Análise de Problemas Comuns em Unidades de Distribuição Principal com Isolamento a Gás de 10kV (RMUs)
Introdução:
As RMUs com isolamento a gás de 10kV são amplamente utilizadas devido às suas numerosas vantagens, como serem totalmente fechadas, possuírem alto desempenho de isolamento, não requererem manutenção, terem tamanho compacto e oferecerem instalação flexível e conveniente. Nesta fase, elas se tornaram gradualmente um nó crítico na alimentação em anel da rede de distribuição urbana e desempenham um papel significativo no sistema de distribuição de energia. Problemas nas RMUs com isolamento a gás podem afetar severamente toda a rede de distribuição. Para garantir a confiabilidade do fornecimento de energia, é essencial abordar seriamente as questões presentes nas RMUs com isolamento a gás de 10kV e implementar medidas apropriadas para resolvê-las, assim aumentando a confiabilidade do fornecimento de energia.
I. Introdução às RMUs Compartimentadas de 10kV com Isolamento a Gás
A série de RMUs com isolamento a gás de 10kV (frequentemente chamada: RMU compartimentada, gaveta totalmente isolada) apresenta estrutura mecânica compacta, volume pequeno, peso leve, capacidade de operação em todas as condições climáticas, excelente expansibilidade, instalação modular leve e flexível, manutenção fácil sem desmontagem e manutenção simples. Seus parâmetros técnicos são divididos de forma razoável com base em características de design e funcionais, e podem ser categorizadas por tamanho em tipos de gabinetes elétricos, como Unidades de Alta Tensão Sem Interrupção de Carga, Unidades de Disjuntores, Unidades de Combinação de Interruptor de Carga-Fusível, Unidades de Conexão de Cabos e Gabinetes de Medição de Alta Tensão.
O termo "RMU compartimentada" refere-se principalmente ao uso direto de meios gasosos prejudiciais, como o SF₆, como principal meio de isolamento e contato elétrico. Isso lhes confere desempenho de isolamento e proteção significativamente superior em comparação com os gabinetes de cabos isolados a ar comuns. A distância elétrica nos gabinetes totalmente isolados também é geralmente mais estreita, muitas vezes muito mais estreita, do que nos gabinetes semi-isolados equivalentes na mesma tensão. Portanto, ocupam menos espaço. O invólucro do interruptor e todos os componentes de conexão de cobre vivos são permanentemente selados dentro de uma carcaça de aço inoxidável preenchida com gás SF₆, mantendo pressão constante não afetada pela altitude. Eles também são adequados para porões e outros ambientes relativamente úmidos e frios. Justamente por causa dessas características, as RMUs com isolamento a gás são extensivamente utilizadas em caixas de ramificação de cabos externos e subestações pré-fabricadas.
II. Problemas Comuns nas RMUs Compartimentadas de 10kV com Isolamento a Gás
Atualmente, as RMUs com isolamento a gás de 10kV constituem uma proporção maior nas redes de distribuição urbanas do que outros tipos de RMUs. Regionalmente, com exceção de alguns gabinetes semi-isolados instalados precocemente, todas as estações de comutação externas comissionadas após 2007 são RMUs com isolamento a gás. Seu papel vital é evidente, pois sua operação segura e confiável afeta diretamente a confiabilidade do fornecimento de energia aos usuários. Problemas operacionais e de manutenção comuns encontrados nas RMUs com isolamento a gás de 10kV incluem problemas com terminais de RMU e conexões de cabos, impactos de ambientes operacionais úmidos na RMU e falhas no tanque de ar SF₆.
2.1 Problemas com Terminais e Conexões de Cabos
O design das RMUs compartimentadas de 10kV originou-se nos EUA e Europa, onde cabos de núcleo único são predominantemente usados. Consequentemente, os compartimentos de cabos das RMUs com isolamento a gás são relativamente baixos. Os cabos de núcleo único facilitam a fixação e instalação, e seus terminais se alinham bem com os terminais dos terminais de RMU, garantindo que não ocorram falhas de sobrecarga térmica e fornecendo resistência ao estresse torsional nos terminais.
Na China, cabos de três núcleos são amplamente utilizados. Comparado aos cabos de núcleo único, a instalação de cabos de três núcleos é significativamente mais complexa. Geralmente, são usados grampos ou parafusos para fixar a cobertura externa do cabo, tornando difícil garantir a fixação absoluta de todos os três núcleos simultaneamente. Devido ao seu diâmetro geralmente mais curto e mais grosso, mesmo quando o cabo de três núcleos está conectado e fixado de forma segura, os momentos torsionais gerados pelo próprio peso do cabo ou qualquer força mecânica aplicada são transmitidos diretamente aos terminais do cabo. Análises de falhas recentes em algumas regiões indicam que falhas causadas por conexões inadequadas entre terminais de RMU e cabos não são incomuns.
2.2 Problemas em Ambientes Úmidos
Embora as RMUs com isolamento a gás de 10kV sejam projetadas para operação em todas as condições climáticas, a exposição prolongada a ambientes úmidos, especialmente em áreas costeiras, ainda pode levar à corrosão do corpo do gabinete e de outros componentes metálicos. Se as placas de vedação no painel de tampa da RMU ou no ponto de entrada do canal de cabos não estiverem firmemente fixadas, a umidade do canal de cabos pode facilmente infiltrar-se no painel de tampa e interior da RMU. Isso pode levar a uma evaporação significativa de água formando condensação. Essa condensação é altamente propensa a causar falhas em indicadores, indicadores de tensão e mecanismos internos de operação e controle. Esses componentes e o painel em si podem facilmente ficar úmidos, enferrujados, bloqueados ou corroídos. O ar úmido pode entrar diretamente no interior da RMU, causando corrosão química e ferrugem do corpo do gabinete e da placa de base, drasticamente encurtando a vida útil da RMU [1].
2.3 Falhas no Tanque de Ar
A principal causa de falhas de curto-circuito no tanque de ar do interruptor SF₆ é a fuga súbita de gás dentro da cavidade selada do tanque de SF₆ devido a várias razões físicas. Isso compromete a integridade e a densidade do selo de gás SF₆, resultando em uma falha de curto-circuito entre os contatos móveis e fixos em condições normais de operação, levando a um acidente.
Os pontos de fuga são encontrados principalmente nos terminais de cabo (extremidades de cabo dentro do tanque). Isso é principalmente devido à instalação não padronizada de cabos, causando estresse excessivo nos terminais e levando a rachaduras na junção entre o tanque de ar e o terminal de cabo, resultando em fuga de gás SF₆. Assim, as falhas no tanque de ar também refletem práticas de construção inadequadas. Em segundo lugar, problemas inerentes ao processo de fabricação em algumas RMUs podem causar vedação insuficiente em certas áreas, levando a vazamentos.
2.4 Falhas de Terminais de Cabo
Atualmente, uma das causas mais comuns de falha nas RMUs com isolamento a gás de 10kV é a descarga externa de terminais de cabo, causada por trabalho defeituoso ou materiais de qualidade inferior durante sua fabricação. Isso leva à falha da RMU.
III. Medidas Corretivas e Preventivas
Os problemas mencionados acima podem ser abordados e prevenidos através das seguintes abordagens:
3.1 Aumentar a Altura do Compartimento de Cabo da RMU de 10kV
Para resolver o problema de compartimentos de cabo estreitos e de baixa altura nas RMUs compartimentadas, a maioria dos fabricantes opta por aumentar a altura do compartimento. Quando uma marca europeia entrou no mercado chinês, adaptou-se alterando a disposição do bloco de terminais de escalonada para horizontal, seguindo as preferências chinesas, melhorando assim a utilização do espaço do compartimento de cabo. Durante a instalação, a RMU interna pode ser elevada usando uma base de caixa de tamanho apropriado. Para caixas de ramificação de cabos externas, a altura da fundação pode ser elevada.
3.2 Utilizar Ventilação Natural ou Instalar Dispositivos Desumidificadores
Atualmente, um método direto, eficaz e confiável para prevenir a entrada de umidade nociva é selar completamente o piso do compartimento de cabo da RMU usando materiais estruturais à prova de fogo selados. Isso bloqueia efetivamente o ar úmido externo, previne a intrusão de pequenos animais e ajuda a prevenir o crescimento de vegetação – alcançando múltiplos benefícios. As RMUs internas devem utilizar equipamentos desumidificadores dedicados ou sistemas de controle de umidade automático. As caixas de ramificação de cabos externas podem ter suas fundações elevadas e um número apropriado de aberturas de ventilação/dissipação de calor dispostas ao redor da parte inferior para facilitar a dispersão de umidade dos canais/poços de cabos. No entanto, as aberturas não devem ser excessivas, e medidas para prevenir perigos de pequenos animais devem ser consideradas. Além disso, se uma caixa de ramificação de cabos contém um Transformador de Potencial (PT) e a ventilação permitir, um pequeno desumidificador de ar condicionado pode ser instalado.
3.3 Reforçar a Gestão de Operação e Manutenção
As falhas no tanque de SF₆ podem causar acidentes graves. Portanto, selecionar dispositivos com qualidade estável é crucial, e a gestão durante a construção deve ser reforçada. As especificações técnicas relevantes da China Southern Power Grid exigem explicitamente que os tanques de ar sejam feitos de aço inoxidável >2mm de espessura, capazes de suportar as pressões normais e transitórias encontradas durante o uso, e equipados com manômetros de pressão SF₆ e portas de enchimento. Os operadores devem monitorar regularmente a pressão do tanque durante a manutenção rotineira. Especialmente antes das operações de comutação, confirmar a pressão interna normal é vital para evitar acidentes devido a vazamentos. Quaisquer vazamentos detectados devem ser tratados prontamente.
3.4 Garantir Controle Estrito da Fabricação e Gestão Diária de Terminais de Cabo
Para prevenir falhas de RMU causadas por terminais de cabo defeituosos, é essencial selecionar cuidadosamente terminais de cabo qualificados que atendam aos requisitos de qualidade. Os pessoal de instalação deve rigorosamente seguir os padrões nacionais durante a fabricação de terminais. Os inspetores devem impor rigorosamente as verificações de aceitação de qualidade para evitar que terminais subpadrão sejam colocados em serviço. Além disso, as unidades de operação e manutenção devem manter diligentemente registros de terminais de cabo e categorizar/analisar terminais que apresentem potenciais problemas encontrados durante a operação rotineira. Isso garante a identificação oportuna de defeitos familiares e ajuda a evitar a recorrência de problemas de qualidade semelhantes e acidentes [2].
IV. Conclusão
Devido às suas numerosas vantagens, as RMUs com isolamento a gás de 10kV se tornaram progressivamente um nó crítico na alimentação em anel das redes de distribuição urbanas, desempenhando um papel vital no sistema de distribuição de energia. Este artigo ilustra vários problemas prevalentes nas RMUs compartimentadas de 10kV com isolamento a gás e propõe soluções e medidas preventivas correspondentes. O objetivo é reduzir a taxa de falha das RMUs com isolamento a gás de 10kV e aumentar a confiabilidade do fornecimento de energia. Após evoluírem por muitos anos, as RMUs com isolamento a gás de 10kV são agora os principais nós nas redes de distribuição em anel urbanas. Sua operação segura e confiável afeta diretamente a confiabilidade do fornecimento de energia fornecida pelas empresas de eletricidade. Na operação real, diversos tipos de falhas podem ocorrer nas RMUs com isolamento a gás de 10kV devido a fatores ambientais ou de qualidade, levando a uma diminuição na confiabilidade do fornecimento de energia.
