Unidades de Anillo Principal SF6 de 10kV: Estructura Fallos y Calidad de Terminación de Cables

1. Introducción a las Unidades de Anillo Principal (RMUs) de 10kV con SF6

Una unidad de anillo principal (RMU) de 10kV con SF6 generalmente consta de tres partes principales: el compartimento de gas (tanque), el compartimento del mecanismo de operación y el compartimento de conexión de cables.

• El compartimento de gas es el componente central de la RMU. Está lleno de gas SF6 y alberga elementos críticos como el interruptor de carga, las barras colectoras y el eje del interruptor. El interruptor de carga tiene un diseño de tres posiciones que incluye funciones de cierre, apertura y puesta a tierra, y se construye principalmente con un interruptor de hoja y una cámara de extinción de arco, utilizando el gas SF6 para lograr un excelente aislamiento y rendimiento de extinción de arco.

• Dentro del compartimento del mecanismo de operación, el mecanismo de operación está conectado a través del eje del interruptor tanto al interruptor de carga como al interruptor de puesta a tierra. Los operadores insertan una varilla de operación manual en el orificio de operación para realizar operaciones de cierre, apertura y puesta a tierra. Dado que los contactos del interruptor están encerrados dentro del tanque de gas sellado y no son visibles, se proporciona un indicador de posición directamente vinculado al eje del interruptor en el mecanismo de operación, mostrando claramente el estado actual del interruptor de carga y el interruptor de puesta a tierra. Se instalan interbloqueos mecánicos entre el interruptor de carga, el interruptor de puesta a tierra y la tapa frontal para satisfacer los requisitos de "cinco prevenciones", garantizando la seguridad operativa.

• El compartimento de conexión de cables está ubicado en la parte frontal de la RMU, facilitando la conexión de cables. La conexión entre el cable y el pasador aislante de la RMU puede utilizar accesorios de cable de silicona toquables o no toquables, adaptándose a diferentes requisitos de seguridad en diversos entornos de operación.

2. Análisis de Dos Incidentes de Fallas

2.1 Fallo por Fuga de Gas SF6

A las 21:47 del 31 de marzo de 2015, una línea de 10kV experimentó un fallo de interrupción. Durante la inspección a lo largo de la línea, se observó humo emanando de la RMU de Yangmeikeng. Al abrir la puerta del gabinete, se descubrió que el poste terminal del interruptor #2 se había fracturado y el tanque de gas estaba fugando. Una inspección posterior después de retirar el conector de codo reveló que el perno doble utilizado para instalar el pasador estaba desalineado con el centro del orificio de la brida, causando que el pasador estuviera sometido a tensión continua hacia abajo desde el cable. Esto llevó a la formación de grietas en la parte superior de la base del pasador, resultando en una fuga de gas SF6. Este tipo de RMU (modelo: GAK4, fabricante: Shenzhen Minyuanshun, es decir, Ormazabal) ha experimentado fallas similares múltiples veces, indicando un defecto de diseño o fabricación familiar.

Este tipo de fallas ocurren comúnmente en el poste terminal del cable. Las causas principales incluyen la instalación inadecuada del cable que lleva a un estrés mecánico prolongado en el poste terminal, o problemas inherentes de fabricación en la propia RMU, como un sellado inadecuado en ciertos puntos, ambos pueden llevar a una fuga de gas SF6.

2.2 Fallo en el Terminal de Cable de la RMU

En diciembre de 2014, durante un patrullaje rutinario, se observó negrura en la puerta del gabinete de una RMU de 10kV, sugiriendo una posible descarga eléctrica. La RMU era una unidad de cuatro compartimentos, con el cuarto compartimento sin usar y mantenido como reserva. Después del apagado de energía y la inspección del gabinete, se encontraron signos evidentes de descarga en los compartimentos segundo y tercero. En el compartimento segundo, la fase C mostraba evidencia clara de descarga desde el cono de estrés hasta el cuerpo del gabinete.

El cono de estrés había sido instalado demasiado bajo, completamente posicionado debajo del punto de corte de la capa semiconductora del cable. Su extremo inferior no superponía el corte semiconductor, y su extremo superior no contactaba con la capa semiconductora interna del conector de codo. Esto resultó en una concentración del campo eléctrico en el borde superior del cono de estrés, llevando a un rompimiento de aislamiento con el tiempo y una posterior descarga hacia la pared del gabinete. En el compartimento tercero, el conector de codo de la fase B mostraba signos visibles de daño por arco.

Al desmontarlo, se descubrió que el perno de terminal utilizado estaba diseñado para aplicaciones exteriores, no el tipo especificado originalmente. Debido a las diferencias dimensionales, el perno de exterior tenía un diámetro interior más pequeño, impidiendo que se sentara completamente en el fondo del perno de terminal. Para compensar, se agregó incorrectamente un espaciador entre el perno y el conductor del pasador, resultando en un mal contacto, aumento de resistencia y sobrecalentamiento. Además, el conector de codo utilizado en este compartimento era de tamaño excesivo y no coincidía con el cono de estrés, fallando en sellar herméticamente la terminación del cable. Esto comprometió la integridad completa del aislamiento de la RMU, permitiendo que la humedad se condensara en la superficie del aislamiento del cable y de los aisladores de soporte, reduciendo el rendimiento del aislamiento y creando rutas de seguimiento.

En conclusión, la calidad de la fabricación de las terminaciones de cable y la conexión entre el cable y la RMU son críticamente importantes. Dada la estructura compacta y el espacio interno limitado de las RMUs, se requiere una alta precisión en el trabajo de las uniones de cable. El manejo inadecuado del conductor, el escudo o la capa semiconductora, llevando a una distancia de reptamiento insuficiente, puede resultar fácilmente en un fallo de aislamiento. El control estricto de la calidad durante la instalación de las terminaciones de cable es esencial para prevenir fallos en la fuente y reducir la probabilidad de interrupciones.