Relai Kepadatan SF6 Bebas Minyak ZDM: Solusi Permanen untuk Kebocoran Minyak

Pembangunan dan operasional substasi 110kV di pabrik kami dilakukan pada bulan Februari 2005. Sistem 110kV menggunakan GIS (Gas-Insulated Switchgear) tipe ZF4-126\1250-31.5 dari Beijing Switchgear Factory, terdiri dari tujuh bay dan 29 kompartemen gas SF6, termasuk lima kompartemen pemutus sirkuit. Setiap kompartemen pemutus sirkuit dilengkapi dengan relai kepadatan gas SF6. Pabrik kami menggunakan model MTK-1 relai kepadatan berisi minyak yang diproduksi oleh Shanghai Xinyuan Instrument Factory. Relai ini tersedia dalam dua rentang tekanan: -0,1 hingga 0,5 MPa dan -0,1 hingga 0,9 MPa, dengan satu atau dua set kontak. Mereka menggunakan tabung Bourdon dan strip bimetal sebagai elemen sensor. Ketika kebocoran gas mencapai tingkat tertentu, kontak listrik memicu sinyal alarm atau penguncian, memungkinkan fungsi perlindungan yang berbeda. Pada tanggal 17 Oktober 2015, selama inspeksi rutin, petugas listrik menemukan kebocoran gas dengan derajat yang berbeda pada relai kepadatan untuk kompartemen 11, 19, dan 22. Insiden ini menyoroti risiko operasional yang ditimbulkan oleh kebocoran minyak pada relai kepadatan SF6.

1. Bahaya Kebocoran Minyak pada Relai Kepadatan SF6

Kebocoran minyak pada relai kepadatan menyebabkan kerusakan signifikan pada peralatan listrik:

1.1 Begitu minyak anti-gempa di dalam relai kepadatan hilang sepenuhnya, kemampuan penyerapan guncangan akan sangat berkurang. Jika pemutus sirkuit beroperasi (membuka atau menutup) dalam kondisi seperti itu, dapat menyebabkan kegagalan kontak, penyimpangan yang berlebihan dari nilai standar, macetnya penunjuk, dan masalah lainnya (lihat Gambar 1: Relai kepadatan berisi minyak).

1.2 Karena karakteristik spesifik kontak pada relai kepadatan SF6—tekanan kontak rendah dan durasi operasi yang lama—kontak dapat mengalami oksidasi seiring waktu, menyebabkan kontak buruk atau terputus. Pada relai kepadatan SF6 yang telah kehilangan minyaknya, kontak listrik yang dibantu magnetis terpapar udara, mempromosikan oksidasi dan akumulasi debu, yang mudah menyebabkan kontak buruk pada titik kontak. Selama operasi, telah diamati bahwa 3% kontak relai kepadatan SF6 gagal menghantarkan secara efektif, sebagian besar disebabkan oleh kurangnya minyak anti-gempa. Jika penunjuk relai kepadatan SF6 macet, atau jika kontak gagal atau tidak dapat menghantarkan dengan baik, keamanan dan keandalan jaringan listrik langsung terancam.

2. Penyebab Kebocoran Minyak pada Relai Kepadatan SF6

Penyebab utama kebocoran minyak pada relai kepadatan SF6 adalah kegagalan segel di dua lokasi: persimpangan antara dasar terminal dan permukaan, dan segel antara kaca dan casing. Kegagalan segel ini terutama disebabkan oleh penuaan cincin segel. Segel minyak anti-gempa pada relai kepadatan SF6 biasanya terbuat dari karet nitril (NBR). NBR adalah polimer elastomer sintetis yang terdiri dari butadiena, asetonitril, dan emulsi, dengan struktur molekul yang memiliki rantai karbon tidak jenuh. Kandungan asetonitril secara langsung mempengaruhi sifat NBR: kandungan asetonitril yang lebih tinggi meningkatkan ketahanan terhadap minyak, pelarut, dan bahan kimia, serta kekuatan, kekerasan, ketahanan aus, dan ketahanan panas, tetapi mengurangi fleksibilitas suhu rendah, elastisitas, dan meningkatkan ketidaklubangannya. Faktor-faktor yang mempengaruhi penuaan segel NBR dapat dikategorikan menjadi faktor internal dan eksternal.

2.1 Faktor Internal

2.1.1 Struktur Molekul Karet Nitril
NBR bukan karet hidrokarbon jenuh; rantai polimernya mengandung ikatan rangkap yang tidak jenuh. Di bawah berbagai pengaruh eksternal, oksigen bereaksi pada ikatan rangkap ini, membentuk oksida. Oksida-oksida ini kemudian terurai menjadi peroksida karet, menyebabkan pemotongan rantai molekul. Secara bersamaan, jumlah kecil kelompok aktif dihasilkan, mempromosikan pengikatan silang molekul karet. Ini secara signifikan meningkatkan kepadatan pengikatan silang, membuat karet menjadi rapuh dan keras. Jumlah ikatan rangkap secara langsung mempengaruhi laju penuaan.

2.1.2 Agen Pengolahan Karet
Pemilihan agen vulkanisasi selama pembuatan karet sangat penting. Peningkatan konsentrasi pengikatan silang belerang mempercepat proses penuaan karet.

2.2 Faktor Eksternal

2.2.1 Oksigen adalah penyebab utama penuaan karet. Molekul oksigen menyebabkan pemotongan rantai dan pengikatan silang ulang. Faktor lainnya adalah ozon, yang sangat reaktif. Ozon menyerang ikatan rangkap pada molekul karet, membentuk ozonida yang terurai dan memutus rantai polimer. Karena segel minyak anti-gempa berada dalam kontak langsung dengan udara, dan oksigen/ozon dapat larut dalam minyak, mereka terlibat dalam reaksi penuaan dalam minyak.

2.2.2 Energi Panas mempercepat laju oksidasi. Biasanya, kenaikan suhu 10°C menggandakan laju oksidasi. Selain itu, panas mempercepat reaksi antara rantai karet dan agen pengolahan, menyebabkan komponen volatil dalam karet menguap, secara signifikan merusak kinerja karet dan mempersingkat umur layanan.

2.2.3 Keklepanan Mekanis. Di bawah stres berkelanjutan, karet mengalami deformasi, menyebabkan efek mekanis-oksidasional. Dikombinasikan dengan energi panas, ini mempercepat oksidasi. Seiring masa layanan, karet secara bertahap kehilangan elastisitas, menyebabkan penuaan mekanis. Segel karet yang sudah tua kehilangan kemampuan penyegelan, menyebabkan kebocoran minyak.

2.2.4 Kompresi Awal yang Tidak Cukup pada Segel. Segel karet bergantung pada deformasi selama pemasangan untuk menciptakan pas yang ketat antara segel dan permukaan penyegelan, mencegah kebocoran. Kekurangan kompresi awal paling mungkin menyebabkan kebocoran. Masalah desain—seperti memilih segel dengan bagian lintang kecil, menggunakan alur pemasangan yang terlalu besar, atau tidak mengetatkan tutup casing dengan benar selama pemasangan—semua dapat menghasilkan kompresi awal yang tidak cukup. Dalam praktiknya, mengetatkan tutup casing relai sering dilakukan berdasarkan perasaan, sehingga sulit untuk mencapai posisi optimal, sehingga mengakibatkan kompresi yang tidak cukup. Selain itu, karet memiliki koefisien kontraksi dingin lebih dari sepuluh kali lipat dibandingkan logam. Pada suhu rendah, bagian lintang segel karet menyusut dan bahan menjadi keras, lebih lanjut mengurangi kompresi.

2.2.5 Tingkat Kompresi yang Berlebihan. Untuk memastikan kinerja penyegelan, O-ring karet membutuhkan tingkat kompresi tertentu. Namun, ini tidak bisa ditingkatkan tanpa batas. Kompresi yang berlebihan dapat menyebabkan deformasi permanen selama pemasangan, menghasilkan stres ekuivalen tinggi pada segel, menyebabkan kegagalan material, mempersingkat umur layanan, dan akhirnya menyebabkan kebocoran minyak. Lagi-lagi, praktek mengetatkan tutup relai berdasarkan perasaan sering menghasilkan kompresi berlebihan karena kesulitan dalam mencapai posisi yang tepat.

3. Relai Kepadatan Anti-Gempa Bebas Minyak Tipe ZDM

3.1 Penyerapan Guncangan dan Prinsip Kerja Relai Tipe ZDM
Relai kepadatan bebas minyak anti-gempa tipe ZDM (lihat Gambar 2) mencapai penyerapan guncangan dengan memasukkan bantalan penyerap guncangan antara konektor dan casing. Bantalan ini meredam getaran yang dihasilkan selama operasi pemutus sirkuit. Dampak dan getaran dari operasi saklar ditransmisikan melalui konektor ke bantalan penyerap guncangan, yang kemudian meredam energi sebelum menyalurkannya ke casing relai. Karena efek pengelembutan ini, energi getaran dan dampak yang mencapai casing relai sangat berkurang, menghasilkan kinerja anti-gempa yang luar biasa.

Selain itu, prinsip kerja relai tipe ZDM bergantung pada tabung pegas sebagai elemen elastis, dengan strip kompensasi suhu yang memperbaiki variasi tekanan dan suhu untuk mencerminkan perubahan kepadatan gas SF6. Kontak output menggunakan mekanisme mikro-switch. Kontrol sinyal mikro-switch dilakukan oleh strip kompensasi suhu dan tabung pegas, dikombinasikan dengan efek pengelembutan bantalan penyerap guncangan. Desain ini mencegah sinyal palsu akibat getaran, memastikan operasi sistem yang andal dan efektif. Ini secara signifikan meningkatkan kinerja anti-gempa relai kepadatan tipe penunjuk, menjadikannya perangkat kinerja tinggi.

3.2 Fitur Relai Kepadatan Anti-Gempa Bebas Minyak Tipe ZDM

• 3.2.1 Enklosur stainless steel penuh dengan sifat tahan air dan tahan korosi yang luar biasa, dan penampilan yang menarik;

• 3.2.2 Akurasi: kelas 1.0 (pada 20°C), kelas 2.5 (pada -30°C hingga 60°C);

• 3.2.3 Suhu lingkungan operasi: -30°C hingga +60°C; kelembaban lingkungan operasi: ≤95% RH;

• 3.2.4 Kinerja anti-gempa: 20 m/s²; kinerja anti-dampak: 50g, 11ms; kinerja penyegelan: ≤10⁻⁸ mbar·L/s;

• 3.2.5 Rating kontak: AC/DC 250V, 1000VA/500W;

• 3.2.6 Rating perlindungan enklosur: IP65;

• 3.2.7 Desain bebas minyak, tahan terhadap getaran dan dampak, dan kedap bocor secara permanen;

• 3.2.8 Kinerja elemen penginderaan suhu yang stabil dan sangat konsisten.

Fitur-fitur di atas menunjukkan bahwa relai kepadatan bebas minyak anti-gempa tipe ZDM sepenuhnya menghilangkan masalah kebocoran minyak. Dengan menggunakan desain struktural unik dan bantalan penyerap guncangan alih-alih minyak anti-gempa, ia secara fundamental mencegah kebocoran minyak selama operasi.

4. Kesimpulan

Penyebab utama kebocoran minyak pada relai kepadatan berasal dari masalah manufaktur, operasi, dan perawatan. Ketika kepadatan peralatan berkurang, tidak hanya kekuatan isolasi dielektrik yang berkurang, tetapi kapasitas pemutusan pemutus sirkuit juga terganggu. Oleh karena itu, penggantian relai kepadatan yang bocor minyak harus dilakukan secara tepat waktu. Untuk memastikan operasi yang aman dan andal, disarankan untuk menggunakan relai kepadatan bebas minyak anti-gempa tipe ZDM atau perangkat serupa dalam aplikasi masa depan.