ZDM Oil-Free SF6 hustotní čidlo: Trvalé řešení pro únik oleje

110kV podstanice v naší továrně byla postavena a uvedena do provozu v únoru 2005. Systém 110kV používá ZF4-126\1250-31.5 typ SF6 GIS (plynově izolované přepínače) od Pekingské továrny na přepínače, který se skládá ze sedmi sekci a 29 kompartmentů s plynem SF6, včetně pěti kompartmentů s vypínači. Každý kompartment s vypínačem je vybaven čidlo hustoty plynu SF6. Naše továrna používá model MTK-1 olejových čidel hustoty vyrobených v továrně Shanghai Xinyuan Instrument. Tato čidlo jsou k dispozici ve dvou rozmezích tlaku: -0,1 až 0,5 MPa a -0,1 až 0,9 MPa, s jedním nebo dvěma sadami kontaktů. Používají jako senzory trubku Bourdon a dvojmetall. Když uniknutí plynu dosáhne určité hranice, elektrické kontakty aktivují signál poplachu nebo zámku, umožňující různé ochranné funkce. 17. října 2015 během pravidelné inspekce objevili odběroví elektrikáři různé stupně uniku plynu v čidlech hustoty pro kompartmenty 11, 19 a 22. Tento incident zdůraznil operační rizika spojená s unikem oleje v čidlech hustoty SF6.

1. Rizika spojená s unikem oleje v čidlech hustoty SF6

Unik oleje z čidel hustoty způsobuje významné škody na elektrickém zařízení:

1.1 Jakmile je protiseismický olej v čidle hustoty kompletně ztracen, jeho schopnost tlumení otřesů je výrazně snížena. Pokud vypínač funguje (otevírá nebo zavírá) za takovýchto podmínek, může dojít k selhání kontaktů, přílišnému odchylce od standardních hodnot, zaseknutí ukazatele a dalším poruchám (viz obrázek 1: Olejové čidlo hustoty).

1.2 Vzhledem k specifickým charakteristikám kontaktů v čidlech hustoty SF6 – nízké síle kontaktu a dlouhé době provozu – mohou kontakty během času oxidovat, což vede ke špatnému nebo přerušenému kontaktu. V čidlech hustoty SF6, které kompletně ztratily olej, jsou magneticky asistované elektrické kontakty expozovány vzduchu, což podporuje oxidaci a akumulaci prachu, což snadno vede ke špatnému kontaktu v místech kontaktů. Během provozu bylo pozorováno, že 3% kontaktů v čidlech hustoty SF6 nefunguje efektivně, především kvůli nedostatku protiseismického oleje. Pokud se ukazatel čidlo hustoty SF6 zasekne, nebo pokud kontakty selžou nebo nemohou efektivně vedení, je bezprostředně ohrožena bezpečnost a spolehlivost elektrické sítě.

2. Příčiny uniku oleje v čidlech hustoty SF6

Hlavní příčinou uniku oleje v čidlech hustoty SF6 je selhání těsnění na dvou místech: spoji mezi základnou terminálu a povrchem a těsněním mezi sklem a obalem. Tohle selhání těsnění je hlavně způsobeno stárnutím těsnicích kroužků. Protiseismická olejová těsnění v čidlech hustoty SF6 jsou obvykle vyrobeny z butadien-acrylonitrilového kaucuku (NBR). NBR je syntetický elastomerový kopolymér složený z butadienu, acrylonitrilu a emulze, s molekulární strukturou obsahující nenasycené uhlíkové řetězce. Obsah acrylonitrilu přímo ovlivňuje vlastnosti NBR: vyšší obsah acrylonitrilu zvyšuje odolnost vůči oleji, rozpouštědlovi a chemikáliím, stejně jako pevnost, tvrdost, odolnost proti opotřebení a tepelnou odolnost, ale snižuje pružnost při nízkých teplotách, elasticitu a zvyšuje nepropustnost plynu. Faktory ovlivňující stárnutí těsnicích kroužků NBR lze rozdělit na interní a externí faktory.

2.1 Interní faktory

2.1.1 Molekulární struktura butadien-acrylonitrilového kaucuku
NBR není nasycený uhlovodíkový kaucuk; jeho polymerové řetězce obsahují nenasycené dvojné vazby. Pod vlivem různých vnějších faktorů se kyslík reaguje s těmito dvojnými vazbami, vytvářející oxidy. Tyto oxidy dále dekomponují do peroxidů kaucuku, což vede k rozpadu molekulárních řetězců. Současně se generují malé množství aktivních skupin, které podporují křížové spojení molekul kaucuku. To značně zvyšuje hustotu křížových spojení, což činí kaucuk chraplavý a tvrdý. Počet dvojných vazeb přímo ovlivňuje rychlost stárnutí.

2.1.2 Kompoundingové přísady kaucuku
Vybrání vulkanizačních přísad během výroby kaucuku je klíčové. Zvýšení koncentrace sírových křížových spojení urychluje proces stárnutí kaucuku.

2.2 Externí faktory

2.2.1 Kyslík je hlavní příčinou stárnutí kaucuku. Molekuly kyslíku způsobují rozpad a rekombinaci řetězců. Dalším faktorem je ozon, který je velmi reaktivní. Ozon napadá dvojné vazby v molekulách kaucuku, vytvářející ozonidy, které se dekomponují a rozpadají polymerové řetězce. Protože protiseismické olejové těsnění je v přímém kontaktu s vzduchem a kyslík/ozon se mohou rozpustit v oleji, účastní se stárnutí v oleji.

2.2.2 Tepelná energie urychluje rychlost oxidace. Obvykle 10°C nárůst teploty zdvojnásobí rychlost oxidace. Kromě toho teplo urychluje reakce mezi polymerovými řetězci a komponenty, což způsobuje, že volatilní komponenty v kaucuku odpařují, což značně degraduje výkon kaucuku a zkracuje jeho životnost.

2.2.3 Mechanické unavení. Za trvalého namáhání kaucuk projde deformací, což vede k mechanicko-oxidativním účinkům. Spolu s tepelnou energií to urychluje oxidaci. Během své životnosti kaucuk postupně ztrácí pružnost, což vede k mechanickému stárnutí. Stáří kaucukového těsnění ztrácí svou těsnicí schopnost, což vede k uniku oleje.

2.2.4 Nedostatečné počáteční stlačení těsnění. Kaucukové těsnění spoléhá na deformaci během instalace, aby vytvořilo těsnou shodu mezi těsněním a těsnicí plochou, zabránějící uniku. Nedostatečné počáteční stlačení je nejpravděpodobnější příčinou uniku. Designové problémy, jako je výběr těsnění s malým průřezem, použití příliš velkého montážního rožku nebo nesprávné utěsnění víka během instalace, mohou vést k nedostatečnému počátečnímu stlačení. Ve praxi se utěsnění víka relé často provádí na dotyk, což ztěžuje dosažení optimální polohy, což vede k nedostatečnému stlačení. Navíc má kaucuk koeficient studeného sbalení více než desetkrát větší než kov. Při nízkých teplotách se průřez kaucukového těsnění sbalí a materiál ztvrdne, což dále snižuje stlačení.

2.2.5 Příliš vysoké stlačení. Aby bylo zajistěno těsnicí výkon, kaucukové O-kroužky vyžadují určité stlačení. Nicméně, toto nelze blinda zvyšovat. Příliš vysoké stlačení může způsobit trvalou deformaci během instalace, vygenerovat vysokou ekvivalentní napětí v těsnění, způsobit selhání materiálu, zkrátit životnost a nakonec způsobit unik oleje. Opět, praxe utěsnění víka relé na dotyk často vede k příliš vysokému stlačení kvůli obtíži dosažení správné polohy.

3. ZDM-typ bezolejové, protiseismické čidlo hustoty

3.1 Odraz absorpce a princip fungování ZDM-typu relé
ZDM-typ bezolejové, protoseismické čidlo hustoty (viz obrázek 2) dosahuje odrazu absorpce tím, že mezi konektorem a obalem je začleněn amortizační pad. Tento pad tlumí vibrace generované během operace vypínače. Dosažení a vibrace z operace vypínače jsou přeneseny přes konektor na amortizační pad, který pak tlumí energii před jejím předáním na obal relé. Díky tomuto tlumení je energetický dopad a vibrace, které dosáhnou obalu relé, výrazně sníženy, což vede k vynikajícímu protiseismickému výkonu.

Kromě toho princip fungování ZDM-typu relé závisí na pružné trubce jako elastickém prvku, s pruhem pro kompenzaci teploty, který koriguje změny tlaku a teploty, aby odrážely změny hustoty plynu SF6. Výstupní kontakty používají mikrospínačový mechanismus. Kontrola signálu mikrospínacího mechanismu je provedena pomocí pruhu pro kompenzaci teploty a pružné trubky, kombinované s tlumičem amortizačního padu. Tento design brání falešným signálům způsobeným vibracemi, zajišťuje spolehlivé a efektivní fungování systému. To značně zlepšuje protiseismický výkon ukazatelového čidlo hustoty, což z něj činí výkonný přístroj.

3.2 Vlastnosti ZDM-typu bezolejové, protiseismické čidlo hustoty

• 3.2.1 Plně nerezový obal s vynikajícími voděodolnými a protikorozními vlastnostmi a atraktivním vzhledem;

• 3.2.2 Přesnost: 1.0 třída (při 20°C), 2.5 třída (při -30°C až 60°C);

• 3.2.3 Provozní okolní teplota: -30°C až +60°C; provozní okolní vlhkost: ≤95% RH;

• 3.2.4 Protiseismický výkon: 20 m/s²; protiúderový výkon: 50g, 11ms; těsnicí výkon: ≤10⁻⁸ mbar·L/s;

• 3.2.5 Kontaktní hodnocení: AC/DC 250V, 1000VA/500W;

• 3.2.6 Hodnocení ochrany obalu: IP65;

• 3.2.7 Bezolejový design, odolný proti vibracím a úderům a permanentně těsný;

• 3.2.8 Stabilní a vysoká konzistence výkonu teplotního čidlo.

Tyto vlastnosti ukazují, že ZDM-typ bezolejové, protiseismické čidlo hustoty úplně eliminuje problém uniku oleje. Použitím unikátního konstrukčního návrhu a amortizačních padů místo protiseismického oleje zásadně prevence uniku oleje během provozu.

4. Závěr

Hlavní příčiny uniku oleje v čidlech hustoty pocházejí z problémů výroby, provozu a údržby. Když hustota zařízení klesne, nejen se snižuje dielektrická izolační síla, ale i vypínačova přerušovací kapacita. Proto je nezbytné včas nahradit čidlo hustoty s unikem oleje. Aby bylo zajištěno bezpečné a spolehlivé fungování, doporučuje se v budoucích aplikacích používat ZDM-typ bezolejové, protiseismické čidlo hustoty nebo podobné zařízení.