Unidades de anel principal SF₆ (RMUs) e renovación da rede urbana

Vista xeral​
As redes de distribución máis antigas teñen principalmente unha estrutura radial, coas liñas de entrada e saída sendo en maioría liñas aéreas. O equipo de conmutación adoita consistir en interruptores de vacío aislados por aire ou interruptores de mínimo óleo. Estas redes sufriron frecuentes fallos, custos operativos altos e cortes de enerxía prolongados e extensos en caso de fallo, o que dificultaba significativamente o desenvolvemento económico.

Co rápido crecemento económico e a implementación da renovación da rede urbana, a demanda de maior fiabilidade no suministro de enerxía aumentou. As unidades de anel principal (RMUs) completamente aisladas, seladas, sen mantemento e compactas de SF₆ volvérón a ser unha garantía para o suministro fiable de enerxía.

​1 Tipos e características estruturais dos RMUs de SF₆​

​1.1 Tipos de RMUs de SF₆​
Os RMUs de SF₆ poden clasificarse en dous tipos principais segundo a súa estrutura: Tipo de depósito común e Tipo de unidade modular. Os RMUs de tipo depósito común iniciais adoitan ter unha entrada, un bucle e unha saída, adecuados para cargas pequenas. Pero, co aumento das necesidades de carga, surxeron os RMUs de tipo unidade modular expansible, ofrecendo unha capacidade de distribución máxima de ata 10 MVA.

Os RMUs de SF₆ poden categorizarse segundo a función en Tipo de cable, Tipo de fusible e Tipo de interruptor de SF₆:

• ​Tipo de cable:​​ Utilizado para entradas/saídas de cable. A corrente nominal é de 630A.
• ​Tipo de fusible:​​ Pode conectarse directamente a transformadores. A corrente nominal é de 200A. No entanto, tendo en conta o efecto de elevación de temperatura dos fusibles, cada RMU está prácticamente limitado a suministrar transformadores de ata 1600 kVA en aplicacións reais.
• ​Tipo de interruptor de SF₆:​​ Utilizado para protexer transformadores superiores a 1600 kVA. Tamén pode servir como unidade de entrada ou sección de barras con protección contra sobrecorrente e desprazamento instantáneo. A corrente nominal é de 630A, cun tempo total de interrupción de fallos de 95ms.
  As configuracións básicas dos RMUs de SF₆ amóstranse na figura a continuación.

​1.2 Características estruturais dos RMUs de SF₆​
O RMU de tipo depósito común de SF₆ xeralmente consta dun depósito de gas, un compartimento de mecanismo de operación e un compartimento de conexión de cables. O tipo de unidade modular ademais require un compartimento de conexión de barras.

Os RMUs de SF₆ teñen as seguintes catro características principais:

1. ​Depósito de gas:​​ Esta é a parte máis crítica do RMU. O depósito de gas contén o interruptor de carga, as barras de distribución, o eixo do interruptor e o gas SF₆.
• O interruptor de carga é un interruptor de tres posicións, incluíndo un interruptor de faca aislante e un canal de arco.
• O contacto móbil do interruptor de faca ten dous remaches especiais feitos de liga de níquel-cromo, que serven dous propósitos:
• Proporciona lubricación seca durante a apertura/cierre do interruptor, asegurando que a resistencia de contacto entre os contactos móbil e fixo non aumente despois dun uso a longo prazo.
• Debido ao alto punto de fusión da liga de níquel-cromo, o contacto móbil non se fundirá debido ao calor xerado polas correntes de cortocircuito durante o cierre ou os períodos de resistencia.
• O canal de arco contén placas de desionización que estiran o arco, reducen a enerxía do arco e minimizan a cantidade de vapor metálico e produtos de descomposición de SF₆ xerados cando o interruptor de carga interrompe a corrente de carga.
• A parte da barra de distribución que entra en contacto co interruptor de faca é o contacto fixo. Ademais de cumprir coas capacidades de corrente nominal e os requisitos de estabilidade dinámica e térmica, o deseño e a fabricación da barra de distribución tamén teñen en conta os efectos do campo electromagnético para minimizar o impacto do campo magnético.
• O eixo do interruptor penetra no depósito de gas e conectase co compartimento do mecanismo de operación, permitindo aos operadores fora do compartimento controlar os estados de cierre, apertura e aterramento do interruptor. Utilízase unha estrutura de dobre sellado no punto de penetración (a única conexión móbil entre o depósito e o exterior), asegurando estritamente a hermeticidade do depósito durante a evacuación ao vacío e o enchido de gas.
• A taxa anual de fuga de gas SF₆ é só do 0,0035%. Esta baixa taxa de fuga é crucial para a operación segura a longo prazo do RMU.
• Ademais do gas SF₆ para aisolamento e apagado de arcos, o depósito de gas tamén contén óxido de aluminio (Al₂O₃), que acelera a regeneración do gas SF₆ e actúa como un excelente desecante, mantendo a calidade do gas SF₆ e minimizando os fallos de arco. En caso de que ocorra tal fallo, un diafragma antexplosión abaixo do depósito protexe ao persoal ventilando directamente os gases calientes no trinchado de cable debaixo ou detrás da unidade, afastado dos operadores na parte frontal.
• O depósito de gas está construído con chapa de acero inoxidable de 3 mm de espesor, soldada por dúas caras.
2. ​Compartimento do mecanismo de operación:​​ O mecanismo de operación interior conectase co interruptor de carga e o interruptor de aterramento a través do eixo do interruptor. Usando unha barra de operación insertada no orificio de operación, os operadores poden realizar facilmente operacións de cierre, apertura e aterramento con un esforzo mínimo (só se require 60 N·m).
• Dado que os contactos do interruptor non son visibles, o mecanismo de operación dispón dun indicador de posición directamente ligado ao eixo do interruptor, mostrando claramente o estado actual do interruptor de carga e o interruptor de aterramento.
• Instálanse interbloqueos mecánicos entre o interruptor de carga, o interruptor de aterramento e a placa frontal, satisfacendo os cinco requisitos de interbloqueo de seguridade (funcións antierro).
• Ambos, o interruptor de carga e o interruptor de aterramento, están equipados con mecanismos de cierre/abertura rápida, asegurando que as velocidades de cierre/apertura sexan independentes da velocidade do operador.
• Os interruptores con protección por fusible (armarios de interruptores de tipo TS) tamén dispoñen dun dispositivo de salto automático, dispoñíbeles en versións mecánicas ou eléctricas. O principio de salto mecánico: Durante un fallo de cortocircuito no circuito da unidade, o fusible fúndese no primeiro semiciclo (~10ms) da corrente de fallo. O pín de golpe do fusible impacta no mecanismo de salto, provocando que o interruptor de carga se abra. O tempo total de interrupción de fallos é só de 35ms, protexendo eficazmente a unidade e evitando a propagación do fallo a unidades adxacentes. Ademais, debido ao excelente rendemento mecánico, a corrente de transferencia dos armarios de interruptores de tipo fusible pode chegar a 2300A.
• Poden engadirse cadeados ás palancas de operación na parte frontal do compartimento do mecanismo de operación para evitar a operación non autorizada.
• Para unha operación segura, instálase un manómetro de presión de gas, directamente conectado ao depósito de gas e selado contra a humidade (evitando o empañamento no dial), no compartimento, permitindo ao persoal de mantemento monitorizar o estado do RMU en calquera momento.
• Tamén se instala un indicador de tensión no compartimento do mecanismo de operación, permitindo aos operadores monitorizar a energización do circuito (indicador de bombilla de neón) e verificar a fase (usando tomadas de proba).
3. ​Compartimento de conexión de cables:​​ Situado na parte frontal do RMU cunha altura de 1220mm, proporcionando amplo espazo para a terminación de cables.
• As conexións de cable cos embornais do RMU usan accesorios de cable de caucho de silicón libres de amianto (AFTS) ou con kit (AWK).
• As seccións transversais de cable de cobre ou aluminio van desde 25–240 mm² (para armarios de interruptores de tipo fusible) ou 35–400 mm² (para armarios de interruptores de tipo cable).
4. ​Compartimento de conexión de barras (unidades modulares):​​ Situado abaixo do depósito de gas. Tres embornais están dispostos nunha configuración escalonada "en ascenso", minimizando eficazmente os requisitos de espazo e facilitando as conexións de barras.
• Os embornais son de tipo condutor hueco, permitindo que as barras de tubo de cobre se atornillen directamente ás barras dentro do depósito de gas.
• Úsanse barras de tubo de cobre aisladas con caucho de silicón, aumentando eficazmente a capacidade de portadora de corrente e reducindo o espazo entre fases (só 110mm).
• As conexións entre as barras e os embornais usan conectores de caucho de silicón (conectores de terminal de tipo E e conectores de extensión de tipo T) e tapóns de tornillo para conexións eléctricas sin interrupción directamente nos embornais. Estas barras resisten condicións adversas como a condensación de humidade, polvo conductor e depósitos de sal sen fallar.
• Ademais, a parte frontal do compartimento de barras está protegida por unha placa de acero separada e aterrada, separándoa do compartimento de conexión de cables.

​2 Parámetros técnicos e aplicacións dos RMUs de SF₆​

​2.1 Parámetros técnicos​

​2.2 Aplicacións dos RMUs de SF₆​
Debido ao seu tamaño compacto, a súa natureza sen mantemento e a súa alta fiabilidade, os RMUs de SF₆ son especialmente adecuados para a distribución de enerxía en instalacións críticas, edificios de gran altura, complejos residenciais e redes urbanas. Reducen significativamente os custos operativos e a pegada de terra.

• ​Tipo de depósito común de 3 unidades:​​ Dimensións só 980mm × 635mm × 1050mm, facéndoo ideal para transformadores de quiosco e aplicacións exteriores.
• ​Tipo de cable modular:​​ Pode incorporar caixas de derivação de conmutación, admitindo configuracións de ata unha entrada e tres salidas (esto é, entrada a través do compartimento de barras, con tres salidas conectadas en paralelo a través do compartimento de conexión de cables).
• ​Tipo de fusible modular:​​ Adequado para locais lonxe das subestacións onde só se está operando un transformador. Para lograr o control local do transformador sen necesidade dunha unidade de entrada adicional, o cable de entrada pode conectarse directamente ao compartimento de barras dunha unidade de armario de interruptores de tipo TS, proporcionando a mesma funcionalidade.
• ​Armario de interruptores de tipo interruptor:​​ Equipado con protección contra sobrecorrente e desprazamento instantáneo. Pode servir como unidade de protección de transformador, unidade de entrada ou unidade de sección de barras. Para permitir o salto remoto ou o salto na operación do relé de protección de gas do transformador (para armarios de interruptores de tipo fusible), simplemente engádese unha bobina de salto electromagnético ao mecanismo de operación e fornece unha fonte de enerxía de 220V CA ou 24V CC ao circuito.
  ​Operación motorizada:​​
• Para a automatización da distribución, pódese engadir un motor eléctrico ao compartimento do mecanismo de operación, xunto cunha caixa de control de 350mm de altura montada na parte superior. A operación local mediante botón (abrir/cerrar) permanece posible.
• Engadir un dispositivo de conmutación automática (ATS) permite a conmutación automática entre dúas fontes de entrada, con ou sen unha configuración primaria/reserva definida.
• Os motores eléctricos están dispoñíbeis tipicamente en varios niveis de voltaxe (220V CA, 220V CC, 110V CC, 48V CC, 24V CC) para selección do usuario.
• Pódese instalar un indicador de fallo de cortocircuito na parte frontal do compartimento do mecanismo de operación, con sinais transmitidos a unha sala de control remota. Este indicador pode reiniciarse automaticamente, manualmente ou remotamente.
• Pódense engadir transformadores de corrente de núcleo de baixa tensión (CTs) no compartimento de conexión de cables para a medida de corrente.
• Tamén se poden instalar pararrayos dentro das unidades de armario de interruptores de tipo cable para a protección do RMU.
  As funcións de automatización de distribución centranse principalmente en cinco áreas: Adquisición de datos, Monitorización e Control, Aislamento de fallos e Restauración de servizo, Sistema de Información Xeográfica (GIS) e Estatísticas de datos e Informes.
• A implementación da automatización de distribución require que o equipo primario teña mecanismos de operación motorizados e unidades terminais de alimentación (FTUs) ou unidades terminais remotas (RTUs).
• O cable de fibra óptica é o medio de comunicación preferido. Os protocolos de comunicación deben ser estándares internacionalmente recoñecidos familiares para os usuarios, como IEC 870, DNP 3.0 ou TCP/IP.
• A plataforma de software SCADA da sala de control debe ser capaz de múltiples tarefas e múltiples usuarios, como UNIX.
• Recoméndase que a base de datos sexa estable con capacidade de procesamento suficiente, como Oracle.
  Esta solución é particularmente adecuada para RMUs situados ao aire libre ou lonxe de fontes de enerxía de baixa tensión, xa que garante a operación simultánea de dous motores de 150W máis de 50 veces.

​3 Ciclo de vida​
A vida útil dos RMUs de SF₆ é típicamente de 25 a 30 anos, e poden ser convenientemente reformados con equipo de automatización de distribución. Polo tanto, os RMUs de SF₆ deberían ser a opción preferida para proxectos de renovación de redes urbanas.