ZDM Brezmasna relacija gostote SF6: Trajna rešitev za propadanje olja

110 kV podstanica v naši tovarni je bila zgrajena in postavljena v operacijo februarja 2005. Sistem 110 kV uporablja ZF4-126\1250-31.5 tip SF6 GIS (Gazovno izolirano preklopniko) iz Pekinske preklopniške tovarne, sestavljen iz sedmih odsekov in 29 SF6 plinskih odsekov, vključno z petimi odseki preklopnikov. Vsak odsek preklopnika je opremljen s gustomernim relejem SF6. V naši tovarni uporabljamo MTK-1 model napolnjenih gustomernih relejev, izdelanih v Šanghajski Xinyuan Instrument Factory. Ti releji so na voljo v dveh tlakovih območjih: -0,1 do 0,5 MPa in -0,1 do 0,9 MPa, z eno ali dvema setoma kontaktov. Uporabljajo Bourdon cev in dvometalni trak kot čutne elemente. Ko pride do določene ravni utrjevanja plina, električni kontakti sprožijo alarm ali zaklepne signale, omogočajo različne zaščitne funkcije. 17. oktobra 2015 so med rednim pregledom vodilni električarji odkrili različne stopnje utrjevanja plina v gustomernih relejih za odseke 11, 19 in 22. Ta incident je poudaril operativna tveganja, ki jih povzroča utrjevanje nafte v SF6 gustomernih relejih.

1. Tveganja zaradi utrjevanja nafte v SF6 gustomernih relejih

Utrjevanje nafte v gustomernih relejih povzroča velike škode električni opremi:

1.1 Ko se notranja anti-sejsmična nafta v gustomernem releju popolnoma izgubi, njegova zmogljivost za absorpcijo udarcov znatno zmanjša. Če se preklopnik uporablja (odpre ali zapre) pod takšnimi pogoji, lahko to vodi do neuspeha stikala, prevelike odstopanje od standardnih vrednosti, zaklepanje kazalca in drugih napak (glej Slika 1: Napolnjeni gustomerni relej).

1.2 Zaradi specifičnih lastnosti kontaktov v SF6 gustomernih relejih—nizka sila stikala in dolga trajanja delovanja—lahko s časom pride do oksidacije kontaktov, kar vodi do slabe ali prekinjene stikave. V SF6 gustomernih relejih, ki so popolnoma izgubili nafto, so magnetno pomočna električna stikala izpostavljena zraku, kar spodbuja oksidacijo in nakup prahu, kar lahko hitro vodi do slabe stikave na stikalnih točkah. Med delovanjem je bilo opaženo, da 3% SF6 gustomernih relejev ne more učinkovito prevajati, predvsem zaradi pomanjkanja anti-sejsmične nafte. Če se kazalec SF6 gustomernega releja zaklene ali če stikala ne delujejo ali ne morejo učinkovito prevajati, so neposredno ogroženi varnost in zanesljivost električnega omrežja.

2. Razlogi za utrjevanje nafte v SF6 gustomernih relejih

Glavni razlog za utrjevanje nafte v SF6 gustomernih relejih je odpoved zaprtij na dveh mestih: pri povezavi med temeljem konektorja in površino ter med steklenico in kuho. Ta odpoved zaprtij je predvsem posledica staranja zaporne prstnice. Anti-sejsmična naftna zaporna prstnica v SF6 gustomernih relejih je običajno izdelana iz akrilnitrilbutadien-kaučuka (NBR). NBR je sintetični elastomer, sestavljen iz butadiena, akrilnitrila in emulzije, z molekulsko strukturo, ki vključuje nezasičene ogljikove verige. Vsebnost akrilnitrila neposredno vpliva na lastnosti NBR: višja vsebnost akrilnitrila poveča odpornost na nafte, rastvora in kemikalije, kot tudi čvrstoč, tvrdost, odpornost na abrazijo in toplotno odpornost, vendar zmanjša gibljenost pri nizkih temperaturah, prožnost in poveča nesprotnost plinov. Faktori, ki vplivajo na staranje NBR zapornic, se lahko razdelijo na notranje in zunanje faktorje.

2.1 Notranji faktorji

2.1.1 Molekulsko struktura akrilnitrilbutadien-kaučuka
NBR ni zasičen ogljikov hidrokarbon; njegove polimerni verige vključujejo nezasičene dvojne veze. Pod vplivom različnih zunanji vplivov se kisik reagira na teh dvojnih vezah, kar vodi do oblikovanja oksidov. Ti oksidi se nadalje razgradijo v kaučukove peroxide, kar vodi do prekinitve molekulskih verig. Hkrati se generirajo majhne količine aktivnih skupin, ki spodbujajo križanje kaučukovih molekul. To znatno poveča gostoto križanj, kar kaučuk naredi krhilast in trd. Število dvojnih vez direktno vpliva na hitrost staranja.

2.1.2 Kombinacijski agenti za kaučuk
Izbira vulkanizacijskih agentov med izdelavo kaučuka je ključna. Povečanje koncentracije sirovih križanj pospešuje proces staranja kaučuka.

2.2 Zunanji faktorji

2.2.1 Kisik je glavni vzrok staranja kaučuka. Kisikove molekule povzročajo prekinitve verig in ponovno križanje. Drugi dejavnik je ozon, ki je zelo reaktivna snov. Ozon napada dvojne veze v kaučukovih molekulah, kar vodi do oblikovanja ozonidov, ki se razgradijo in prekinejo polimerni verigi. Ker je anti-sejsmična naftna zaporna prstnica neposredno v stiku z zrakom, se kisik in ozon lahko raztopita v nafte, kjer sodelujejo v starih reakcijah znotraj nafte.

2.2.2 Toplotna energija pospešuje hitrost oksidacije. Običajno povečanje temperature za 10°C dvojno poveča hitrost oksidacije. Poleg tega toplota pospešuje reakcije med kaučukovimi verigami in kombinacijskimi agenti, kar vodi do isparenja letnih komponent v kaučuku, kar znatno degradira zmogljivosti kaučuka in skrči njegov življenjski čas.

2.2.3 Mehanska utrujenost. Pod stalnim obremenjevanjem se kaučuk deformira, kar vodi do mehansko-oksidativnih učinkov. Skupaj s toplotno energijo to pospešuje oksidacijo. V svojem življenjskem času kaučuk postopoma izgubi prožnost, kar vodi do mehanskega staranja. Stari kaučukovske zaporne prstnice izgubijo svojo zmogljivost za zapor, kar vodi do utrjevanja nafte.

2.2.4 Nedostatečna prvotna kompresija zaporne prstnice. Kaučukovske zaporne prstnice se zanašajo na deformacijo med namestitvijo, da ustvarijo tesno prileganje med zaporno prstnico in zaporno površino, da preprečijo utrjevanje. Nedostatečna prvotna kompresija je najverjetnejše, da bo povzročila utrjevanje. Problemi z dizajnom, kot so izbira zaporne prstnice z majhno presečno ploskvijo, uporaba prevelikega namestitvenega žlebu ali napačno pretesenje pokrova kuhe med namestitvijo, lahko vse skupaj vodijo do nedostatka prvotne kompresije. V praksi se pretesenje pokrova releja pogosto izvaja po občutku, kar težko doseže optimalno položaj, kar vodi do nedostatka kompresije. Poleg tega ima kaučuk hladni koeficient skrčevanja, ki je več kot desetkrat večji kot metal. Pri nizkih temperaturah se presečna ploskev kaučukove zaporne prstnice skrči in material postane trden, kar še bolj zmanjša kompresijo.

2.2.5 Prenos kompresijskega omara. Za zagotovitev zmogljivosti za zapor potrebuje kaučukov O-ring določeno stopnjo kompresije. Vendar to ne more biti brezposredno povečano. Prekomerna kompresija lahko med namestitvijo povzroči trajno deformacijo, generira visoko ekvivalentno obremenjevanje v zapornici, vodi do odpovedi materiala, skrči življenjski čas in končno vodi do utrjevanja nafte. Ponovno, praksa pretesnjanja pokrova releja po občutku pogosto vodi do prekomerne kompresije zaradi težav pri dosegu pravilnega položaja.

3. ZDM-tip breznaftnega, protisejsmičnega gustomernega releja

3.1 Amortizacija in delovanje ZDM-tipa releja
Breznaftni, protisejsmični gustomerni relej ZDM-tipa (glej Slika 2) doseže amortizacijo z vgraditvijo amortizacijske podlage med konektorjem in kuho. Ta podlaga zadržuje vibracije, ki so generirane med delovanjem preklopnika. Udarec in vibracije iz delovanja preklopnika so preneseni preko konektorja na amortizacijsko podlago, ki zadržuje energijo, preden jo preda kuhi releja. Zaradi tega zadrževalnega učinka je vibracijska in udarni energija, ki doseže kuho releja, znatno zmanjšana, kar vodi do odlične protisejsmične zmogljivosti.

Dodatno, delovanje ZDM-tipa releja temelji na uporabi pruge kot elastičnega elementa, s temperaturno kompenzacijsko trakom, ki popravlja spremembe tlaka in temperature, da odraža spremembe gostote SF6 plina. Izstopni kontakti uporabljajo mikro-switch mehanizem. Kontrola signala mikro-switch je izvedena z uporabo temperaturne kompenzacijske trake in pruge, skupaj z zadrževalnim učinkom amortizacijske podlage. Ta dizajn preprečuje lažne signale zaradi vibracije, kar zagotavlja zanesljivo in učinkovito delovanje sistema. To znatno izboljša protisejsmično zmogljivost kazalca gustomernega releja, kar ga naredi visokoperformantno napravo.

3.2 Značilnosti ZDM-tipa breznaftnega, protisejsmičnega gustomernega releja

• 3.2.1 Celotno nerjaven kovinski kuha z odličnimi vodootpeljivimi in koroziono odpornimi lastnostmi, z privlačnim videzom;

• 3.2.2 Natančnost: 1.0 razred (ob 20°C), 2.5 razred (ob -30°C do 60°C);

• 3.2.3 Operativna okoljska temperatura: -30°C do +60°C; operativna okoljska vlaga: ≤95% RH;

• 3.2.4 Protisejsmična zmogljivost: 20 m/s²; protiudarna zmogljivost: 50g, 11ms; zaporost: ≤10⁻⁸ mbar·L/s;

• 3.2.5 Stikalo ocenjevanje: AC/DC 250V, 1000VA/500W;

• 3.2.6 Zastita kuhe: IP65;

• 3.2.7 Breznaftni dizajn, odporen na vibracije in udarce, in trajno zaporan;

• 3.2.8 Stabilno in visoko konzistentno delovanje temperaturnega čutnega elementa.

Zgoraj navedene značilnosti kažejo, da ZDM-tip breznaftnega, protisejsmičnega gustomernega releja popolnoma odpravi problem utrjevanja nafte. S pomočjo edinstvenega strukturnega dizajna in amortizacijskih podlag namesto anti-sejsmične nafte, preprečuje utrjevanje nafte med delovanjem.

4. Zaključek

Glavni vzroki za utrjevanje nafte v gustomernih relejih izvirajo iz vprašanj izdelave, delovanja in vzdrževanja. Ko se gostota opreme zmanjša, se ne le zmanjša dielektrična izolacijska moč, ampak tudi prekidna zmogljivost preklopnika. Zato je ključno, da se gustomerni releji, ki utrjujejo nafte, pravočasno zamenjajo. Za zagotovitev varnega in zanesljivega delovanja se priporoča uporaba ZDM-tipa breznaftnega, protisejsmičnega gustomernega releja ali podobnih naprav v prihodnjih aplikacijah.