ZDM Oil-Free SF6 密度リレー: 永久的なオイル漏れ解決策

当社の工場にある110kV変電所は2005年2月に建設され、運用を開始しました。110kVシステムでは、北京開閉器工場製のZF4-126\1250-31.5型SF6 GIS（ガス絶縁スイッチギア）を使用しており、7つのベイと29のSF6ガスコンパートメントで構成されています。その中には5つの遮断器コンパートメントが含まれています。各遮断器コンパートメントにはSF6ガス密度リレーが装備されています。当社の工場では、上海新源計器工場製のMTK-1モデルオイル充填式密度リレーを使用しています。これらのリレーは、-0.1～0.5 MPaと-0.1～0.9 MPaの2つの圧力範囲があり、1組または2組の接点を持っています。バーデントゥーブと二重金属ストリップをセンシング要素として使用しています。ガス漏れが一定レベルに達すると、電気接点が警報またはロックアウト信号をトリガーし、異なる保護機能を可能にします。2015年10月17日、定期点検中に当直の電気技師が11、19、22番のコンパートメントの密度リレーで不同程度のガス漏れを発見しました。この出来事は、SF6密度リレーでのオイル漏れによる運転上のリスクを強調しました。

1. SF6密度リレーでのオイル漏れの危険性

密度リレーでのオイル漏れは、電力設備に重大な損傷を与えます：

1.1 密度リレー内の防震オイルが完全に失われると、ショック吸収能力が大幅に低下します。このような状態で遮断器が動作（開閉）すると、接触不良、標準値からの過大な偏差、針の詰まりなどの故障が発生する可能性があります（図1：オイル充填式密度リレーを参照）。

1.2 SF6密度リレーの接点は、接触力が低く、長時間の動作特性があるため、時間が経つにつれて接触部が酸化し、接触不良や接触中断が発生します。オイルが完全に失われたSF6密度リレーでは、磁気補助電気接点が空気にさらされ、酸化と埃の堆積が容易に起こり、接触部で接触不良を引き起こします。実際の運用では、SF6密度リレーの接点の3%が不十分な防震オイルにより効果的に導通しないことが観察されています。SF6密度リレーの針が詰まったり、接点が故障したり、適切に導通しなかった場合、電力網の安全性と信頼性が直接脅かされます。

2. SF6密度リレーでのオイル漏れの原因

SF6密度リレーでのオイル漏れの主な原因は、端子ベースと表面の接合部およびガラスとケースの間のシールの故障です。このシールの故障は主にシールリングの劣化によるものです。SF6密度リレーの防震オイルシールは通常、ニトリルゴム（NBR）で作られています。NBRは、ブタジエン、アクリロニトリル、エマルジョンからなる合成エラストマー共重合体であり、飽和炭素鎖を特徴とする分子構造を持っています。アクリロニトリル含有量はNBRの特性に直接影響します：高いアクリロニトリル含有量は、オイル、溶剤、化学薬品に対する耐性、強度、硬度、摩耗耐性、熱耐性を増加させますが、低温可撓性、弾性を減少させ、ガス透過性を増加させます。NBRシールの劣化に影響を与える要因は、内部要因と外部要因に分類できます。

2.1 内部要因

2.1.1 ニトリルゴムの分子構造
NBRは飽和炭化水素ゴムではなく、そのポリマー鎖には不飽和二重結合が含まれています。さまざまな外部影響下で、これらの二重結合で酸素が反応し、酸化物を形成します。これらの酸化物はさらに分解してゴム過酸化物となり、分子鎖の切断を引き起こします。同時に少量の活性基が生成され、ゴム分子の架橋を促進します。これにより架橋密度が大幅に増加し、ゴムが脆弱で硬くなります。二重結合の数は老化速度に直接影響します。

2.1.2 ゴム配合剤
ゴム製造時に使用される硫黄架橋剤の選択は重要です。硫黄架橋濃度が高くなると、ゴムの老化過程が加速します。

2.2 外部要因

2.2.1 酸素はゴムの老化の主な原因です。酸素分子は鎖の切断と再架橋を引き起こします。別の要因はオゾンで、これは非常に反応性が高いです。オゾンはゴム分子の二重結合を攻撃し、オゾン化物を形成し、それらが分解してポリマー鎖を切断します。防震オイルシールは空気と直接接触しているため、酸素やオゾンはオイルに溶解し、オイル内で老化反応に関与します。

2.2.2 熱エネルギーは酸化速度を加速します。通常、温度が10°C上昇すると酸化速度は2倍になります。また、熱はゴム鎖と配合剤との反応を加速し、ゴム中の揮発成分が蒸発することにより、ゴムの性能が大幅に低下し、寿命が短くなります。

2.2.3 機械的疲労。持続的なストレス下でゴムは歪み、機械的酸化効果が生じます。熱エネルギーと組み合わさると、酸化が加速されます。使用期間中にゴムは徐々に弾性を失い、機械的老化が進行します。老朽化したゴムシールは密封能力を失い、オイル漏れを引き起こします。

2.2.4 シールの初期圧縮不足。ゴムシールはインストール時の変形によってシールとシール面との間に密着し、漏れを防ぎます。初期圧縮が不足していると最も漏れやすいです。設計上の問題—例えば、断面積が小さいシールを選んだり、インストール溝が大きすぎたり、ケースカバーをインストール時に適切に締めたりしなかったり—これらすべてが初期圧縮不足を引き起こす可能性があります。実際には、リレーケースカバーの締め付けは感覚で行われることが多く、最適な位置を達成するのが難しく、圧縮不足が生じます。さらに、ゴムは金属よりも冷間収縮係数が10倍以上大きいです。低温ではゴムシールの断面積が収縮し、材質が硬化し、圧縮がさらに減少します。

2.2.5 圧縮率の過剰。ゴムOリングは適切な圧縮率を確保することで密封性能を保証しますが、これを盲目的に増やすことはできません。圧縮が過剰になると、インストール時に永久変形が生じ、シールに高い等価応力をもたらし、材料の破損を引き起こし、寿命が短くなり、最終的にオイル漏れを引き起こします。再度、リレーカバーの締め付けは感覚で行われることが多いため、正しい位置を達成するのが難しく、圧縮が過剰になることがあります。

3. ZDM型無油・防震密度リレー

3.1 ZDM型リレーの衝撃吸収と動作原理
ZDM型無油・防震密度リレー（図2を参照）は、コネクタとケースの間に衝撃吸収パッドを設けることで衝撃吸収を実現します。このパッドは、遮断器動作時に発生する振動を緩和します。スイッチ操作からの衝撃と振動はコネクタを通じて衝撃吸収パッドに伝わり、パッドがエネルギーを吸収してからリレーケースに伝えます。この緩衝効果により、リレーケースに到達する振動と衝撃エネルギーは大幅に減少し、優れた防震性能が得られます。

さらに、ZDM型リレーの動作原理は、バネ管を弾性要素として使用し、温度補正ストリップが圧力と温度の変動を補正してSF6ガス密度の変化を反映します。出力接点はマイクロスイッチ機構を使用しています。マイクロスイッチ信号の制御は、温度補正ストリップとバネ管、衝撃吸収パッドの緩衝効果を組み合わせて行います。この設計により、振動による誤信号を防止し、システムの信頼性と効果的な動作を確保します。これは指針式密度リレーの防震性能を大幅に向上させ、高性能なデバイスとなります。

3.2 ZDM型無油・防震密度リレーの特徴

• 3.2.1 全ステンレス鋼製の筐体で、優れた防水性と耐食性を持ち、外観も美しく;

• 3.2.2 精度：1.0級（20°C）、2.5級（-30°C〜60°C）;

• 3.2.3 動作環境温度：-30°C〜+60°C；動作環境湿度：≤95% RH;

• 3.2.4 防震性能：20 m/s²；耐衝撃性能：50g, 11ms；密封性能：≤10⁻⁸ mbar·L/s;

• 3.2.5 接点定格：AC/DC 250V, 1000VA/500W;

• 3.2.6 筐体保護等級：IP65;

• 3.2.7 無油設計、振動と衝撃に耐え、永久的に漏れません;

• 3.2.8 温度センシング要素の安定かつ一貫性の高い性能。

上記の特徴は、ZDM型無油・防震密度リレーがオイル漏れの問題を完全に解決していることを示しています。独自の構造設計と衝撃吸収パッドを使用することで、オイル漏れを根本的に防止します。

4. 結論

密度リレーでのオイル漏れの主な原因は、製造、運転、メンテナンスの問題に起因します。装置の密度が低下すると、絶縁強度だけでなく、遮断器の遮断能力も損なわれます。したがって、オイル漏れの密度リレーをタイムリーに交換することは重要です。安全で信頼性の高い運転を確保するために、今後のアプリケーションではZDM型無油・防震密度リレーまたは同様のデバイスを使用することをお勧めします。