ZDM Oil-Free SF6 Density Relay: Ang Permanenteng Solusyon sa Pagdumal ng Langis

Ang 110kV substation sa aming planta ay itinayo at ipinatatakbo noong Pebrero 2005. Ang 110kV na sistema ay gumagamit ng ZF4-126\1250-31.5 tipo ng SF6 GIS (Gas-Insulated Switchgear) mula sa Beijing Switchgear Factory, na binubuo ng pitong bay at 29 SF6 gas compartments, kabilang ang limang circuit breaker compartments. Bawat circuit breaker compartment ay mayroong isang SF6 gas density relay. Ang aming planta ay gumagamit ng MTK-1 modelo ng oil-filled density relays na gawa sa Shanghai Xinyuan Instrument Factory. Ang mga relay na ito ay magagamit sa dalawang range ng presyon: -0.1 hanggang 0.5 MPa at -0.1 hanggang 0.9 MPa, na may isa o dalawang set ng contacts. Ginagamit nito ang Bourdon tube at bimetallic strip bilang mga sensing elements. Kapag umabot sa tiyak na antas ang pagbabalik ng gas, ang mga electrical contacts ay nag-trigger ng alarm o lockout signals, na nagbibigay-daan sa iba't ibang protective functions. Noong ika-17 ng Oktubre 2015, sa panahon ng routine inspection, natuklasan ng mga on-duty electricians ang iba't ibang antas ng pagbabalik ng gas sa density relays para sa compartments 11, 19, at 22. Ito ay nagpapakita ng mga operational risks na dulot ng pagbabalik ng langis sa SF6 density relays.

1. Mga Panganib ng Pagbabalik ng Langis sa SF6 Density Relays

Ang pagbabalik ng langis sa density relays ay nagdudulot ng malaking pinsala sa power equipment:

1.1 Kapag nawalan ng lahat ng anti-seismic oil ang density relay, ang kanyang capability ng shock-absorbing ay lubhang nababawasan. Kung ang circuit breaker ay gumana (bukas o sarado) sa ganitong kondisyon, maaari itong humantong sa contact failure, excessive deviation mula sa standard values, pointer jamming, at iba pang mga malfunction (tingnan ang Figure 1: Oil-filled density relay).

1.2 Dahil sa tiyak na characteristics ng mga contact sa SF6 density relays—mababang contact force at mahabang operational duration—mumunting oxidation ang maaaring mangyari sa loob ng panahon, na nagdudulot ng poor o interrupted contact. Sa mga SF6 density relays na nawalan ng kanilang langis, ang magnetic-assisted electrical contacts ay nakakalantad sa hangin, na nagpapahusay ng oxidation at accumulation ng dust, na madaling nagreresulta sa poor contact sa contact points. Sa panahon ng operasyon, ito ay napansin na 3% ng mga contact ng SF6 density relay ay hindi epektibong nagco-conduct, pangunahin dahil sa insufficient anti-seismic oil. Kung ang pointer ng isang SF6 density relay ay naka-stuck, o kung ang mga contact ay nag-fail o hindi maaaring mag-conduct nang maayos, ang safety at reliability ng power grid ay direktang inaalala.

2. Mga Dahilan ng Pagbabalik ng Langis sa SF6 Density Relays

Ang pangunahing dahilan ng pagbabalik ng langis sa SF6 density relays ay ang pagkakabigo ng mga seal sa dalawang lugar: ang junction sa pagitan ng terminal base at ang surface, at ang seal sa pagitan ng glass at ang case. Ang pagkakabigo ng seal ay pangunahin dahil sa aging ng sealing rings. Ang anti-seismic oil seals sa SF6 density relays ay karaniwang gawa sa nitrile rubber (NBR). Ang NBR ay isang synthetic elastomer copolymer na binubuo ng butadiene, acrylonitrile, at emulsion, na may molecular structure na may unsaturated carbon chain. Ang content ng acrylonitrile ay direktang nag-aapekto sa properties ng NBR: mas mataas na content ng acrylonitrile ay nagpapataas ng resistance sa langis, solvent, at chemical, pati na rin ang strength, hardness, wear resistance, at heat resistance, ngunit pabababa naman ng low-temperature flexibility, elasticity, at nagpapataas ng gas impermeability. Ang mga factor na nag-aapekto sa aging ng NBR seals ay maaaring ikategorya sa internal at external factors.

2.1 Internal Factors

2.1.1 Molecular Structure of Nitrile Rubber
Ang NBR ay hindi isang saturated hydrocarbon rubber; ang mga polymer chains nito ay may unsaturated double bonds. Sa iba't ibang external influences, ang oxygen ay reaksiyun sa mga double bonds, na nagpapabuo ng oxides. Ang mga oxides na ito ay lalo pa nagdecompose upang maging rubber peroxides, na nagdudulot ng molecular chain scission. Simultaneo, ang small amounts ng active groups ay ginagawa, na nagpopromote ng cross-linking ng rubber molecules. Ito ay lubhang nagpapataas ng cross-linking density, na nagpapabrittle at hard ang rubber. Ang bilang ng double bonds ay direktang nag-aapekto sa rate ng aging.

2.1.2 Rubber Compounding Agents
Ang pagpili ng vulcanizing agents sa panahon ng rubber manufacturing ay critical. Ang pagtaas ng sulfur cross-linking concentration ay nagpapabilis ng aging process ng rubber.

2.2 External Factors

2.2.1 Oxygen ay isang pangunahing dahilan ng aging ng rubber. Ang oxygen molecules ay nagdudulot ng chain scission at re-cross-linking. Isa pang factor ay ozone, na may mataas na reactive. Ang ozone ay sumasalakay sa mga double bonds sa rubber molecules, na nagpapabuo ng ozonides na nagdecompose at nagbubreak ng polymer chains. Dahil ang anti-seismic oil seal ay diretang nakakalamang sa hangin, at ang oxygen/ozone ay maaaring iluhad sa langis, sila ay sumasali sa aging reactions sa loob ng langis.

2.2.2 Thermal Energy ay nagpapabilis ng oxidation rate. Karaniwan, ang 10°C na pagtaas ng temperatura ay nagdudoble ng oxidation rate. Bukod dito, ang init ay nagpapabilis ng mga reaksiyon sa pagitan ng rubber chains at compounding agents, na nagdudulot ng volatile components sa rubber na lumilipad, na lubhang nagdudulot ng pagbagsak ng performance ng rubber at pag-shorten ng service life nito.

2.2.3 Mechanical Fatigue. Sa ilalim ng sustained stress, ang rubber ay sumasailalim sa strain, na nagdudulot ng mechanical-oxidative effects. Kombinado ito sa thermal energy, na nagpapabilis ng oxidation. Sa loob ng service life nito, ang rubber ay unti-unting nawawalan ng elasticity, na nagdudulot ng mechanical aging. Ang aged rubber seals ay nawawalan ng kanilang sealing capability, na nagdudulot ng pagbabalik ng langis.

2.2.4 Insufficient Initial Compression of the Seal. Ang rubber seals ay umaasa sa deformation sa panahon ng installation upang makabuo ng tight fit sa pagitan ng seal at ang sealing surface, na nagpipigil ng pagbabalik. Ang insufficient initial compression ay pinakamalikely na magdulot ng pagbabalik. Ang mga design issues—tulad ng pagpili ng seal na may maliit na cross-section, ang paggamit ng oversized installation groove, o ang improper tightening ng case cover sa panahon ng installation—lahat ng ito ay maaaring magresulta sa inadequate initial compression. Sa praktikal, ang tightening ng relay case cover ay karaniwang ginagawa sa pamamagitan ng pakiramdam, na nagpapahirap na makamit ang optimal position, kaya nagdudulot ng insufficient compression. Bukod dito, ang rubber ay may cold-shrink coefficient na higit sa sampung beses kaysa sa metal. Sa mababang temperatura, ang cross-section ng rubber seal ay bumabago at ang materyales ay nagiging mas hard, na lalo pang nagpapababa ng compression.

2.2.5 Excessive Compression Rate. Upang masiguro ang sealing performance, ang rubber O-rings ay nangangailangan ng tiyak na compression rate. Ngunit, hindi ito dapat na palaging itinaas. Ang excessive compression ay maaaring magdulot ng permanent deformation sa panahon ng installation, nagpapabuo ng mataas na equivalent stress sa seal, nagdudulot ng material failure, nagpapakurta ng service life, at sa huli ay nagdudulot ng pagbabalik ng langis. Muli, ang practice ng tightening ng relay cover sa pamamagitan ng pakiramdam ay madalas nagresulta sa excessive compression dahil sa kahirapan sa pag-abot ng tamang position.

3. ZDM-Type Oil-Free, Anti-Seismic Density Relay

3.1 Shock Absorption and Operating Principle of the ZDM-Type Relay
Ang ZDM-type oil-free, anti-seismic density relay (tingnan ang Figure 2) ay nagtatamo ng shock absorption sa pamamagitan ng paglalagay ng shock-absorbing pad sa pagitan ng connector at ang case. Ang pad na ito ay buffer ng mga vibration na nagagawa sa panahon ng circuit breaker operation. Ang impact at vibration mula sa switch operation ay ipinapadala sa pamamagitan ng connector sa shock-absorbing pad, na pagkatapos ay nagdampen ng enerhiya bago ito ipinadala sa relay case. Dahil sa buffering effect na ito, ang vibrational at impact energy na umabot sa relay case ay lubhang nababawasan, na nagreresulta sa excellent anti-seismic performance.

Bukod dito, ang operating principle ng ZDM-type relay ay umaasa sa spring tube bilang elastic element, na may temperature compensation strip na nagkokorekta ng pressure at temperature variations upang ipakita ang mga pagbabago sa SF6 gas density. Ang output contacts ay gumagamit ng micro-switch mechanism. Ang control ng micro-switch signal ay ginagawa sa pamamagitan ng temperature compensation strip at spring tube, kasama ang buffering effect ng shock-absorbing pad. Ang disenyo na ito ay nagpapahintulot na maprevent ang false signals dahil sa vibration, na nagse-secure ng reliable at effective system operation. Ito ay lubhang nagpapataas ng anti-seismic performance ng pointer-type density relay, na nagreresulta sa high-performance device.

3.2 Features of the ZDM-Type Oil-Free, Anti-Seismic Density Relay

• 3.2.1 Full stainless steel enclosure na may excellent waterproof   at corrosion-resistant properties, at attractive appearance;

• 3.2.2 Accuracy: 1.0 class (sa 20°C), 2.5 class (sa -30°C to  60°C);

• 3.2.3 Operating ambient temperature: -30°C to +60°C; operating  ambient humidity: ≤95% RH;

• 3.2.4 Anti-seismic performance: 20 m/s²; anti-impact performance: 50g, 11ms; sealing performance: ≤10⁻⁸ mbar·L/s;

• 3.2.5 Contact rating: AC/DC 250V, 1000VA/500W;

• 3.2.6 Enclosure protection rating: IP65;

• 3.2.7 Oil-free design, resistant to vibration and impact, at permanently leak-proof;

• 3.2.8 Stable at highly consistent performance ng temperature-sensing element.

Ang mga features na ito ay nagpapakita na ang ZDM-type oil-free, anti-seismic density relay ay lubhang nagreresolba ng problema ng pagbabalik ng langis. Sa pamamagitan ng unique structural design at shock-absorbing pads sa halip na anti-seismic oil, ito ay fundamental na nagpapahinto ng pagbabalik ng langis sa panahon ng operasyon.

4. Conclusion

Ang mga pangunahing dahilan ng pagbabalik ng langis sa density relays ay nagmumula sa manufacturing, operation, at maintenance issues. Kapag bumaba ang equipment density, hindi lamang nababawasan ang dielectric insulation strength, kundi komprometado rin ang interrupting capacity ng circuit breaker. Kaya, mahalagang agad na palitan ang mga oil-leaking density relays. Upang masiguro ang safe at reliable operation, inirerekomenda ang paggamit ng ZDM-type oil-free, anti-seismic density relays o katulad na devices sa future applications.