ZDM Oil-Free SF6 Gustomjera gustoće: Trajno rješenje za curenje ulja

110kV podstacija u našoj tvornici izgrađena je i uvedena u operaciju u veljači 2005. godine. 110kV sustav koristi ZF4-126\1250-31.5 tip SF6 GIS (uređaj za prekid struje s plinskom izolacijom) proizveden u Beijing Switchgear Factory, sastoji se od sedam boksa i 29 SF6 plinskih odjeljenja, uključujući pet odjeljenja s prekidnicima. Svako odjeljenje s prekidnikom opremljeno je SF6 gaskom reléom gustoće. Naša tvornica koristi MTK-1 model napunjenih uljem reléa gustoće proizvedenih u Shanghai Xinyuan Instrument Factory. Ova reléa dostupna su u dvije različite raspona pritiska: -0,1 do 0,5 MPa i -0,1 do 0,9 MPa, s jednim ili dva seta kontakata. Koriste Burdon cev i bikovinu kao elemente osećaja. Kada curenje gasa doseže određenu razinu, električni kontakti aktiviraju alarma ili blokiraju signale, omogućujući različite funkcije zaštite. 17. listopada 2015. tijekom redovnog pregleda, službenici na dužnosti otkrili su različitu razinu curenja gasa u reléima gustoće za odjeljenja 11, 19 i 22. Taj incident istaknuo je operativne rizike koji nastaju od curenja ulja u SF6 reléima gustoće.

1. Opasnosti od curenja ulja u SF6 reléima gustoće

Curenje ulja u reléima gustoće značajno šteti električnom opremi:

1.1 Kada se anti-seizmičko ulje unutar reléa gustoće potpuno izgubi, njegova sposobnost prigušivanja otresa značajno se smanji. Ako prekidnik radi (otvara ili zatvara) pod takvim uvjetima, to može dovesti do neispravnosti kontakata, prevelikog odstupanja od standardnih vrijednosti, zaključavanja kazaljke i drugih problema (vidi Sliku 1: Relé gustoće napunjen uljem).

1.2 Zbog specifičnih karakteristika kontakata u SF6 reléima gustoće—niska sila kontakta i dug trajanje rada—kontakti se tijekom vremena mogu oksidirati, što dovodi do lošeg ili prekinutog kontakta. U SF6 reléima gustoće koji su potpuno izgubili svoje ulje, magnetno pomoćni električni kontakti su izloženi zraku, što promiče oksidaciju i nagomilavanje prašine, što lako dovodi do lošeg kontakta na tačkama kontakta. Tijekom rada utvrđeno je da 3% SF6 reléa gustoće nema efektivnu provodljivost, uglavnom zbog nedostatka anti-seizmičkog ulja. Ako kazaljka SF6 reléa gustoće završi u zaključanju, ili ako kontakti ne funkcioniraju ili ne mogu pravilno provoditi, direktno se prijeti sigurnosti i pouzdanosti mreže.

2. Razlozi curenja ulja u SF6 reléima gustoće

Glavni razlog curenja ulja u SF6 reléima gustoće je neuspjeh sigurnosnih zgloba na dvije lokacije: spajanje temeljnog baza i površine, te sigurnosni zglob između stakla i kućišta. Neuspjeh ovih sigurnosnih zgloba uglavnom je posljedica starjenja upravljačkih prstenova. Anti-seizmički uljni sigurnosni zglobi u SF6 reléima gustoće obično su izrađeni od nitroceloznog gume (NBR). NBR je sintetički elastomer kopolimer sastavljen od butadiena, akrilonitrila i emulzije, s molekulskom strukturom koja ima nenasycene ugljenovodne lance. Sadržaj akrilonitrila direktno utječe na osobine NBR: veći sadržaj akrilonitrila povećava otpornost na ulje, rastvoritelje i kemikalije, kao i čvrstoću, tvrdocu, otpornost na teranje i toplinu, ali smanjuje fleksibilnost na niskim temperaturama, elastičnost i povećava nepropusnost plinova. Faktori koji utječu na starjenje NBR sigurnosnih zgloba mogu se kategorizirati u interne i eksterne faktore.

2.1 Interni faktori

2.1.1 Molekularna struktura nitrocelozne gume
NBR nije nasycena ugljenovodna guma; njeni polimerni lanci sadrže nenasycene dvostruke veze. Pod različitim vanjskim utjecajima, kisik reagira na tim dvostrukim vezama, formirajući okside. Ti oksidi dalje dekomponiraju u peroxide gume, što dovodi do prekida molekulskih lanaca. U isto vrijeme, generiraju se male količine aktivnih grupa, što promiče prepletanje gumenih molekula. To značajno povećava gustinu prepletenja, čineći gumu krhotavom i tvrdom. Broj dvostrukih veza direktno utječe na brzinu starjenja.

2.1.2 Kompajler gume
Izbor vulkanizatora tijekom proizvodnje gume je ključan. Povećanje koncentracije sirove vulkanizacije ubrzava proces starjenja gume.

2.2 Eksterne faktori

2.2.1 Kisik je glavni uzrok starjenja gume. Molekule kisika uzrokuju prekid lanaca i ponovno prepletanje. Drugi faktor je ozon, koji je vrlo reaktivni. Ozon napada dvostruke veze u gumenim molekulama, formirajući ozonide koji se dekomponiraju i prekidaju polimerni lanac. Budući da je anti-seizmički uljni sigurnosni zglob izravno izložen zraku, a kisik/ozon se mogu disocijirati u ulje, oni sudjeluju u reakcijama starjenja unutar ulja.

2.2.2 Točna energija ubrzava stopu oksidacije. Obično, porast temperature za 10°C dvostruči stopu oksidacije. Također, topline ubrzavaju reakcije između gumenih lanaca i kompajlera, što dovodi do isparavanja ljetvora sastojaka u gumi, značajno degradirajući performanse gume i skraćujući njen životni vijek.

2.2.3 Mehanička umor. Pod stalnim opterećenjem, guma trpi deformaciju, što dovodi do mehaničko-oksidijskih učinaka. Kombinirano s toplinskom energijom, to ubrzava oksidaciju. Tijekom svog životnog vijeka, guma postepeno gubi elastičnost, što dovodi do mehaničkog starjenja. Staro gume sigurnosne zlobe izgube svoju sposobnost zatvaranja, što rezultira curenjem ulja.

2.2.4 Nedovoljna početna kompresija sigurnosne zlobe. Gumeni sigurnosni zglobi ovisi o deformaciji tijekom instalacije kako bi se stvorio tesni fit između zlobe i površine zatvaranja, sprečavajući curenje. Nedovoljna početna kompresija najvjerojatnije uzrokuje curenje. Dizajnerski problemi, poput odabira zlobe s malim presjekom, korištenja prevelikog instalacijskog rovca ili netočnog zatezanja poklopca kućišta tijekom instalacije, sve može rezultirati nedovoljnom početnom kompresijom. U praksi, zatezanje poklopca reléa često se obavlja na osjet, što čini teško dostići optimalnu poziciju, tako da se rezultira nedovoljnom kompresijom. Također, guma ima hladni koeficijent skraćivanja više od deset puta veći od metala. Na niskim temperaturama, presjek gumenog sigurnosnog zgloba se skuplja i materijal se začvršćuje, što dodatno smanjuje kompresiju.

2.2.5 Prevelika stopa kompresije. Da bi se osigurala sposobnost zatvaranja, gumeni O-ringovi zahtijevaju određenu stopu kompresije. Međutim, to se ne može povećavati bezrazmierno. Prevelika kompresija može dovesti do trajne deformacije tijekom instalacije, generiranju visokih ekvivalentnih stresa u zlobi, dovesti do propadanja materijala, skraćenju životnog vijeka i konačno do curenja ulja. Ponovno, praksa zatezanja poklopca reléa na osjet često rezultira prevelikom kompresijom zbog teškoće dostizanja točne pozicije.

3. ZDM-tip bezoilnog, anti-seizmičkog reléa gustoće

3.1 Prigušivanje otresa i princip rada ZDM-tipa reléa
ZDM-tip bezoilnog, anti-seizmičkog reléa gustoće (vidi Sliku 2) postiže prigušivanje otresa uključivanjem prigušivačke podloge između spojnog elementa i kućišta. Ova podloga buferira vibracije generirane tijekom rada prekidnika. Utjecaj i vibracija iz prekidnika prenose se putem spojnog elementa na prigušivačku podlogu, koja zatim smiruje energiju prije prenosa na kućište reléa. Zbog ovog buferiranog učinka, vibracijska i udarna energija koja stiže kućištu reléa značajno se smanjuje, što rezultira odličnim anti-seizmičkim performansama.

Također, princip rada ZDM-tipa reléa ovisi o prugasti cevi kao elasticnom elementu, s trakom za korekciju temperature koja korigira varijacije pritiska i temperature kako bi odražila promjene gustoće SF6 plina. Izlazni kontakti koriste mehanizam mikro prekidača. Kontrola signala mikro prekidača obavljena je kombinacijom trake za korekciju temperature i prugaste cevi, zajedno s buferiranjem prigušivačke podloge. Ovaj dizajn sprečava lažne signale zbog vibracija, osiguravajući pouzdan i učinkovit rad sustava. Značajno poboljšava anti-seizmičke performanse kazaljkastog reléa gustoće, čineći ga visokoperformantnim uređajem.

3.2 Osobine ZDM-tipa bezoilnog, anti-seizmičkog reléa gustoće

• 3.2.1 Potpuno nerđajuće čelikovo kućište s odličnim vodootpornim i koroziono otpornim svojstvima, te privlačnim izgledom;

• 3.2.2 Preciznost: 1.0 klasa (na 20°C), 2.5 klasa (na -30°C do 60°C);

• 3.2.3 Radna okružna temperatura: -30°C do +60°C; radna vlaga okruženja: ≤95% RH;

• 3.2.4 Anti-seizmičke performanse: 20 m/s²; anti-udarne performanse: 50g, 11ms; performanse zatvaranja: ≤10⁻⁸ mbar·L/s;

• 3.2.5 Ocjenjivanje kontakata: AC/DC 250V, 1000VA/500W;

• 3.2.6 Stopa zaštite kućišta: IP65;

• 3.2.7 Bezoilni dizajn, otporan na vibracije i udare, i trajno zatvoren;

• 3.2.8 Stabilna i visoko konzistentna performansa elementa za mjerenje temperature.

Navedene osobine pokazuju da ZDM-tip bezoilnog, anti-seizmičkog reléa gustoće potpuno eliminira problem curenja ulja. Korištenjem jedinstvenog strukturnog dizajna i prigušivačkih podloga umjesto anti-seizmičkog ulja, temeljito sprečava curenje ulja tijekom rada.

4. Zaključak

Glavni razlozi curenja ulja u reléima gustoće potječu od problema u proizvodnji, operaciji i održavanju. Kada se gustoća opreme smanji, ne samo se smanjuje dielektrična izolacijska čvrstoća, nego se smanjuje i prekidna sposobnost prekidnika. Stoga je važno na vrijeme zamijeniti reléa gustoće koji cede ulje. Da bi se osigurala sigurna i pouzdana operacija, preporučuje se u budućim primjenama koristiti ZDM-tip bezoilnog, anti-seizmičkog reléa gustoće ili slične uređaje.