Unidades de Anel Principal SF6 de 10kV: Estrutura Falhas e Qualidade de Terminação de Cabos

1. Introdução às Unidades de Anel Principal (RMUs) SF6 de 10kV

Uma unidade de anel principal (RMU) de 10kV com SF6 geralmente consiste em três partes principais: o compartimento de gás (tanque), o compartimento do mecanismo operacional e o compartimento de conexão de cabos.

• O compartimento de gás é o componente central da RMU. É preenchido com gás SF6 e abriga elementos críticos como o disjuntor de carga, barras coletoras e eixo do interruptor. O disjuntor de carga apresenta um design de três posições - compreendendo funções de fechamento, abertura e aterramento - e é construído principalmente com um interruptor de lâmina e câmara de extinção de arco, utilizando gás SF6 para alcançar excelente isolamento e desempenho de extinção de arco.

• Dentro do compartimento do mecanismo operacional, o mecanismo operacional está conectado via eixo do interruptor tanto ao disjuntor de carga quanto ao interruptor de aterramento. Os operadores inserem uma haste de operação manual na abertura de operação para realizar as operações de fechamento, abertura e aterramento. Como os contatos do interruptor estão encerrados no tanque de gás selado e não são visíveis, um indicador de posição diretamente ligado ao eixo do interruptor é fornecido no mecanismo operacional, mostrando claramente o status atual do disjuntor de carga e do interruptor de aterramento. Intertravamentos mecânicos são instalados entre o disjuntor de carga, o interruptor de aterramento e a tampa frontal para atender aos requisitos de "cinco-prevenções", garantindo a segurança operacional.

• O compartimento de conexão de cabos está localizado na frente da RMU, facilitando a conexão de cabos. A conexão entre o cabo e a mangueira isolante da RMU pode usar acessórios de cabo de silicone tocáveis ou não tocáveis, acomodando diferentes requisitos de segurança em vários ambientes operacionais.

2. Análise de Dois Incidentes de Falha

2.1 Falha de Vazamento de Gás SF6

Às 21:47 do dia 31 de março de 2015, uma linha de 10kV sofreu uma falha de interrupção. Durante a inspeção ao longo da linha, foi observada fumaça emanando da RMU de Yangmeikeng. Ao abrir a porta do gabinete, descobriu-se que o terminal do interruptor nº 2 havia se fraturado e o tanque de gás estava vazando. Uma inspeção adicional após a remoção do conector cotovelo revelou que o parafuso de cabeça dupla usado para instalar a mangueira estava desalinhado com o centro do orifício do terminal, causando que a mangueira fosse submetida a tensão contínua descendente do cabo. Isso levou a uma rachadura na extremidade superior da base da mangueira, resultando no vazamento de gás SF6. Este tipo de RMU (modelo: GAK4, fabricante: Shenzhen Minyuanshun, i.e., Ormazabal) já experimentou falhas semelhantes várias vezes, indicando um defeito de design ou fabricação familiar.

Essas falhas ocorrem comumente no terminal do cabo. As principais causas incluem a instalação inadequada do cabo, levando a estresse mecânico de longo prazo no terminal, ou problemas inerentes de fabricação na própria RMU - como vedação inadequada em certos pontos - ambos podem levar ao vazamento de gás SF6.

2.2 Falha do Terminal de Cabo na RMU

Em dezembro de 2014, durante uma patrulha rotineira, foi observado escurecimento na porta do gabinete de uma RMU de 10kV, sugerindo possível descarga elétrica. A RMU era uma unidade de quatro compartimentos, com o quarto compartimento não utilizado e mantido como reserva. Após o desligamento de energia e inspeção do gabinete, foram encontrados sinais óbvios de descarga nos segundo e terceiro compartimentos. No segundo compartimento, a fase C mostrou evidências claras de descarga do cone de tensão até o corpo do gabinete.

O cone de tensão havia sido instalado muito baixo, totalmente posicionado abaixo do ponto de corte da camada semicondutora do cabo. Sua extremidade inferior não se sobrepôs ao corte semicondutor, e sua extremidade superior não entrou em contato com a camada semicondutora interna do conector cotovelo. Isso resultou em concentração de campo elétrico na borda superior do cone de tensão, levando à quebra da isolação ao longo do tempo e subsequente descarga para a parede do gabinete. No terceiro compartimento, o conector cotovelo da fase B mostrou sinais visíveis de danos por arco.

Ao desmontar, descobriu-se que o terminal usado era projetado para aplicações externas, não o tipo especificado originalmente. Devido às diferenças dimensionais, o terminal externo tinha um diâmetro interno menor, impedindo-o de assentar completamente na base do parafuso terminal. Para compensar, foi adicionada incorretamente uma arruela entre o terminal e o condutor da mangueira, resultando em contato inadequado, aumento de resistência e superaquecimento. Além disso, o conector cotovelo usado neste compartimento era grande demais e não combinava com o cone de tensão, falhando em selar hermeticamente o terminador do cabo. Isso comprometeu a integridade total da isolação da RMU, permitindo a condensação de umidade na superfície do isolamento do cabo e dos isoladores de suporte, reduzindo o desempenho da isolação e criando caminhos de rastreamento.

Em conclusão, a qualidade da fabricação do terminador do cabo e a conexão entre o cabo e a RMU são extremamente importantes. Dada a estrutura compacta e o espaço interno limitado das RMUs, é necessária alta precisão no trabalho de junção de cabos. O manejo inadequado do condutor, do escudo ou da camada semicondutora - levando a distância de rastejo insuficiente - pode facilmente resultar em falha da isolação. O controle rigoroso da qualidade durante a instalação do terminador do cabo é essencial para prevenir falhas na fonte e reduzir a probabilidade de interrupções.