Miten öljyn tappio vaikuttaa SF6-relayn toimintaan?

1. SF6-sähkölaitteet ja yleinen ongelma öljyn vuodosta SF6-tiheyden releissa

SF6-sähkölaitteita käytetään nyt laajasti sähköntuotannossa ja teollisuudessa, mikä on merkittävästi edistänyt sähköalan kehitystä. Kaarien sammutus- ja eristämismediumina tällaisissa laitteissa toimii heksafluoridi (SF6) kaasu, joka ei saa vuotaa. Minkäänlainen vuoto vaarantaa laitteen luotettavan ja turvallisen toiminnan, joten on elintärkeää valvoa SF6-kaasun tiheyttä. Nykyisin tätä varten yleisesti käytettyjä ovat mekaaniset osoitinreleit. Nämä relit voivat aktivoida hälytyksen ja lukituksen signaalit, kun kaasuvuoto tapahtuu, ja ne tarjoavat paikan päälle tiheyden näyttön. Värinävastuuden parantamiseksi näihin releihin täytetään yleensä silikoniöljy.

Kuitenkin käytännössä öljyn vuoto SF6-kaasun tiheyden releistä on yleinen ongelma. Tämä ongelma on laaja-alainen – koko maan sähköyhtiöt ovat kohtaneet sen. Jotkut relit kehittävät öljyn vuotoa alle vuoden kuluttua käyttöönottosta. Lyhyesti sanottuna öljyn vuoto öljyä sisältävissä tiheyden releissä on yleinen ja jatkuva ongelma.

2. Öljyn vuodon vaarat tiheyden releissä

Kuten tiedetään, SF6-tiheyden releissä yleensä käytetään kevyen keulan elektrista yhteyttä, jota vahvistetaan magneettisella apumekanismilla varmistaakseen luotettavan yhteyden. Kuitenkin yhteyden voima (hälytys tai lukitus) perustuu pääasiassa keulan heikkoon voimaan. Vaikka magneettinen apu auttaa, voima pysyy hyvin pieninä, mikä tekee yhteyksistä herkkä värinälle. Värinävastuuden parantamiseksi relit täytetään yleensä silikoniöljyllä. Jos öljy vuotaa, se aiheuttaa potentiaalisia turvallisuusriskiä SF6-sähkölaitteille.

Vaara 1: Kun värinävastainen öljy vuotaa kokonaan, vaimennuseffekti katoaa, mikä huomattavasti vähentää relin värinävastusta. Voimakkaan mekaanisen iskun jälkeen suljetussa katkellessa osoitin voi jäädä kiinni, yhteydet voivat epäonnistua pysyvästi (ei aktivoitua tai pysyä aktivoituna) tai mittausvirheet voivat ylittää hyväksyttävät rajat.

Vaara 2: Koska relin yhteydet ovat magneettisesti tuetut, joilla on luonnostaan heikko yhteyden voima, pitkäaikainen altistuminen voi johtaa yhteyksien pinnan oksidointiin. Relille, jotka ovat menettäneet kaikki öljyn, magneettisesti tuetut yhteydet altistuvat suoraan ilmaan, mikä tekee niistä alttiina oksidointiin tai pölyn kertymiseen, mikä johtaa huonoon yhteyteen tai täydelliseen epäonnistumiseen.

Mukaan mukaan: Kolmen vuoden ajan, jolloin yksi sähköyhtiö intensiivisti testasi SF6-tiheyden releitä, 196 yksikköä tarkistettiin, ja 6 (noin 3%) havaittiin epäluotettavaksi yhteyksiksi. Kaikki nämä vialliset relit olivat menettäneet kaikki vaimennusöljynsä. Jos tiheyden reili jäännöksi, jäännöksi tai epäluotettavaan yhteyteen, se voi vakavasti vaarantaa verkon turvallisuuden. Kuvittele tilanne, jossa SF6-puristinsuljin vuotaa kaasua ja menettää eristämismediuminsa, mutta tiheyden reili ei kykene aktivoida hälytystä jäännöksi tai epäluotettavan yhteyden vuoksi. Jos puristinsulji yrittää sitten keskeyttää sijaintivirran, seuraukset voivat olla katastrofaaliset.

Lisäksi vuotanut öljy voi saastuttaa muun sulkupistoradanteen komponentteja, houkutteleva pölyä ja lisäämässä turvallisen toiminnan vaaroja. Jotkut yksiköt turvautuvat pakkaamaan vuotavan reilin muovipusseihin estääkseen öljyn leviämisen ja pölyn kertymistä. Lisäksi nykyaikaiset alueelliset sähköasemat on suunniteltu öljytönä; siksi öljyn vuoto pidetään puutteena, joka on korjattava.

3. Öljyn vuodon syiden analyysi

Tiheyden releissä tärkeimmät vuotoalat ovat pistokeksin ja kotelon väliset tiivistekohdat, lasivalikon ja kotelon väliset tiivistekohdat sekä lasin itsessään olevat rakoikset. Monien vuotavan relein purkamisen jälkeen olemme päättäneet, että öljyn vuodon pääasiallinen syy on tiivisteen epäonnistuminen pistokeksin ja kotelon sekä lasivalikon ja kotelon välillä. Seuraavat ovat alkuperäisesti tunnistetut syyt tiivisteen epäonnistumiseen.

3.1 Kumiälystymä

Nykyisin useimmat tiheyden releit käyttävät nitriilikaumia (NBR) öljytiivistys-rengaseksi. NBR on butadienin (CH₂=CH–CH=CH₂) ja asetyylnitraadin (CH₂=CH–CN) kopolyyme, joka tuotetaan emulsio-polymerisaation avulla. Se on epäsättynyt hiiliketjuinen kumi. Asetyylnitraadin sisältö vaikuttaa merkittävästi NBR:n ominaisuuksiin: korkeampi sisältö parantaa öljyn, liuotin- ja kemikaaliresistenssiä, lisää kestävyyttä, kovuutta, kulutuskestävyyttä ja lämpökestävyyttä, mutta vähentää kylmyysjoustavuutta, venymiskykyä ja ilmanläpäisykykyä.

Kumiälystyy prosessoinnin, säilytys- ja käyttöajan aikana eri tekijöiden vuoksi, näyttäen värisävyjen muutosta, kiveä, kovettumista ja rajoittamista – näitä ilmiöitä kutsutaan yhteisesti kumiälystykseksi.

NBR-tiivisteen älystyvyyteen vaikuttavat sisäiset ja ulkoiset tekijät.

3.2 Sisäiset tekijät

• NBR:n molekyylikerroin:
  NBR:ssä on epäsättynyt kaksoisnavat polymeeriketjuissaan. Lämpimänä ja mekaanisessa stressissä hapo reagoi näihin kaksoisnaviin, muodostaen peroksiti, jotka hajoavat oksidaatioon, mikä aiheuttaa ketjun katkaisun ja uudelleen ristiriippumisen. Tämä lisää ristiriippumisen tiheyttä, mikä tekee kumista kovempaa ja kuivempaa. Korkeampi kaksoisnavin sisältö nopeuttaa älystymistä. Lisäksi elektroniantoiset substituutit (esim. –CH₃) molekyylikerroksessa ovat helposti oksidoidaan.

• Kumiyhdistelmäaineiden vaikutus:
  Valinta vulkanisaatioksi on kriittinen. Korkeampi rikki sisältö lisää polysulfideiden ristiriippumisen, mutta nopeuttaa älystymistä.

3.3 Ulkoiset tekijät

• Hapo ja ozon:
  Hapo on yksi pääasiallisista älystymisteitä, joka edistää ketjun katkaisua ja uudelleen ristiriippumista. Ozon on vielä reaktiivisempi; se muodostaa ozoniteitä kaksoisnaviin, jotka hajoavat ja rikkovat polymeeriketjuja. Tiivistys on suoraan altistettu ilmakehälle, ja pieniä määriä hapoa ja ozonia upotetaan öljyyn, mikä nopeuttaa kumia älystymistä.

• Lämpö:
  Lämpö nopeuttaa oksidaatiota – yleensä 10°C:n nousu kaksinkertaistaa oksidaation nopeuden. Se myös nopeuttaa kumia ja lisäaineiden välisiä reaktioita tai aiheuttaa liukasteiden höyryttyä, mikä heikentää suorituskykyä ja lyhentää käyttöikää.

• Mekaaninen väsymys:
  Vakiona olevan jännityksen (puristus, kierre) alla kumi käy läpi mekaanista oksidaatiota, jota lämpö nopeuttaa. Ajan myötä joustavuus vähenee – tämä on mekaaninen väsymysälystys.

Kumitiivisteen älystymisen seurauksena tiivistys epäonnistuu, tiivistyskyky katoaa, ja lopulta öljy vuotaa.

3.4 Riittämätön alkuinen tiivisteen puristus

Kumitiivistimet perustuvat puristusmuotoon asennuksen aikana tiiviisti sopeutuakseen tiivistyspintoihin ja estääkseen vuotojen reitit. Riittämätön alkuinen puristus voi johtaa vuotoihin. Tämä voi tapahtua:

• Suunnittelun ongelmat: liian pieni tiivisteen poikkileikkaus tai liian iso kaivio;

• Asennuksen ongelmat: kansiin kiristyminen väärin (useimmat relit perustuvat manuaaliseen tunteeseen, mikä tekee tarkasta kontrollista vaikeaa).
  Lisäksi kumiella on kylmäpuristuskerroin, joka on yli kymmenkertainen metallin verrattuna. Alhaisilla lämpötiloilla tiivistys kutistuu ja kovenee, mikä vähentää puristusta entisestään.

3. Liian suuri puristuskerroin

Vaikka puristus on tarpeellinen tiivistämiseksi, liian suuri puristus on haitallista. Se voi aiheuttaa pysyvän muodonmuutoksen asennuksen aikana tai aiheuttaa korkean von Misesin jännityksen, mikä johtaa materiaalin epäonnistumiseen ja lyhyempään käyttöikään. Jälleen kerran manuaalinen kiristyminen usein johtaa liian suureen puristukseen.

4. Pinnalliset defektit tiivistyspintoissa

Haarat, kirkkaat reunat, alhainen pintaruhje tai väärä koneistus tekstuurit tiivistyspintoissa voivat luoda vuotojen reittejä.

5. Lämpötilan vaikutukset

Korkeilla lämpötiloilla kumi pehmenee ja laajenee, mikä voi johtaa tiivisteen puristumiseen ja rikkoutumiseen. Alhaisilla lämpötiloilla kutistuminen ja kovettuminen voivat myös aiheuttaa vuotoja.

6. Väärä kovuuden valinta

Jos kumitiivistin on liian pehmeä tai liian kova, se voi epäonnistua tiivistämässä oikein.

7. Ruohtuva asennus

Huolimatonta asennusta voi vaurioittaa tiivisteen. Esimerkiksi terävät reunat tai kirkkaat karsit voivat raaputtaa O-renkaan, luoden näkymättömiä defektejä, jotka johtavat tiivisteen epäonnistumiseen ja öljyn vuotoon.Lisäksi lasin rajoittaminen voi myös aiheuttaa öljyn vuoton.

Syyt sisältävät:
A) Epätasainen jännitys asennuksen aikana, jota yhtäkkiä muuttuva lämpötila tai paine pahentaa;
B) Lämpöshock, joka aiheuttaa lasin itse rajoittamisen. Rakokset muodostavat vuotojen reittejä, mikä johtaa öljyn menetykseen.

Yhteenveto

SF6-sähkölaitteissa SF6-kaasu toimii pääasiallisena eristämis- ja kaarisammutusmediumina. Sen dielektrinen vahvuus ja kaarisammutuskyky riippuvat suoraan kaasun tiheydestä – korkeampi tiheys yleensä tarkoittaa parempaa suorituskykyä. Kuitenkin valmistuksen, käytön tai ylläpidon ongelmien vuoksi kaasun vuoto on väistämätöntä. Tiheyden pudotessa se johtaa kahden pääasiallisen riskin: vähentyneeseen dielektriseen vahvuuteen ja vähentyneeseen puristinsuljin sammutuskykyyn. Siksi SF6-kaasun tiheyden valvonta on elintärkeää turvalliseen ja luotettavaan toimintaan. Tämä saavutetaan yleensä SF6-tiheyden releillä, jotka tarjoavat kaksi vaihetta varoituksia – hälytys- ja lukitus-signaalit – kun tiheys laskee, mahdollistaen ajallisesti oikean toimenpiteen.

Siksi paikan päällä olevat SF6-tiheyden releit on oltava luotettavia. Yllä mainitun analyysin perusteella päättelemme:

• Öljyn vuotoa näyttävät tiheyden releit on seurattava ja vaihdettava heti.

• Uusiin asennuksiin tulisi suosia öljytöntä tyyppiä, jolla on parempi värinävastus tai parannettu kaasutiivisteinen suunnittelu.