10kV SF6 ringverdelingsstations: Structuur, storingen & kabelaansluitkwaliteit

1. Inleiding tot 10kV SF6 ring hoofdverdeler (RMU)

Een 10kV SF6 ring hoofdverdeler bestaat doorgaans uit drie hoofdonderdelen: de gaskamer (tank), de bedieningsmechanisme kamer en de kabelverbindingkamer.

• De gaskamer is het kernonderdeel van de RMU. Het wordt gevuld met SF6 gas en huisvest essentiële elementen zoals de belastingschakelaar, busbaren en schakelas. De belastingschakelaar heeft een driedelige ontwerp - waaronder sluiten, openen en aarden - en is voornamelijk opgebouwd met een bladsschakelaar en boogblusser, waarbij SF6 gas wordt gebruikt om uitstekende isolatie en boogblussing te bereiken.

• Binnen de bedieningsmechanisme kamer is het bedieningsmechanisme via een schakelas verbonden met zowel de belastingschakelaar als de aardingschakelaar. Bedieners steken een handbedieningsstaaf in het bedieningsgat om sluit-, open- en aardeerbewerkingen uit te voeren. Aangezien de schakelaarscontacten binnen de afgesloten gastank zitten en niet zichtbaar zijn, is er een positieindicator rechtstreeks verbonden met de schakelas geplaatst op het bedieningsmechanisme, die de huidige status van de belastingschakelaar en aardingschakelaar duidelijk weergeeft. Mechanische vergrendelingen zijn geïnstalleerd tussen de belastingschakelaar, aardingschakelaar en voorpaneel om aan de "vijf-preventies" te voldoen, waardoor de bedrijfsveiligheid wordt gewaarborgd.

• De kabelverbindingkamer bevindt zich aan de voorkant van de RMU, waardoor kabelverbinding mogelijk is. De verbinding tussen de kabel en de insulatiebuis van de RMU kan gebruikmaken van aanraakbare of niet-aanraakbare siliconen rubber kabelaccessoires, afhankelijk van verschillende veiligheidsvereisten in diverse werkomgevingen.

2. Analyse van twee storingen

2.1 SF6 gaslek storing

Op 31 maart 2015 om 21:47 deed zich een storing voor op een 10kV lijn. Tijdens de inspectie langs de lijn werd rook waargenomen die uit de Yangmeikeng RMU kwam. Bij het openen van de kastdeur bleek dat de terminalpaal van schakelaar #2 was gebroken en de gastank lekte. Nadere inspectie na verwijdering van de elleboogconnector toonde aan dat de dubbele bout die werd gebruikt om de bushing te installeren, niet in het midden van het lug gat was geplaatst, waardoor de bushing continu omlaag werd getrokken door de kabel. Dit leidde tot scheuren aan de bovenkant van de bushing basis, wat resulteerde in SF6 gaslek. Deze type RMU (model: GAK4, fabrikant: Shenzhen Minyuanshun, oftewel Ormazabal) heeft meerdere malen soortgelijke storingen ervaren, wat wijst op een familiale ontwerpfout of productiefout.

Dergelijke storingen komen vaak voor bij de kabelterminalpaal. De belangrijkste oorzaken zijn onjuiste kabelinstallatie die leidt tot langdurige mechanische spanning op de terminalpaal, of inherente productieproblemen in de RMU zelf - zoals onvoldoende afsluiting op bepaalde punten - beide kunnen leiden tot SF6 gaslek.

2.2 Kabelterminal storing in RMU

In december 2014 werd tijdens een routinecontrole verkleuring waargenomen op de kastdeur van een 10kV RMU, wat suggereerde dat er mogelijk elektrische ontlading had plaatsgevonden. De RMU was een viercompartiment eenheid, waarvan het vierde compartiment ongebruikt werd gehouden als reserve. Na het uitschakelen van de stroom en inspectie van de kast werden duidelijke sporen van ontlading gevonden in het tweede en derde compartiment. In het tweede compartiment liet fase C duidelijke sporen zien van ontlading van de stresskegel naar de kastwand.

De stresskegel was te laag geïnstalleerd, volledig onder de afsnijpunt van de halfgeleiderlaag van de kabel. Het onderste einde raakte niet over de afsnijpunt van de halfgeleiderlaag, en het bovenste einde raakte niet de binnenste halfgeleiderlaag van de elleboogconnector. Dit resulteerde in concentratie van het elektrisch veld aan de bovenrand van de stresskegel, wat uiteindelijk leidde tot isolatiebreuk en vervolgens ontlading naar de kastwand. In het derde compartiment liet de elleboogconnector van fase B zichtbare sporen van boogschade zien.

Bij de ontmanteling bleek dat de terminallug die werd gebruikt, was ontworpen voor buitenluchttoepassingen, niet het origineel gespecificeerde type. Vanwege de afmetingsverschillen had de buitenluchttype lug een kleinere binnendiameter, waardoor hij niet volledig kon worden vastgezet op de bodem van de terminalstuds. Om dit te compenseren werd onjuist een tussenschot toegevoegd tussen de lug en de bushing geleider, wat leidde tot slechte contact, verhoogde weerstand en oververhitting. Bovendien was de elleboogconnector in dit compartiment te groot en paste deze niet goed bij de stresskegel, waardoor de kabelterminatie niet volledig werd afgesloten. Dit compromitteerde de volledige isolatieintegriteit van de RMU, waardoor vocht op het oppervlak van de kabelisolatie en steunisolatoren kon condenseren, wat de isolatieprestaties verlaagde en trackingpaden creëerde.

Tot slot zijn de kwaliteit van de kabelterminatiefabricage en de verbinding tussen de kabel en de RMU cruciaal belangrijk. Gezien de compacte structuur en de beperkte interne ruimte van RMUs is hoge precisie in de kabelverbinding vereist. Onjuiste behandeling van de geleider, schild of halfgeleiderlaag - wat leidt tot onvoldoende kruipafstand - kan gemakkelijk leiden tot isolatiefouten. Strikte kwaliteitscontrole tijdens de installatie van kabelterminaties is essentieel om fouten aan de bron te voorkomen en de kans op storingen te verminderen.