1. Ηλεκτρικός Εξοπλισμός SF6 και το Σύνηθες Πρόβλημα Διαρροής Λαδιού στους Ρελέ Πυκνότητας SF6
Ο ηλεκτρικός εξοπλισμός SF6 χρησιμοποιείται πλέον ευρέως στις επιχειρήσεις ηλεκτρικής ενέργειας και βιομηχανικές επιχειρήσεις, συμβάλλοντας σημαντικά στην ανάπτυξη του ηλεκτρικού τομέα. Το μέσο σβέσης τόξου και μόνωσης σε τέτοιο εξοπλισμό είναι το αέριο υπερθειικό θείο (SF6), το οποίο δεν πρέπει να διαρρεύσει. Κάθε διαρροή αποδυναμώνει την αξιόπιστη και ασφαλή λειτουργία του εξοπλισμού, γεγονός που καθιστά απαραίτητη την παρακολούθηση της πυκνότητας του αερίου SF6. Αυτή τη στιγμή, χρησιμοποιούνται συνήθως μηχανικοί δείκτες-τύπου ρελέ πυκνότητας για αυτό το σκοπό. Αυτά τα ρελέ μπορούν να ενεργοποιήσουν σήματα συναγερμού και απενεργοποίησης όταν συμβεί διαρροή αερίου και επίσης παρέχουν τοπική ένδειξη πυκνότητας. Για βελτίωση της αντοχής στις δονήσεις, αυτά τα ρελέ γεμίζονται συνήθως με λάδι πυριτίου.
Ωστόσο, στην πράξη, η διαρροή λαδιού από τα ρελέ πυκνότητας αερίου SF6 είναι ένα σύνηθες πρόβλημα. Αυτό το πρόβλημα είναι διαδεδομένο—κάθε διεύθυνση παροχής ρεύματος σε όλη τη χώρα έχει αντιμετωπίσει το φαινόμενο. Μερικά ρελέ αναπτύσσουν διαρροές λαδιού σε λιγότερο από ένα χρόνο λειτουργίας. Σύντομα, η διαρροή λαδιού στα ρελέ πυκνότητας που περιέχουν λάδι είναι ένα διαδεδομένο και διαρκές πρόβλημα.
2. Κίνδυνοι της Διαρροής Λαδιού στα Ρελέ Πυκνότητας
Όπως είναι γνωστό, τα ρελέ πυκνότητας SF6 χρησιμοποιούν γενικά ηλεκτρική επαφή τύπου ελατηρίου, ενισχυμένη με μαγνητικό βοηθητικό μηχανισμό για εξασφάλιση αξιόπιστου κλεισίματος επαφής. Ωστόσο, η δύναμη επαφής (για συναγερμό ή απενεργοποίηση) βασίζεται κυρίως στην ασθενή δύναμη του ελατηρίου. Ακόμη και με μαγνητική ενίσχυση, η δύναμη παραμένει πολύ μικρή, καθιστώντας τις επαφές εξαιρετικά ευαίσθητες στις δονήσεις. Για βελτίωση της αντοχής στις δονήσεις, το λάδι πυριτίου γεμίζεται συνήθως στο ρελέ. Εάν συμβεί διαρροή λαδιού, δημιουργείται δυνητικός κίνδυνος για τον ηλεκτρικό εξοπλισμό SF6.
Κίνδυνος 1: Όταν το αντιδονητικό λάδι διαρρεύσει πλήρως, χάνεται το αποσβεστικό αποτέλεσμα, με αποτέλεσμα την απότομη μείωση της αντοχής του ρελέ στις δονήσεις. Μετά από ισχυρές μηχανικές κραδασμούς κατά τις λειτουργίες διακοπής του διακόπτη, ο δείκτης μπορεί να κολλήσει, οι επαφές μπορεί να αποτύχουν μόνιμα (είτε να μην ενεργοποιηθούν είτε να παραμείνουν ενεργοποιημένες), ή οι αποκλίσεις μέτρησης μπορεί να υπερβούν τα αποδεκτά όρια.
Κίνδυνος 2: Δεδομένου ότι οι επαφές του ρελέ είναι μαγνητικά ενισχυμένες με εν γένει χαμηλή δύναμη επαφής, η παρατεταμένη έκθεση μπορεί να οδηγήσει σε οξείδωση των επιφανειών επαφής. Για ρελέ που έχουν χάσει όλο το λάδι, οι μαγνητικά ενισχυμένες επαφές εκτίθενται απευθείας στον αέρα, γεγονός που τις καθιστά ευάλωτες σε οξείδωση ή συσσώρευση σκόνης, με αποτέλεσμα κακή επαφή ή πλήρη αποτυχία.
Σύμφωνα με αναφορές: Κατά τη διάρκεια τριετίας που μια επιχείρηση ηλεκτρικής ενέργειας εντάτωσε τον έλεγχο των ρελέ πυκνότητας SF6, ελέγχθηκαν 196 μονάδες, εκ των οποίων οι 6 (περίπου 3%) είχαν αναξιόπιστη διέλευση επαφής. Όλα αυτά τα ελαττωματικά ρελέ είχαν χάσει πλήρως το αποσβεστικό λάδι τους. Εάν ένα ρελέ πυκνότητας υποφέρει από κολλημένο δείκτη, αποτυχημένες επαφές ή αναξιόπιστη διέλευση, μπορεί σοβαρά να απειλήσει την ασφάλεια του δικτύου. Σκεφτείτε το σενάριο όπου ένας διακόπτης SF6 διαρρεύσει αέριο και χάσει το μέσο μόνωσης, αλλά το ρελέ πυκνότητας αποτύχει να ενεργοποιήσει συναγερμό λόγω κολλημένου δείκτη ή ελαττωματικής επαφής. Εάν ο διακόπτης στη συνέχεια προσπαθήσει να διακόψει ένα ρεύμα βλάβης, οι συνέπειες θα μπορούσαν να είναι καταστροφικές.
Επιπλέον, το διαρρευμένο λάδι μπορεί να μολύνει άλλα εξαρτήματα του διακοπτικού θαλάμου, να προσελκύει σκόνη και να επιδεινώνει τον κίνδυνο για την ασφαλή λειτουργία. Ορισμένες μονάδες προσφεύγουν στο να τυλίγουν το διαρρέον ρελέ σε πλαστικές σακούλες για να εμποδίσουν τη διασπορά του λαδιού και τη συσσώρευση σκόνης. Επιπλέον, οι σύγχρονοι υποσταθμοί σχεδιάζονται χωρίς λάδι· συνεπώς, η διαρροή λαδιού θεωρείται ένα ελάττωμα που πρέπει να διορθωθεί.
3. Ανάλυση Βασικών Αιτιών Διαρροής Λαδιού
Τα κύρια σημεία διαρροής στα ρελέ πυκνότητας είναι οι σφραγίδες μεταξύ της πλάκας ακροδεκτών και του κελύφους, του γυάλινου παραθύρου και του κελύφους, και ρωγμές στο ίδιο το γυάλινο παράθυρο. Μέσω της αποσυναρμολόγησης πολλών διαρρέοντων ρελέ, διαπιστώσαμε ότι η κύρια αιτία διαρροής λαδιού είναι η αποτυχία σφράγισης στις διεπαφές πλάκας ακροδεκτών-κέλυφος και γυαλιού-κέλυφος. Παρακάτω αναφέρονται οι προκαταρκτικά αναγνωρισμένες αιτίες αποτυχίας σφράγισης.
3.1 Γήρανση Ελαστικής Σφραγίδας
Προς το παρόν, τα περισσότερα ρελέ πυκνότητας χρησιμοποιούν ελαστικό νιτρίλιο (NBR) για τους O-δακτυλίους στεγανοποίησης λαδιού. Το NBR είναι ένα συμπολυμερές του μπουταδιένιου (CH₂=CH–CH=CH₂) και του ακρυλονιτριλίου (CH₂=CH–CN), το οποίο παράγεται μέσω ενυδάτωσης πολυμερισμού. Είναι ένα ακόρεστο ελαστικό αλυσίδας άνθρακα. Η περιεκτικότητα σε ακρυλονιτρίλιο επηρεάζει σημαντικά τις ιδιότητες του NBR: υψηλότερη περιεκτικότητα βελτιώνει την αντοχή στο λάδι, τους διαλύτες και τα χημικά, αυξάνει την αντοχή, τη σκληρότητα, την αντοχή στη φθορά και την αντοχή στη θερμότητα, αλλά μειώνει την ευελιξία στο κρύο, την ελαστικότητα και τη διαπερατότητα στον αέρα.
Το ελαστικό υποβαθμίζεται κατά την επεξεργασία, την αποθήκευση και τη χρήση λόγω διαφόρων παραγόντων, εμφανίζοντας αλλαγή χρώματος, κολλώδης υφή, σκλήρυνση και ρωγμές—φαινόμενα που ονομάζονται συλλογικά γήρανση ελαστικού.
Οι παράγοντες που συμβάλλουν στη γήρανση της σφραγίδας NBR περιλαμβάνουν εσωτερικές και εξωτερικές αιτίες.
3.2 Εσωτερικές Αιτίες
Δομή Μορίου του NBR:
Το NBR περιέχει ακόρεστους διπλούς δεσμούς στην αλυσίδα του πολυμερούς. Υπό θερμότητα και μηχανική τάση, το οξυγόνο αντιδρά σε αυτούς τους διπλούς δεσμούς, σχηματίζοντας υπεροξείδια που διασπώνται σε οξειδωτικά προϊόντα, προκαλώντας διάσπαση αλυσίδας και διασταύρωση. Αυτό αυξάνει την πυκνότητα διασταύρωσης, καθιστώντας το ελαστικό σκληρότερο και εύθραυστο. Υψηλότερη περιεκτικότητα διπλών δεσμών επιταχύνει τη γήρανση. Επιπλέον, οι δότες ηλεκτρονίων υποκαταστάτες (π.χ. –CH₃) στη δομή του μορίου οξειδώνονται εύκολα.
Επίδραση των Συστατικών Ελαστικού:
Η επιλογή του συστήματος ενεργοποίησης είναι κρίσιμη. Υψηλότερη περιεκτικότητα θείου αυξάνει τη συγκέντρωση πολυθειϊκών δεσμών διασταύρωσης αλλά επιταχύνει τη γήρανση.
3.3 Εξωτερικές Αιτίες
Οξυγόνο και Όζον:
Το οξυγόνο είναι ένας κύριος παράγοντας γήρανσης, που προάγει τη διάσπαση αλυσίδας και την επαναδιασταύρωση. Το όζον είναι ακόμη πιο αντιδραστικό· σχηματίζει οζονίδια στους διπλούς δεσμούς, τα οποία διασπώνται και σπάνε τις πολυμερικές αλυσίδες. Η σφραγίδα εκτίθεται απευθείας στον αέρα, και ίχνη οξυγόνου και όζοντος διαλύονται στο λάδι, επιταχύνοντας τη γήρανση του ελαστικού.
Θερμότητα:
Η θερμότητα επιταχύνει την οξείδωση—συνήθως, μια αύξηση 10°C διπλασιάζει το ρυθμό οξείδωσης. Επιταχύνει επίσης τις αντιδράσεις μεταξύ του ελαστικού και των πρόσθετων ή προκαλεί την εξάτμιση πτητικών συστατικών, μειώνοντας την απόδοση και συρρικνώνοντας τη διάρκεια ζωής.
Μηχανική Κόπωση:
Σε συνεχή ένταση (συμπίεση, τροχιλί), το καουτσούκ υποφέρει μηχανική οξείδωση, που επιταχύνεται από τη θερμότητα. Με την πάροδο του χρόνου, η ελαστικότητα μειώνεται - αυτό είναι η μηχανική κόπωση γήρανσης.
Η γήρανση του σφραγίδα καουτσούκ οδηγεί σε αποτυχία του σφραγίσματος, απώλεια της ικανότητας σφραγίσματος και τελικά σε διαρροή λάδιου.
3.4 Ανεπαρκής Αρχική Συμπίεση του Σφραγίδα
Τα σφραγίδια καουτσούκ εξαρτώνται από την παραμόρφωση συμπίεσης κατά την εγκατάσταση για να εφαρμόζονται στενά στις επιφάνειες σφραγίσματος και να εμποδίζουν τις διαδρομές διαρροής. Η ανεπαρκής αρχική συμπίεση μπορεί να οδηγήσει σε διαρροές. Αυτό μπορεί να συμβεί λόγω:
Προβλήματα σχεδίασης: μικρότερο τομέας σφραγίδας ή μεγαλύτερη ράθυμη;
Προβλήματα εγκατάστασης: ανάλογη συμπίεση του καπάκιου (περισσότερα ρελέ βασίζονται στην αίσθηση, κάνοντας δύσκολη την ακριβή ελεγχό).
Επιπλέον, το καουτσούκ έχει συντελεστή ψυχρής συρρίκνωσης πάνω από δέκα φορές τον του μετάλλου. Σε χαμηλές θερμοκρασίες, το σφραγίδι συρρίκνωνεται και σκληραίνει, μειώνοντας περαιτέρω τη συμπίεση.
3. Υπερβολική Ταχύτητα Συμπίεσης
Ενώ η συμπίεση είναι απαραίτητη για το σφραγίσμα, η υπερβολική συμπίεση είναι βλαβερή. Μπορεί να προκαλέσει μόνιμη παραμόρφωση κατά την εγκατάσταση ή να παράγει υψηλή von Mises ένταση, οδηγώντας σε αποτυχία του υλικού και μείωση της ζωής. Ξανά, η χειροκίνητη συμπίεση συχνά οδηγεί σε υπερβολική συμπίεση.
4. Επιφανειακά Λάθη στις Επιφάνειες Σφραγίσματος
Γραμμές, κορώματα, χαμηλή επιφανειακή τραχύτητα ή ανάλογη μηχανική τεχνοτυπία στις επιφάνειες σφραγίσματος μπορεί να δημιουργήσουν διαδρομές διαρροής.
5. Επιπτώσεις Θερμοκρασίας
Σε υψηλές θερμοκρασίες, το καουτσούκ μαλακώνει και επεκτείνεται, με δυνατότητα εξάγωγης και διαρροής. Σε χαμηλές θερμοκρασίες, η συρρίκνωση και η σκληρότητα μπορεί επίσης να προκαλέσουν διαρροές.
6. Ανάλογη Επιλογή Δυσκολίας
Αν το σφραγίδι καουτσούκ είναι πολύ μαλακό ή πολύ σκληρό, μπορεί να αποτύχει να σφραγίσει σωστά.
7. Άσκοπη Εγκατάσταση
Η αδιάφορη εγκατάσταση μπορεί να βλάψει το σφραγίδι. Για παράδειγμα, οξείες άκρες ή κορώματα μπορεί να γρατίσουν το O-ring, δημιουργώντας αόρατα λάθη που οδηγούν σε αποτυχία σφραγίσματος και διαρροή λαδιού.Επιπλέον, η σπασίμα του γυάλου μπορεί επίσης να προκαλέσει διαρροή λαδιού.
Οι αιτίες περιλαμβάνουν:
A) Ανομοιόμορφη ένταση κατά την εγκατάσταση, επιδεινωμένη από ξαφνικές αλλαγές στη θερμοκρασία ή την πίεση;
B) Θερμική σοκ που προκαλεί το γυάλο να σπάσει. Οι ρωγμές δημιουργούν διαδρομές διαρροής, οδηγώντας σε απώλεια λαδιού.
Συμπέρασμα
Στην ηλεκτρική εξοπλισμό SF6, το πνεύμα SF6 λειτουργεί ως βασικό μέσο επισκευής και διακοπής της τόξου. Η ηλεκτροστατική αντοχή και η δυνατότητα διακοπής της τόξου εξαρτώνται άμεσα από την πυκνότητα του πνεύματος - υψηλότερη πυκνότητα συνήθως σημαίνει καλύτερη απόδοση. Ωστόσο, λόγω παραγωγής, λειτουργίας ή συντήρησης, η διαρροή πνεύματος είναι αναπόφευκτη. Η μείωση της πυκνότητας οδηγεί σε δύο κύρια προβλήματα: μείωση της ηλεκτροστατικής αντοχής και μείωση της δυνατότητας διακοπής του πυκνωτή. Συνεπώς, η παρακολούθηση της πυκνότητας του πνεύματος SF6 είναι κρίσιμη για την ασφαλή και αξιόπιστη λειτουργία. Αυτό επιτυγχάνεται συνήθως με τη χρήση ρελέ πυκνότητας SF6, τα οποία παρέχουν δύο στάδια ειδοποιήσεις - σήμα ειδοποίησης και σήμα κλειδώματος - όταν η πυκνότητα μειώνεται, επιτρέποντας την εγκαίρως παρέμβαση.
Ως εκ τούτου, τα ρελέ πυκνότητας SF6 πρέπει να είναι αξιόπιστα. Βάσει της παραπάνω ανάλυσης, συμπεραίνουμε:
Τα ρελέ πυκνότητας που εμφανίζουν διαρροή λαδιού πρέπει να παρακολουθούνται και να αντικαθίστανται εγκαίρως.
Τα νέα εγκατασταθέντα ρελέ πρέπει να είναι είτε τύπου χωρίς λάδι με υψηλή αντοχή σε δονήσεις είτε με βελτιωμένες σχεδιασμένες κατασκευές σφραγίσματος πνεύματος.
