ZDM Oil-Free SF6 밀도계: 오일 누출의 영구적 해결책

우리 공장의 110kV 변전소는 2005년 2월에 건설되어 운영을 시작했습니다. 110kV 시스템은 베이징 스위치기 공장에서 제조된 ZF4-126\1250-31.5형 SF6 GIS(가스 절연 스위치 기어)를 사용하며, 이는 7개의 베이와 29개의 SF6 가스 챔버로 구성되며, 그 중 5개는 회로 차단기 챔버입니다. 각 회로 차단기 챔버에는 SF6 가스 밀도 계열기가 장착되어 있습니다. 우리 공장에서는 상하이 신원 기계 공장에서 제조한 MTK-1 모델 오일 충전식 밀도 계열기를 사용하고 있습니다. 이러한 계열기는 -0.1 ~ 0.5 MPa 및 -0.1 ~ 0.9 MPa 두 가지 압력 범위와 1개 또는 2개의 접점으로 제공됩니다. 이들은 부르동 튜브와 이중 금속 판을 감지 요소로 사용합니다. 가스 누출이 일정 수준에 도달하면 전기 접점이 경보 또는 잠금 신호를 발생시켜 다양한 보호 기능을 가능하게 합니다. 2015년 10월 17일, 정기 점검 중 당직 전기 기사들이 11, 19, 22번 챔버의 밀도 계열기에서 다양한 정도의 가스 누출을 발견하였습니다. 이 사건은 SF6 밀도 계열기의 오일 누출로 인한 운전 위험을 강조하였습니다.

1. SF6 밀도 계열기의 오일 누출 위험

밀도 계열기의 오일 누출은 전력 장비에 심각한 손상을 초래합니다:

1.1 밀도 계열기 내의 진동 방지 오일이 완전히 유실되면 충격 흡수 능력이 크게 감소합니다. 이러한 조건 하에서 회로 차단기가 작동(오프 또는 온)하면 접점 고장, 표준 값과의 과도한 편차, 포인터 막힘 등의 고장이 발생할 수 있습니다 (그림 1 참조: 오일 충전식 밀도 계열기).

1.2 SF6 밀도 계열기의 접점은 저 접촉력과 긴 작동 시간이라는 특성을 가지고 있어 시간이 지남에 따라 접점 산화가 발생하여 접촉 불량이나 중단이 생길 수 있습니다. 오일이 완전히 유실된 SF6 밀도 계열기의 경우 자기 보조 전기 접점이 공기와 접촉하여 산화와 먼지 축적이 쉽게 발생하여 접점에서 접촉 불량이 발생할 수 있습니다. 실제 운영 중 3%의 SF6 밀도 계열기 접점이 효과적으로 전도되지 않는 것으로 관찰되었으며, 주로 진동 방지 오일 부족 때문입니다. 만약 SF6 밀도 계열기의 포인터가 막히거나 접점이 고장 나거나 제대로 전도되지 않으면 전력망의 안전성과 신뢰성이 직접적으로 위협받습니다.

2. SF6 밀도 계열기의 오일 누출 원인

SF6 밀도 계열기의 오일 누출의 주요 원인은 단자 기반과 표면 간 연결부와 유리와 케이스 사이의 밀봉 부위에서의 밀봉 실패입니다. 이러한 밀봉 실패는 주로 밀봉 링의 노화 때문입니다. SF6 밀도 계열기의 진동 방지 오일 밀봉은 일반적으로 나이트릴 고무(NBR)로 만들어집니다. NBR은 부타디엔, 아크릴니트릴, 에멀젼으로 구성된 합성 엘라스토머 공중합체로, 불포화 탄소 사슬 구조를 가지고 있습니다. 아크릴니트릴 함량은 NBR의 성질에 직접적인 영향을 미칩니다: 아크릴니트릴 함량이 높을수록 오일, 용매, 화학 물질 저항성, 강도, 경도, 마모 저항성, 열 저항성이 증가하지만 저온 유연성, 탄성, 가스 통과성이 감소합니다. NBR 밀봉의 노화에 영향을 미치는 요인은 내부적 요인과 외부적 요인으로 나눌 수 있습니다.

2.1 내부적 요인

2.1.1 나이트릴 고무의 분자 구조
NBR은 포화 탄화수소 고무가 아니며, 그 폴리머 체인은 불포화 이중 결합을 포함하고 있습니다. 다양한 외부 영향 하에서 이들 이중 결합에서 산화가 발생하여 산화물이 형성됩니다. 이러한 산화물은 고무 과산화물로 분해되어 분자 사슬 단절을 초래합니다. 동시에 소량의 활성 그룹이 생성되어 고무 분자의 교차결합을 촉진합니다. 이는 교차결합 밀도를 크게 증가시키고 고무를 딱딱하고 단단하게 만듭니다. 이중 결합의 수는 노화 속도에 직접적인 영향을 미칩니다.

2.1.2 고무 혼합제
고무 제조 과정에서 황화제의 선택이 중요합니다. 황 교차결합 농도가 증가하면 고무의 노화 과정이 가속화됩니다.

2.2 외부적 요인

2.2.1 산소는 고무의 노화의 주요 원인입니다. 산소 분자는 고무 분자 사슬의 단절과 재교차결합을 유발합니다. 또 다른 요인은 오존으로, 매우 반응성이 강합니다. 오존은 고무 분자 내의 이중 결합을 공격하여 오존화물을 형성하며, 이는 분해되어 고분자 사슬을 단절시킵니다. 진동 방지 오일 밀봉은 공기와 직접 접촉하며, 산소/오존은 오일에 용해되어 오일 내에서 노화 반응에 참여합니다.

2.2.2 열 에너지는 산화 속도를 가속화합니다. 일반적으로 온도가 10°C 상승하면 산화 속도가 두 배로 증가합니다. 또한, 열은 고무 체인과 혼합제 사이의 반응을 가속화하여 고무 내의 휘발성 성분이 증발하여 고무의 성능을 크게 저하시키고 수명을 단축시킵니다.

2.2.3 기계적 피로. 지속적인 응력 하에서 고무는 변형을 겪으며, 기계적 산화 효과가 발생합니다. 열 에너지와 함께 이는 산화를 가속화합니다. 수명 동안 고무는 점차 탄성을 잃어 기계적 노화가 발생합니다. 노화된 고무 밀봉은 밀봉 능력을 잃어 오일 누출을 초래합니다.

2.2.4 밀봉 초기 압축 부족. 고무 밀봉은 설치 시 변형을 통해 밀봉과 밀봉 표면 사이에 밀착을 생성하여 누출을 방지합니다. 초기 압축이 부족하면 누출이 가장 가능합니다. 설계 문제—예를 들어 작은 단면적의 밀봉을 선택하거나, 너무 큰 설치 홈을 사용하거나, 설치 시 케이스 커버를 잘못 조여서—는 모두 초기 압축 부족을 초래할 수 있습니다. 실제로, 릴레이 케이스 커버를 조이는 것은 종종 감각에 의존하여 수행되므로 최적 위치를 달성하기 어려워 압축이 부족할 수 있습니다. 또한, 고무는 금속보다 10배 이상 높은 열수축 계수를 가지고 있습니다. 낮은 온도에서 고무 밀봉의 단면적이 수축하고 재료가 단단해져 압축이 더 줄어듭니다.

2.2.5 과도한 압축률. 고무 O링은 일정한 압축률을 필요로 합니다. 그러나 이를 무분별하게 증가시킬 수는 없습니다. 과도한 압축은 설치 시 영구적인 변형을 초래하고, 밀봉에 높은 등가 응력을 생성하여 재료의 파손을 초래하고 수명을 단축시키며 결국 오일 누출을 초래합니다. 다시 말해, 릴레이 커버를 조이는 것이 감각에 의존하는 경우, 올바른 위치를 찾기 어려워 과도한 압축이 발생할 수 있습니다.

3. ZDM형 무오일, 진동 방지 밀도 계열기

3.1 ZDM형 계열기의 진동 흡수 및 작동 원리
ZDM형 무오일, 진동 방지 밀도 계열기(그림 2 참조)는 커넥터와 케이스 사이에 진동 흡수 패드를 장착하여 진동 흡수를 달성합니다. 이 패드는 회로 차단기 작동 중 발생하는 진동을 완충합니다. 스위치 작동으로 인한 충격과 진동은 커넥터를 통해 진동 흡수 패드로 전달되며, 패드는 에너지를 완충한 후 이를 계열기 케이스로 전달합니다. 이러한 완충 효과로 인해 계열기 케이스에 도달하는 진동 및 충격 에너지는 크게 감소하여 우수한 진동 방지 성능을 발휘합니다.

또한, ZDM형 계열기의 작동 원리는 스프링 튜브를 탄성 요소로 사용하며, 온도 보상 스트립이 SF6 가스 밀도 변화를 반영하도록 압력 및 온도 변화를 보정합니다. 출력 접점은 마이크로 스위치 메커니즘을 사용합니다. 마이크로 스위치 신호의 제어는 온도 보상 스트립과 스프링 튜브, 그리고 진동 흡수 패드의 완충 효과를 결합하여 수행됩니다. 이러한 설계는 진동으로 인한 거짓 신호를 방지하여 시스템 작동의 신뢰성과 효과성을 보장합니다. 이는 포인터형 밀도 계열기의 진동 방지 성능을 크게 향상시키며, 고성능 장치로 만들었습니다.

3.2 ZDM형 무오일, 진동 방지 밀도 계열기의 특징

• 3.2.1 완전 스테인리스 스틸 케이스로 우수한 방수 및 부식 저항성과 아름다운 외관;

• 3.2.2 정확도: 1.0 클래스 (20°C), 2.5 클래스 (-30°C ~ 60°C);

• 3.2.3 작동 환경 온도: -30°C ~ +60°C; 작동 환경 습도: ≤95% RH;

• 3.2.4 진동 방지 성능: 20 m/s²; 충격 방지 성능: 50g, 11ms; 밀봉 성능: ≤10⁻⁸ mbar·L/s;

• 3.2.5 접점 등급: AC/DC 250V, 1000VA/500W;

• 3.2.6 케이스 보호 등급: IP65;

• 3.2.7 무오일 설계, 진동 및 충격 저항성, 영구적으로 누출 방지;

• 3.2.8 온도 감지 요소의 안정적이고 일관된 성능.

위의 특징은 ZDM형 무오일, 진동 방지 밀도 계열기가 오일 누출 문제를 완전히 해결함을 보여줍니다. 독특한 구조 설계와 진동 흡수 패드를 사용하여 진동 방지 오일 대신 작동 중 오일 누출을 근본적으로 방지합니다.

4. 결론

밀도 계열기의 오일 누출의 주요 원인은 제조, 운전, 유지 보수 문제로부터 비롯됩니다. 장비 밀도가 감소하면 절연 강도뿐만 아니라 회로 차단기의 차단 능력도 저하됩니다. 따라서 오일 누출이 있는 밀도 계열기의 적시 교체가 필수적입니다. 안전하고 신뢰성 있는 작동을 위해 향후 적용에서는 ZDM형 무오일, 진동 방지 밀도 계열기 또는 유사한 장치를 사용하는 것이 권장됩니다.