδιου. Οι κύριες αιτίες περιλαμβάνουν εσφαλμένη εγκατάσταση καβλών που προκαλούν μακροχρόνια μηχανική τάση στην θήκη, ή εγγενείς κατασκευαστικές προβλήματα στο RMU - όπως ανεπαρκής σφράγιση σε κάποιες σημεία - και και τα δύο μπορούν να οδηγήσουν σε διάρροη αερίου SF6.

2.2 Αποτυχία Θήκης Καβλών σε RMU

Το Δεκέμβριο 2014, κατά τη διάρκεια συνήθους ελέγχου, παρατηρήθηκε μαύρη χρώμα στην πόρτα του κιβωτίου ενός 10kV RMU, υποδηλώνοντας πιθανή ηλεκτρική αποδόση. Το RMU ήταν ένα τετρακόμπινο μοντέλο, με το τέταρτο κόμπινο να μην χρησιμοποιείται και να διατηρείται ως επιπλέον. Μετά την αποσύνδεση ρεύματος και την εξέταση του κιβωτίου, βρέθηκαν σαφή σημάδια αποδόσης στα δεύτερο και τρίτο κόμπινα. Στο δεύτερο κόμπινο, η φάση C έδειξε σαφή σημάδια αποδόσης από το stress cone στο σώμα του κιβωτίου.

Το stress cone είχε εγκατασταθεί πολύ χαμηλά, εντελώς κάτω από το σημείο κοπής του εμισσαντικού στρώματος του καλώδιου. Το κάτω μέρος δεν επικαλύφθηκε με το εμισσαντικό στρώμα και το πάνω μέρος δεν επικαλύφθηκε με το εσωτερικό εμισσαντικό στρώμα του elbow connector. Αυτό οδήγησε σε συγκέντρωση ηλεκτρικού πεδίου στην κορυφή του stress cone, προκαλώντας σταδιακή κατάρρευση της μόνωσης και στη συνέχεια απόδοση στον τοίχο του κιβωτίου. Στο τρίτο κόμπινο, ο elbow connector της φάσης B έδειξε σαφή σημάδια βλάβης από τόξο.

Κατά την αποσυναρμολόγηση, βρέθηκε ότι ο terminal lug που χρησιμοποιήθηκε ήταν σχεδιασμένος για εξωτερική χρήση, όχι το προσαρμοσμένο είδος. Λόγω των διαφορών σε διαστάσεις, ο outdoor-type lug είχε μικρότερο εσωτερικό διάμετρο, δεν επέτρεψε την πλήρη εγκατάσταση στο κάτω μέρος του terminal stud. Για να αντιμετωπιστεί αυτό, προστέθηκε ένας πλάκος μεταξύ του lug και του conductor της θήκης, προκαλώντας κακή επαφή, αύξηση της αντίστασης και θέρμανση. Επιπλέον, ο elbow connector που χρησιμοποιήθηκε σε αυτό το κόμπινο ήταν υπερδιαστατικός και μη συμβατός με το stress cone, χωρίς να σφραγίζει στενά το τέλος του καλώδιου. Αυτό έθεσε σε κίνδυνο την ολοκληρωμένη μόνωση του RMU, επιτρέποντας τη συσσώρευση υγρασίας στην επιφάνεια της μόνωσης του καλώδιου και των υποστηρικτικών μονωτικών, μειώνοντας την απόδοση της μόνωσης και δημιουργώντας διαδρομές tracking.

Συμπερασματικά, η ποιότητα της κατασκευής των θήκων καβλών και η σύνδεση μεταξύ του καλώδιου και του RMU είναι κρίσιμη. Λόγω της συμπαγούς δομής και του περιορισμένου εσωτερικού χώρου των RMUs, απαιτείται υψηλή ακρίβεια στην εργασία σύνδεσης καβλών. Η εσφαλμένη επεξεργασία του conductor, του shield ή του εμισσαντικού στρώματος - που οδηγεί σε ανεπαρκή απόσταση creepage - μπορεί εύκολα να οδηγήσει σε αποτυχία μόνωσης. Αυστηρή ελεγχοποίηση κατά την εγκατάσταση των θήκων καβλών είναι απαραίτητη για να προληφθούν οι αποτυχίες στην πηγή και να μειωθεί η πιθανότητα απορρυθμίσεων.