1. تجهیزات الکتریکی SF6 و مشکل رایج نشت روغن در رلههای چگالی SF6
تجهیزات الکتریکی SF6 اکنون به طور گسترده در شرکتهای توزیع برق و کارخانههای صنعتی استفاده میشود و به طور قابل توجهی توسعه صنعت برق را پیش برده است. مedium خاموشکننده و عایق در این تجهیزات گاز هگزافلوئورید سولفور (SF6) است که نباید نشت کند. هر گونه نشت، عملکرد مطمئن و ایمن تجهیزات را مختل میکند، بنابراین نظارت بر چگالی گاز SF6 ضروری است. در حال حاضر، رلههای چگالی با نشانگر مکانیکی اشارهگر نوع معمول هستند. این رلهها میتوانند در صورت رخ دادن نشت گاز، سیگنالهای هشدار و قفل را فعال کنند و همچنین نشانگر چگالی محلی را ارائه دهند. برای افزایش مقاومت در برابر لرزش، این رلهها معمولاً با روغن سیلیکون پر شدهاند.
با این حال، در عمل، نشت روغن از رلههای چگالی گاز SF6 یک مشکل رایج است. این مشکل گسترده است—هر دفتر تأمین برق در کشور با آن مواجه شده است. برخی از رلهها در کمتر از یک سال پس از عملیات نشت روغن پیدا میکنند. به عبارت دیگر، نشت روغن در رلههای پر از روغن یک مشکل گسترده و مداوم است.
2. خطرات نشت روغن در رلههای چگالی
همانطور که معلوم است، رلههای چگالی SF6 معمولاً از یک تماس الکتریکی نوع فنری استفاده میکنند که با یک مکانیسم کمک مغناطیسی تقویت شده است تا اطمینان از بسته شدن مطمئن تماسها فراهم شود. با این حال، نیروی تماس (برای هشدار یا قفل) عمدتاً به نیروی ضعیف فنر بستگی دارد. حتی با کمک مغناطیسی، این نیرو بسیار کوچک میماند و تماسها به لرزش بسیار حساس هستند. برای بهبود مقاومت در برابر لرزش، معمولاً روغن سیلیکون به داخل رله پر میشود. اگر نشت روغن رخ دهد، خطرات بالقوهای برای تجهیزات الکتریکی SF6 وجود دارد.
خطر 1: زمانی که روغن ضد لرزش کاملاً نشت کند، اثر میرایی از دست میرود و مقاومت رله در برابر لرزش به طور چشمگیری کاهش مییابد. پس از شوکهای مکانیکی قوی در عملیات تغییر دهنده مدار، نشانگر ممکن است گیر کند، تماسها ممکن است به طور دائمی خراب شوند (یا فعال نشوند یا فعال مانند)، یا انحرافهای اندازهگیری ممکن است حد مجاز را تجاوز کنند.
خطر 2: چون تماسهای رله با کمک مغناطیسی دارای نیروی تماس ذاتی بسیار کم هستند، مواجهه طولانی مدت با هوا میتواند منجر به اکسیداسیون سطح تماسها شود. برای رلههایی که تمام روغن خود را از دست دادهاند، تماسهای کمک مغناطیسی مستقیماً به هوای معرض میشوند و ممکن است به اکسیداسیون یا تجمع غبار دچار شوند، که منجر به تماس ضعیف یا خرابی کامل میشود.
بر اساس گزارشها: در طول یک دوره سه ساله که یک شرکت تأمین برق تستهای رلههای چگالی SF6 را تشدید کرد، 196 واحد بررسی شد و 6 (حدود 3٪) دارای تماسهای نامطمئن تشخیص داده شدند. همه این رلههای معیوب تمام روغن میرایی خود را از دست داده بودند. اگر رله چگالی دچار گیر کردن نشانگر، خرابی تماسها یا انتقال غیر مطمئن باشد، میتواند به طور جدی ایمنی شبکه را مختل کند. در نظر بگیرید که یک شکندهنده SF6 گاز نشت کرده و مedium عایق خود را از دست داده است، اما رله چگالی به دلیل گیر کردن نشانگر یا تماس خراب شده قادر به ارسال هشدار نیست. اگر سپس سعی کند جریان خطا را قطع کند، پیامدها میتوانند ویرانگر باشند.
به علاوه، روغن نشت شده میتواند مؤلفههای دیگر تجهیزات سوئیچگیر را آلوده کند، غبار را جذب کند و عملکرد ایمن را مورد خطر قرار دهد. برخی از واحدها به رلههای نشت کننده را در کیسههای پلاستیکی پیچیدهاند تا جلوگیری از پخش شدن روغن و تجمع غبار را انجام دهند. علاوه بر این، زیر ایستگاههای مدرن طراحی شدهاند بدون روغن؛ بنابراین، نشت روغن به عنوان یک نقص در نظر گرفته میشود که باید اصلاح شود.
3. تجزیه و تحلیل علت اصلی نشت روغن
نقاط اصلی نشت در رلههای چگالی شامل مفاصل بین بلاک ترمینال و بدنه، پنجره شیشهای و بدنه، و ترکهای در خود شیشه است. با واگذاری تعداد زیادی از رلههای نشت کننده، تعیین کردیم که علت اصلی نشت روغن شکست مفاصل بین بلاک ترمینال-بدنه و شیشه-بدنه است. دلایل اولیه شناسایی شده برای شکست مفاصل به شرح زیر است.
3.1 تخریب پیری مخزن کاوتچوک
در حال حاضر، بیشتر رلههای چگالی از کاوتچوک نایتریل (NBR) برای حلقههای O روغن استفاده میکنند. NBR یک کوپلیمر از بوتادین (CH₂=CH–CH=CH₂) و آکریلونیتریل (CH₂=CH–CN) است که از طریق پلیمریزاسیون امولسیونی تولید میشود. این یک کاوتچوک زنجیره کربنی ناشبیه است. محتوای آکریلونیتریل به طور قابل توجهی ویژگیهای NBR را تحت تأثیر قرار میدهد: محتوای بالاتر بهبود مقاومت در برابر روغن، حلکننده و مواد شیمیایی، افزایش قدرت، سختی، مقاومت در برابر سایش و مقاومت در برابر حرارت، اما کاهش انعطافپذیری سرد، الاستیسیته و نفوذپذیری هوا را به همراه دارد.
کاوتچوک در طول پردازش، ذخیرهسازی و استفاده به دلیل عوامل مختلف تخریب مییابد و نشانههایی مانند تغییر رنگ، چسبندگی، سختی و ترک را نشان میدهد—این پدیدهها به طور کلی به عنوان پیری کاوتچوک شناخته میشوند.
عوامل موجب پیری NBR شامل علل داخلی و خارجی هستند.
3.2 علل داخلی
ساختار مولکولی NBR:
NBR شامل پیوند دوگانه ناشبیه در زنجیره پلیمری خود است. در دمای بالا و تحت تنش مکانیکی، اکسیژن در این پیوند دوگانه واکنش نشان میدهد و پeroxides را تشکیل میدهد که به محصولات اکسیداسیون تجزیه میشوند و منجر به شکست زنجیره و پلبندی میشوند. این امر میزان پلبندی را افزایش میدهد و کاوتچوک را سختتر و شکنندهتر میکند. محتوای بالاتر پیوند دوگانه پیری را تسریع میکند. علاوه بر این، جایگزینهای اهداکننده الکترون (مثلاً –CH₃) در ساختار مولکولی به راحتی اکسید میشوند.
اثر عوامل ترکیبی کاوتچوک:
انتخاب سیستم ولکانیزاسیون بسیار مهم است. محتوای بالاتر سولفور میزان پلبندی پلیسلفید را افزایش میدهد اما پیری را تسریع میکند.
3.3 علل خارجی
اکسیژن و ازن:
اکسیژن یکی از عوامل اصلی پیری است که شکست زنجیره و دوباره پلبندی را ترویج میکند. ازن حتی واکنشپذیرتر است؛ آن پیوند دوگانه را تشکیل میدهد که تجزیه میشود و زنجیرههای پلیمری را میشکند. مخزن مستقیماً به هوا مواجه است و مقدار کمی اکسیژن و ازن در روغن حل میشود و پیری کاوتچوک را تسریع میکند.
حرارت:
حرارت اکسیداسیون را تسریع میکند—معمولاً افزایش 10 درجه سانتیگراد نرخ اکسیداسیون را دوبرابر میکند. این همچنین واکنشهای بین کاوتچوک و افزودنیها را تسریع میکند یا موجب تبخیر مولکولهای فرار میشود که عملکرد را کاهش میدهد و عمر مفید را کوتاه میکند.
خستگی مکانیکی:
تحت تنش مداوم (فشردهسازی، چرخش)، کاوتچوک خستگی مکانیکی را تجربه میکند که توسط حرارت تسریع میشود. با گذشت زمان، الاستیسیته کاهش مییابد—این خستگی مکانیکی پیری است.
پیری مخزن کاوتچوک منجر به شکست مخزن، از دست دادن توانایی مسدود کردن و در نهایت نشت روغن میشود.
3.4 فشردهسازی اولیه کافی نبودن مخزن
مخازن کاوتچوک به دلیل تغییر شکل فشردهسازی در زمان نصب به سطوح مسدود کننده تناسب مییابند و مسیرهای نشت را مسدود میکنند. فشردهسازی اولیه کافی نبودن میتواند منجر به نشت شود. این میتواند به دلیل:
مشکلات طراحی: مقطع مخزن کوچک یا گوده بزرگ؛
مشکلات نصب: تنظیم ناصحيح پوشش (اغلب رلهها به احساس دستی متکی هستند که کنترل دقیق را سخت میکند).
علاوه بر این، کاوتچوک ضریب انقباض سردی بیش از ده برابر فلز دارد. در دمای پایین، مخزن انقباض مییابد و سخت میشود و فشردهسازی را کاهش میدهد.
3. نرخ فشردهسازی بیش از حد
اگرچه فشردهسازی برای مسدود کردن ضروری است، اما فشردهسازی بیش از حد مضر است. میتواند منجر به تغییر شکل دائمی در زمان نصب یا ایجاد تنش von Mises بالا شود که منجر به شکست ماده و کاهش عمر مفید میشود. دوباره، تنظیم دستی معمولاً منجر به فشردهسازی بیش از حد میشود.
4. نقصهای سطحی در سطوح مسدود کننده
خراشها، تیزیها، خشونت سطح کم یا تکسچر ماشینکاری ناصحيح در سطوح مسدود کننده میتوانند مسیرهای نشت ایجاد کنند.
5. اثرات دما
در دمای بالا، کاوتچوک نرم میشود و منبسط میشود و ممکن است از مخزن خارج شود و مسدود کردن را بشکند. در دمای پایین، انقباض و سختی میتواند نیز منجر به نشت شود.
6. انتخاب سختی ناصحيح
اگر مخزن کاوتچوک خیلی نرم یا خیلی سخت باشد، ممکن است نتواند به درستی مسدود کند.
7. نصب خشن
نصب بیدقت میتواند مخزن را خراب کند. برای مثال، لبههای تیز یا تیزیها ممکن است O-ring را خراش دهند و نقصهای نامرئی ایجاد کنند که منجر به شکست مخزن و نشت روغن میشود.به علاوه، ترک شیشه نیز میتواند منجر به نشت روغن شود.
دلایل شامل:
A) تنش نامتعادل در زمان نصب، که توسط تغییرات ناگهانی در دما یا فشار تشدید میشود؛
B) شوک حرارتی که خود شیشه را ترک میکند. ترکها مسیرهای نشت را ایجاد میکنند و منجر به از دست دادن روغن میشوند.
نتیجهگیری
در تجهیزات الکتریکی SF6، گاز SF6 به عنوان مedium اصلی عایق و خاموشکننده عمل میکند. مقاومت دی الکتریک و توانایی قطع مدار آن مستقیماً به چگالی گاز بستگی دارد—چگالی بالاتر معمولاً به معنای عملکرد بهتر است. با این حال، به دلیل مشکلات تولید، عملیات یا نگهداری، نشت گاز اجتنابناپذیر است. کاهش چگالی منجر به دو خطر اصلی میشود: کاهش مقاومت دی الکتریک و کاهش توانایی قطع مدار شکندهنده. بنابراین، نظارت بر چگالی گاز SF6 برای عملکرد ایمن و مطمئن ضروری است. این کار معمولاً با استفاده از رلههای چگالی SF6 انجام میشود که هنگام کاهش چگالی، دو مرحله هشدار—هشدار و قفل را فعال میکنند و مداخله به موقع را امکانپذیر میکنند.
بنابراین، رلههای چگالی SF6 در محل باید مطمئن باشند. بر اساس تجزیه و تحلیل فوق، نتیجه میگیریم:
رلههای چگالی که نشت روغن دارند باید به طور فوری مورد نظارت و جایگزینی قرار گیرند.
رلههای جدید نصب شده باید بهترین نوع بدون روغن با مقاومت در برابر لرزش بهتر یا طراحیهای بهبود یافته مسدود کردن گاز باشند.
