Problemy i środki zaradcze dla połączeń kablowych w jednostkach typu RMU (Ring Main Unit) z izolacją gazową SF₆ w wspólnym zbiorniku o napięciu 10kV (styl europejski)

Problemy i środki zaradcze dotyczące połączeń kablowych w jednostkach RMU (Ring Main Unit) z wspólną bakelitową izolacją gazową SF₆ na napięcie 10 kV (styl europejski)

W związku z szerokim zastosowaniem linii kablowych w miejskich sieciach dystrybucyjnych, jednostki RMU (Ring Main Unit) z gazową izolacją SF₆ o wspólnym bakiecie (styl europejski) są szeroko stosowane jako węzły sieciowe ze względu na ich cechy takie jak pełna izolacja, całkowite zamknięcie, brak konieczności konserwacji, kompaktowy rozmiar i elastyczna instalacja. Te RMU stylu europejskiego z wspólnym bakietem SF₆ są odpowiednie dla wybrzeżowych obszarów o wilgotnym, słonym i mglistym środowisku, zapewniając wysoką niezawodność operacyjną.

Ostatnie awarie RMU wskazują, że większość problemów wynika z miejsc połączeń między flaszeczkami RMU a kablami 10 kV. Jest to szczególnie prawdziwe dla RMU wewnętrznych i zewnętrznych obsługujących duże prądy i kable o dużym przekroju. W przypadku awarii cała jednostka RMU wymaga odłączenia od zasilania i wymiany, a jej konektor T musi być ponownie zainstalowany. To znacznie wpływa na niezawodność dostawy energii i powoduje istotne straty ekonomiczne.

Połączenie między flaszeczkami RMU a kablami 10 kV jest kluczowym słabym punktem operacyjnym. Ten artykuł analizuje istniejące problemy i proponuje środki zaradcze.

1. Problemy z RMU z wspólnym bakietem i połączeniami trójprzewodowych kabli

Obecnie RMU z gazową izolacją SF₆ o wspólnym bakiecie (styl europejski) i ich powiązane konektory T kablowe są głównie europejskimi markami. Są one przede wszystkim zaprojektowane do jednoprzewodowych kabli, które są łatwiejsze do montażu, nie narażają flaszeczek na skręcanie, zapewniają dobrą kontaktowanie końcówki z flaszeczką i zmniejszają prawdopodobieństwo wystąpienia awarii termicznych. W przeciwieństwie do tego, instalacja trójprzewodowych kabli jest znacznie bardziej skomplikowana, prowadząc do kilku problemów, których nie ma w instalacjach jednoprzewodowych:

1. Miejscem mocowania trójprzewodowego kabla jest otoka zewnętrzna: Fazy nie można mocować niezależnie. Nawet po połączeniu, własny ciężar kabla lub siły zewnętrzne mogą przekazać moment skręcający do sekcji flaszeczek.
2. Wyrównanie sekwencji faz wymaga momentu skręcającego: Podczas montażu trójprzewodowych kabli, wyrównanie sekwencji faz często wymaga zastosowania momentu skręcającego przed mocowaniem. Po instalacji, wewnętrzne naprężenia powstające w wyniku skręcania stopniowo uwalniają się, generując moment przywracający, który działa na flaszeczki.
3. Ograniczona wysokość komory kablowej: Kompaktowa wysokość komory kablowej RMU (zaprojektowana dla jednoprzewodowych kabli) ogranicza dostępne długości poszczególnych faz rdzenia kabla.
4. Ograniczone możliwości regulacji po zakończeniu: Po spięciu okucia, długość instalacji jest stała. Ze względu na krótsze długości poszczególnych rdzeni (wynikające z ograniczeń przestrzennych), które są trudne do gięcia, wymuszenie konektora T na pozycję często wymaga zastosowania nadmiernych sił pchających, ciągnących lub dźwigających. To niesie ryzyko uszkodzenia flaszeczek lub złego kontaktu.

2. Środki zaradcze

Aby rozwiązać powyższe problemy, można zastosować środki zaradcze dotyczące samej jednostki RMU, konektorów T, praktyk montażowych oraz fundamentów cywilnych RMU.

2.1 Jednostka RMU (Ring Main Unit)

2.1.1 Dostatecznie zwiększyć wysokość komory kablowej:
Komory kablowe RMU z gazową izolacją SF₆ o wspólnym bakiecie są zwykle małe (około H: 600 mm, W: 350 mm). To jest odpowiednie dla jednoprzewodowych kabli, ale sprawia, że montaż konektorów T, zwłaszcza na kabli o dużym przekroju (240 mm² lub 300 mm²), jest bardzo trudny dla trójprzewodowych kabli. Trójramienne obudowy konektora T również potrzebują miejsca, zostawiając tylko około 400 mm na rdzenie kabla. Rdzenie o dużym przekroju są sztywne, a w połączeniu z ograniczeniami terenowymi, poprawne umieszczenie konektora T jest trudne.

• Rozwiązanie: Chociaż RMU z wspólnym bakietem są standaryzowane, wysokość instalacji można zwiększyć za pomocą podstawy rozszerzającej. Podwyższenie wysokości komory do około 800 mm i zapewnienie pionowej odległości chwytaka kabla od punktu środkowego wysokiego napięcia flaszeczki co najmniej 750 mm pozwala na długości rdzeni około 600 mm. To ułatwia poprawne umieszczenie konektora T. Zasadniczo, podstawa rozszerzająca wydłuża oddzielone jednofazowe rdzenie po rozdzieleniu trójprzewodowego kabla, umożliwiając połączenie podobne do jednoprzewodowych kabli.
• Zalety: (1) Znacznie zmniejsza moment skręcający na flaszeczki; (2) Zwiększa tolerancję montażu, minimalizując potrzebę zastosowania siły; obniża ryzyko wycieku gazu; (3) Ułatwia poprawne umieszczenie okucia i stożków stresowych.

2.1.2 Zwzględnić przewodność flaszeczek podczas wyboru RMU:
Standardowe RMU 630A często mają flaszeczki typu śrubowego z zewnętrzną rurką miedzianą o średnicy 25 mm i wewnętrznym gwintem na śruby M16 (pole przewodzenia około 289,6 mm²). Rzeczywista powierzchnia kontaktu jest często mniejsza ze względu na dopasowanie tolerancyjne. Gdy używane są śruby z nierdzewnej stali (ze względu na miękką miedź), przewodzenie opiera się wyłącznie na tym kontakcie końcowym. W zamkniętej izolacji, odprowadzanie ciepła jest słabe. Jeśli kontakt okucia z flaszeczką jest słaby pod dużym prądem (>400 A), występują awarie termiczne.

• Rozwiązanie: Dla RMU korzystających z kabli 240 mm² lub 300 mm² o prądzie >400 A, wybieraj modele z flaszeczkami o nominalnym prądzie 800 A (zewnętrzna rurka miedziana Ø 32 mm) w celu zmniejszenia ryzyka awarii termicznych.

2.1.3 Wzmocnić monitorowanie temperatury flaszeczek RMU:
Zamknięte RMU z wspólnym bakietem nie mogą być otwarte do inspekcji. Standardowe termografia IR nie może mierzyć temperatur stawów. Dodanie portów inspekcyjnych narusza ocenę IP.

• Rozwiązanie:
• Rutynowe kontrole: Ręcznie czuj temperaturę frontowej panelu komory kablowej, aby wykryć nagrzewanie konektora T.
• Kluczowe jednostki: Okresowo odłączaj od zasilania po początkowej pracy przy dużym prądzie, aby sprawdzić połączenia na obecność oznak nagrzewania.
• Najlepsza praktyka (technologia): Zainstaluj czujniki temperatury bezpośrednio na flaszeczkach RMU lub konektorach T do monitorowania temperatury w czasie rzeczywistym.

2.2 Konektor T kabla

2.2.1 Zapewnić jakość elementów przewodzących:
Przejście na śruby z nierdzewnej stali sprawia, że przewodzenie zależy wyłącznie od kontaktu końcowego, zwiększając wymagania dotyczące struktury/materialu okucia. Powszechne problemy to:

Za wąski/nazbyt duży otwór okucia → zmniejszona powierzchnia kontaktu.

Słaba jakość materiału okucia, nierównomierne pokrycie.

Niezgodność między stożkiem otworu okucia a dwukoncową śrubą → okucie nie może poprawnie kontaktować się z flaszeczką → przewodzenie tylko przez śrubę.

Za cienka/mała tarcza miedziana → nie zapewnia równoległego kontaktu okucia z flaszeczką.

Wszystkie te czynniki prowadzą do zmniejszenia zdolności przepustowej i ryzyka awarii termicznych.

• Rozwiązanie: Dokładnie określ elementy przewodzące konektora T:
• Szerokość powierzchni kontaktowej okucia: 25 mm lub 32 mm (zgodnie z polem przewodzenia flaszeczki).
• Materiał okucia: Miedź T2 (>99,9% Cu, elektrolityczna, formowana, wyżarzona). Pokrycie cynkowe lub srebrne.
• Tarcza: Duża powierzchnia, ≥3 mm grubości, aby zapewnić dobry kontakt ciśnieniowy.

2.2.2 Wybierz miękkie konektory T, aby ułatwić instalację:
Konektory T z EPDM lub twardego plastiku/gumy są twardzi/bryłki, trudne do regulacji podczas instalacji (szczególnie duże rdzenie/stożki stresowe/izolacje), trudne do weryfikacji pozycji. Słaba sprężystość/siła promieniowa niesie ryzyko długoterminowego rozdzielenia interfejsu i śledzenia.

• Rozwiązanie: Wybierz konektory T z gumy silikonowej dla RMU z wspólnym bakietem. Zalety: Miękkie, sprężyste → łatwe dostosowanie pozycji; Doskonała siła promieniowa i jednorodność → dobre szczelność, zapobiega śledzeniu; Wystarczająca wytrzymałość mechaniczna dla komór RMU.

2.3 Praktyki montażowe na miejscu

2.3.1 Bezpieczne wejście kabla:
Zabezpiecz trójprzewodowy kabel wchodzący do RMU bezpośrednio pod flaszeczkami wysokiego napięcia za pomocą chwytaka kabla. Unikaj nachylenia lub niezabezpieczonego wejścia kabla. Niezabezpieczone kable nakładają moment skręcający/siły pociągające, potencjalnie niszcząc integralność flaszeczek/pieczęci → wyciek SF₆, pęknięcia flaszeczek, awarie wysokiego napięcia.

• Umieść rdzenie pionowo i symetrycznie; zminimalizuj skręcanie.
• Umieść rękaw odgałęziający i chwytak kabla jak najniżej (co najmniej 750 mm pionowej odległości od flaszeczek).
• Proces na miejscu: Po przyciągnięciu kabla przez fundament do komory, obetnij uszkodzoną końcówkę kabla. Zweryfikuj sekwencję faz. Wyrównaj kąt wejścia kabla, aby rdzenie były proste w kierunku flaszeczek. Jeśli kąt jest zbyt duży, cofnij kabel do rowu/pit, popraw kąt, a następnie ponownie wstaw i mocno zaciskaj. Podwójne mocowanie: Tam, gdzie to możliwe, dodaj drugi punkt mocowania (np. belkę mocowania w pitze kablowym poniżej) w celu dalszego zabezpieczenia otoki zewnętrznej.

2.3.2 Oddzielenie faz kabla i przygotowanie:

1. Zamocuj rękaw odgałęziający kabla za pomocą chwytaka przed przycięciem długości rdzeni.
2. Wyrównaj fazę B z flaszeczką B.
3. Lekko wygięj fazy A/C na zewnątrz u nasady, zanim wyrównasz je pionowo z ich flaszeczkami.
4. Wprowadź śrubę końcową do flaszeczki, luźno zawiesz okucie na niej.
5. Przytnij końce rdzeni do dokładnej wymaganej długości po zweryfikowaniu wyrównania.

• Kluczowe: Zamocuj kabel przed końcowym przycięciem. Niewykonanie tego prowadzi do niejednorodnych długości rdzeni → stres flaszeczek i słaby kontakt.
• Proces obdzierania/czyszczenia:
• Dokładnie postępuj zgodnie z wymiarami obdzierania producenta konektora T.
• Unikaj uszkodzenia warstw wewnętrznych podczas obdzierania warstw zewnętrznych.
• Absolutnie unikaj pionowych drascar na izolacji rdzenia → zapobiega wewnętrznemu śledzeniu.
• Użyj papieru czyszczącego dostarczanego przez producenta. Unikaj innych rozpuszczalników, takich jak alkohol przemysłowy.
• Użyj smaru bazującego na polifluoreterze (zgodnego z gumą silikonową). Unikaj smaru silikonowego → wzajemne rozpuszczanie → wysuszenie interfejsu → ryzyko śledzenia.

2.3.3 Instalacja stożka stresowego:

• Upewnij się, że stożek stresowy pasuje do rozmiaru kabla → poprawny dopasowanie interferencyjne. Zbyt ciasno: trudna instalacja, ryzyko pęknięcia. Zbyt luźno: słaba szczelność, ryzyko powierzchniowego wypromieniowania.
• Umieść dokładnie zgodnie z instrukcjami producenta konektora T (położenie względem izolacji i rdzenia kabla wpływa na kontrolę stresu/szczelność). Minimalna tolerancja.
• Jeśli to możliwe, umieść stożek stresowy na pionowej części kabla → zapewnia najlepszą szczelność.
• Zapobiegaj drasceniu powierzchni gumy silikonowej ostrymi obiektami.
• Nałóż jednolite pokrycie zgodnego smaru na powierzchnie interferencyjne.

2.3.4 Zapewnić wystarczającą powierzchnię kontaktu przewodnika:
Połączenie przewodnika wewnątrz rękawa izolacyjnego jest niewidoczne/trudne do sprawdzenia. Musi być zapewnione:

• Powierzchnia okucia jest równoległa do przewodzącej powierzchni flaszeczki → zminimalizowany stres na flaszeczce.
• Wyjątkowo dobry kontakt w celu zapobieżenia nagrzewaniu.
• Spawanie: Spawaj okucie do rdzenia zgodnie z procedurą. Upewnij się, że orientacja powierzchni okucia jest równoległa do płaszczyzny flaszeczki. Po pełnym zamknięciu diesli spawalniczych, utrzymuj ciśnienie przez 10-15 sekund. Usuń zgrubienia powierzchni. Oczyszczaj okucie i izolację rdzenia.
• Połączenie: Umieść okucie na śrubie, wprowadź konektor T do flaszeczki → upewnij się, że okucie jest równolegle do flaszeczki przed zaciśnięciem.

2.3.5 Zapewnić niezawodne ziemienie:
Chronione konektory T muszą być prawidłowo ziemione za pomocą dedykowanych pierścieni/wirów ziemienia połączonych z siecią ziemienia RMU. Ryzyko niepowodzenia: Nagromadzenie ładunku statycznego na powierzchni → zagrożenie porażeniem.

Powierzchniowe wypromieniowanie do pobliskiego ziemienia → elektryczna erozja materiałów.

2.4 Wymagania dotyczące fundamentu cywilnego RMU

• Podstawa RMU zwykle 300-500 mm nad poziomem gruntu.
• Głębokość pitu kablowego poniżej podstawy powinna wynosić co najmniej 800 mm; dąż do 1000 mm, jeśli warunki terenowe to pozwalają.
• Cel: Zapewnia wystarczającą promień zakrzywienia dla wejścia kabla (szczególnie dla dużych przekrojów), umożliwia prawie pionowe wejście → zmniejsza stres na kablu/połączeniu.