ZDM Oil-Free SF6 Gustomer: Trajno rešenje za curenje ulja

110kV podstacija u našoj fabričnoj instalaciji izgrađena je i uvedena u eksploataciju februara 2005. godine. 110kV sistem koristi ZF4-126\1250-31.5 tip SF6 GIS (Gas-Insulated Switchgear) proizvoda Beijingske tovarne za prekidače, sastavljen od sedam štiti i 29 SF6 gasnih komora, uključujući pet komora sa prekidačima. Svaka komora sa prekidačem opremljena je SF6 gasnom gustinskom relejom. Naše postrojenje koristi MTK-1 model masnog gustinskog releja proizvedenog u Šangajskoj tvornici Xinyuan Instrument. Ovi releji dostupni su u dva ranga pritiska: -0,1 do 0,5 MPa i -0,1 do 0,9 MPa, sa jednim ili dva seta kontakata. Koriste Bourdon cev i dvometalnu traku kao senzorske elemente. Kada se curenje gasa dovede do određene razine, električni kontakti aktiviraju alarm ili blokiraju signale, omogućavajući različite zaštite. 17. oktobra 2015. godine, tokom redovnog pregleda, dužnosni električari otkrili su različitu mjeru curenja gasa u gustinskim relejima za štite 11, 19 i 22. Ovaj incident istakao je operativna rizika nastala curenjem ulja u SF6 gustinskim relejima.

1. Opasnosti curenja ulja u SF6 gustinskim relejima

Curenje ulja u gustinskim relejima dovodi do značajnih oštećenja elektroenergetske opreme:

1.1 Kada se anti-seizmološko ulje unutar gustinske releje potpuno izgubi, njegova sposobnost amortizacije znatno se smanji. Ako prekidač radi (otvara ili zatvara) pod takvim uslovima, može dovesti do neispravnosti kontakata, previše odstupanja od standardnih vrednosti, zaključavanja kazaljke i drugih neispravnosti (videti Sliku 1: Gustinski relej napunjen uljem).

1.2 Zbog specifičnih karakteristika kontakata u SF6 gustinskim relejima—niska snaga kontakta i dug trajanje rada—kontakti mogu da se oksidiraju tokom vremena, što dovodi do lošeg ili prekidnog kontakta. U SF6 gustinskim relejima koji su potpuno izgubili svoje ulje, magnetni pomoćni električni kontakti su izloženi vazduhu, što potiče oksidaciju i akumulaciju prašine, što lako dovodi do lošeg kontakta na tačkama kontakta. Tijekom rada, utvrđeno je da 3% SF6 gustinskih relejskih kontakata ne provode efikasno, uglavnom zbog nedostatka anti-seizmološkog ulja. Ako kazaljka SF6 gustinskog releja zastane, ili ako kontakti ne funkcioniraju ili ne mogu da provode ispravno, direktno je ugrožena sigurnost i pouzdanost mreže elektroenergije.

2. Razlozi curenja ulja u SF6 gustinskim relejima

Glavni razlog curenja ulja u SF6 gustinskim relejima jeste propustivost sigurnosnih zgloba na dve lokacije: spoj između terminalne baze i površine, i sigurnosni zglob između stakla i kućišta. Ova propustivost sigurnosnog zgloba uglavnom je posljedica stareneja uplotnika. Anti-seizmološki uljni uplotnici u SF6 gustinskim relejima obično su izrađeni od nitrilne gume (NBR). NBR je sintetički elastični kopolimer sastavljen od butadiena, akrilonitrila i emulzije, sa molekulskom strukturom koja ima nenasycenu ugljikovu lancanu. Sadržaj akrilonitrila direktno utiče na osobine NBR: veći sadržaj akrilonitrila povećava otpornost na ulje, rastvoritelje i kemikalije, kao i čvrstoću, tvrdocu, otpornost na terzije i toplotu, ali smanjuje fleksibilnost na niskim temperaturama, elastičnost i povećava nepropusnost gasa. Faktori koji utiču na stareneje uplotnika NBR mogu se kategorizirati u interne i eksterne faktore.

2.1 Interni faktori

2.1.1 Molekularna struktura nitrilne gume
NBR nije nasycena ugljikovodonska guma; njene polimerne lančane sadrže nenasycene dvostruke veze. Pod različitim vanjskim uticajima, kiseonik reaguje na ovim dvostrukim vezama, formirajući okside. Ovi oksidi dalje dekomponiraju u peroxide gume, što dovodi do prekida molekulskih lanaca. Istovremeno, generišu se male količine aktivnih grupa, što potiče križanje molekula gume. To značajno povećava gustinu križanja, čime guma postaje hrapavija i tvrdija. Broj dvostrukih veza direktno utiče na brzinu stareneja.

2.1.2 Rubber Compounding Agents
Izbor vulkanizatora tijekom proizvodnje gume je ključan. Povećanje koncentracije sirovog križanja ubrzava proces stareneja gume.

2.2 Eksterni faktori

2.2.1 Kiseonik je glavni uzrok stareneja gume. Molekule kiseonika dovode do prekida lanaca i ponovnog križanja. Još jedan faktor jest ozon, koji je vrlo reaktivan. Ozon napada dvostruke veze u molekulama gume, formirajući ozonide koji se dekomponiraju i prekidaju polimerne lančane. Budući da je anti-seizmološki uljni uplotnik u direktnom kontaktu sa vazduhom, a kiseonik/ozon se mogu disocirovati u ulje, oni sudjeluju u reakcijama staranja unutar ulja.

2.2.2 Toplotna energija ubrzava stopu oksidacije. Obično, porast temperature za 10°C dvostruči stopu oksidacije. Takođe, toplota ubrzava reakcije između gumenih lanaca i spojnih sredstava, što dovodi do isparavanja ljetvora sastojaka gume, značajno degradirajući performanse gume i skraćujući njen životni vijek.

2.2.3 Mehanička umorna. Pod stalnim opterećenjem, guma podlegava deformaciji, što dovodi do mehaničko-oksidičnih efekata. Kombinirano s toplinskom energijom, to ubrzava oksidaciju. Tokom svog životnog vijeka, guma postepeno gubi elastičnost, što dovodi do mehaničkog stareneja. Starene gumeni uplotnici gube svoju sposobnost uplotnjenja, što rezultira curenjem ulja.

2.2.4 Nedovoljno početno uplotnjenje uplotnika. Gumeni uplotnici se oslanjaju na deformaciju tijekom montaže kako bi se stvorio tesni fit između uplotnika i površine uplotnjenja, sprecavajući curenje. Nedovoljno početno uplotnjenje najverovatnije dovodi do curenja. Problemi dizajna, poput odabira uplotnika sa malim presjekom, korištenja prevelike montažne grožđice ili nepravilnog zategivanja poklopca kućišta tijekom montaže, sve može dovesti do nedovoljnog početnog uplotnjenja. U praksi, zategivanje poklopca releja često se vrši "po osećaju", što je teško dostići optimalnu poziciju, dovodeći do nedovoljnog uplotnjenja. Također, guma ima koeficijent hrđave koeficijent hrđave koeficijent hrđave deset puta veći od metala. Na niskim temperaturama, presjek gumenog uplotnika se skuplja, a materijal se očvršće, što dodatno smanjuje uplotnjenje.

2.2.5 Prepoznatno uplotnjenje. Da bi se osigurala funkcionalnost uplotnjenja, gumeni O-uplotnici zahtevaju određenu stopu uplotnjenja. Međutim, to se ne može povećavati bez ograničenja. Preveliko uplotnjenje može dovesti do trajne deformacije tijekom montaže, generisanju visokog ekvivalentnog stresa u uplotniku, doviknuti materijal, skratiti životni vijek i konačno dovesti do curenja ulja. Ponovo, praksa zategivanja poklopca releja "po osećaju" često dovodi do prepuno uplotnjenja zbog teškoće dostizanja pravilne pozicije.

3. ZDM-tip bezoilnog, anti-seizmološkog gustinske releja

3.1 Amortizacija i princip rada ZDM-tipa releja
ZDM-tip bezoilnog, anti-seizmološkog gustinske releja (videti Sliku 2) postiže amortizaciju uključivanjem amortizacijske podloge između konektora i kućišta. Ova podloga buferira vibracije generisane tijekom rada prekidača. Uticaj i vibracija iz rada prekidača prenose se kroz konektor na amortizacijsku podlogu, koja potom smiruje energiju prije prenosa na kućište releja. Zbog ovog buferiranog efekta, vibracijska i udarni energija koja stiže do kućišta releja značajno se smanjuje, što rezultira odličnim anti-seizmološkim performansama.

Dodatno, princip rada ZDM-tipa releja temelji se na upotrebi spring tube kao elastičnog elementa, sa temperature kompenzacije stripom koji ispravlja promjene pritiska i temperature kako bi se odrazile promjene gustoće SF6 gasa. Izlazni kontakti koriste mikro-switch mehanizam. Kontrola signala mikro-switcha obavlja se putem temperature kompenzacije stripe i spring tube, kombinirano s buferiranim efektom amortizacijske podloge. Ovaj dizajn sprečava lažne signale zbog vibracija, osiguravajući pouzdano i efikasno radnje sistema. Značajno poboljšava anti-seizmološke performanse kazaljkastog gustinske releja, čineći ga visokoperformansnim uređajem.

3.2 Karakteristike ZDM-tipa bezoilnog, anti-seizmološkog gustinske releja

• 3.2.1 Potpuno nerđajuće čelik kućište sa odličnim vodootpornim i korozijskim svojstvima, i privlačnim izgledom;

• 3.2.2 Tačnost: 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 okružna vlažnost: ≤95% RH;

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

• 3.2.5 Kapacitet kontakta: AC/DC 250V, 1000VA/500W;

• 3.2.6 Zaštita kućišta: IP65;

• 3.2.7 Bezmasni dizajn, otporan na vibracije i udarce, i trajno bezzapadni;

• 3.2.8 Stabilne i visoko konzistentne performanse temperature-senzornog elementa.

Navedene karakteristike pokazuju da ZDM-tip bezoilnog, anti-seizmološkog gustinske releja potpuno eliminira problem curenja ulja. Korišćenjem jedinstvenog strukturnog dizajna i amortizacijske podloge umjesto anti-seizmološkog ulja, fundamentalno sprečava curenje ulja tijekom rada.

4. Zaključak

Glavni uzroci curenja ulja u gustinskim relejima potječu od problema proizvodnje, rada i održavanja. Kada se gustoća opreme smanji, ne samo se smanjuje dielektrična izolaciona čvrstoća, već i prekidna sposobnost prekidača. Stoga je bitno da se pravo vreme zamijene releji koje curre ulje. Da bi se osigurala sigurna i pouzdana operacija, preporučuje se korišćenje ZDM-tipa bezoilnog, anti-seizmološkog gustinske releja ili sličnih uređaja u budućim primenama.