1. SF6 विद्युत उपकरण और SF6 घनत्व रिले में तेल रिसाव की सामान्य समस्या
SF6 विद्युत उपकरण अब विद्युत उपयोगकर्ताओं और औद्योगिक इकाइयों में व्यापक रूप से उपयोग किए जा रहे हैं, जो विद्युत उद्योग के विकास में महत्वपूर्ण योगदान दे रहे हैं। इन उपकरणों में आर्क-शमन और अवरोधन माध्यम है सल्फर हेक्साफ्लोराइड (SF6) गैस, जो रिसना नहीं चाहिए। किसी भी रिसाव से उपकरणों के विश्वसनीय और सुरक्षित संचालन को प्रभावित होता है, इसलिए SF6 गैस घनत्व की निगरानी करना आवश्यक है। वर्तमान में, यह निगरानी आम तौर पर यांत्रिक इंगितकार घनत्व रिले के माध्यम से की जाती है। ये रिले गैस रिसाव होने पर चेतावनी और लॉकआउट सिग्नल ट्रिगर कर सकते हैं और ऑन-साइट घनत्व इंगित करने के लिए भी उपयोगी होते हैं। कंपन प्रतिरोध बढ़ाने के लिए, इन रिलों में आम तौर पर सिलिकॉन तेल भरा जाता है।
हालांकि, वास्तविकता में, SF6 गैस घनत्व रिले में तेल रिसाव एक सामान्य समस्या है। यह समस्या व्यापक है—देश के हर विद्युत आपूर्ति ब्यूरो ने इसे अनुभव किया है। कुछ रिले ऑपरेशन के एक साल से कम समय में तेल रिसाव विकसित कर लेते हैं। छोटे शब्दों में, तेल-भरे घनत्व रिले में तेल रिसाव एक व्यापक और लगातार समस्या है।
2. घनत्व रिले में तेल रिसाव की खतरनाकताएँ
जैसा कि ज्ञात है, SF6 घनत्व रिले आम तौर पर एक स्प्रिंग-टाइप विद्युत संपर्क का उपयोग करते हैं, जिसे चुंबकीय सहायता तंत्र से सुधार किया गया है ताकि विश्वसनीय संपर्क बंद किया जा सके। हालांकि, संपर्क बल (चेतावनी या लॉकआउट के लिए) मुख्य रूप से स्प्रिंग के कमजोर बल पर निर्भर करता है। चुंबकीय सहायता के बावजूद, बल बहुत छोटा रहता है, जिससे संपर्क को कंपन के लिए बहुत संवेदनशील बना देता है। कंपन प्रतिरोध बढ़ाने के लिए, सिलिकॉन तेल आम तौर पर रिले में भरा जाता है। यदि तेल रिसाव होता है, तो यह SF6 विद्युत उपकरणों के लिए संभावित सुरक्षा खतरों का कारण बनता है।
खतरनाकता 1: एक बार जब एंटी-वाइब्रेशन तेल पूरी तरह से रिस जाता है, तो डैम्पिंग प्रभाव खो जाता है, जिससे रिले का कंपन प्रतिरोध बहुत कम हो जाता है। सर्किट ब्रेकर स्विचिंग ऑपरेशन के दौरान मजबूत यांत्रिक झटकों के बाद, इंगितकार जम सकता है, संपर्क लगातार विफल हो सकते हैं (या नहीं चलाते हैं या चलाते रहते हैं), या मापन विचलन स्वीकार्य सीमा से अधिक हो सकता है।
खतरनाकता 2: क्योंकि रिले संपर्क चुंबकीय सहायता के साथ अपने स्वयं के कम संपर्क बल के साथ उपयोग किए जाते हैं, लंबे समय तक प्रकट रहने से संपर्क सतहों पर ऑक्सीकरण हो सकता है। तेल खोने वाले रिले के लिए, चुंबकीय सहायता वाले संपर्क सीधे हवा में प्रकट होते हैं, जिससे उन्हें ऑक्सीकरण या धूल जमने की प्रवत्ति होती है, जिससे संपर्क खराब हो सकता है या पूरी तरह से विफल हो सकता है।
रिपोर्ट के अनुसार: एक विद्युत प्राधिकरण ने तीन वर्षों की अवधि के दौरान SF6 घनत्व रिले की जांच को तीव्रता से बढ़ाया, 196 इकाइयों की जांच की गई, और 6 (लगभग 3%) में अविश्वसनीय संपर्क चालन था। इन सभी दोषपूर्ण रिलों ने अपना डैम्पिंग तेल पूरी तरह से खो दिया था। यदि घनत्व रिले को इंगितकार जमना, संपर्क विफलता, या अविश्वसनीय चालन हो, तो यह ग्रिड सुरक्षा को गंभीर रूप से प्रभावित कर सकता है। एक स्थिति की विचार करें जहाँ SF6 सर्किट ब्रेकर गैस रिसाव हो और इसका अवरोधन माध्यम खो जाए, लेकिन घनत्व रिले इंगितकार जमने या संपर्क विफलता के कारण चेतावनी न दे पाए। यदि फिर ब्रेकर एक दोष धारा को ट्रिप करने की कोशिश करे, तो परिणाम विनाशकारी हो सकते हैं।
इसके अलावा, रिस गया तेल स्विचगियर के अन्य घटकों को प्रदूषित कर सकता है, धूल आकर्षित कर सकता है और सुरक्षित संचालन को और भी खतरे में डाल सकता है। कुछ इकाइयाँ रिस रहे रिले को प्लास्टिक के बैग में लपेटकर तेल के फैलने और धूल जमने से बचाने का प्रयास करती हैं। इसके अलावा, आधुनिक उप-स्टेशन तेल-मुक्त डिजाइन किए जाते हैं; इसलिए, तेल रिसाव एक दोष माना जाता है जिसे सुधारना आवश्यक है।
3. तेल रिसाव का मूल कारण विश्लेषण
घनत्व रिले में प्राथमिक रिसाव बिंदु टर्मिनल ब्लॉक और केस, ग्लास विंडो और केस, और ग्लास के दरारों के बीच के सील हैं। कई रिस रहे रिलों को विघटित करने के बाद, हमने यह निर्धारित किया है कि तेल रिसाव का मुख्य कारण टर्मिनल ब्लॉक-केस और ग्लास-केस इंटरफेस पर सील विफलता है। निम्नलिखित सील विफलता के प्रारंभिक पहचाने गए कारण हैं।
3.1 रबर सील का पुराना होना
वर्तमान में, अधिकांश घनत्व रिले तेल-सीलिंग O-रिंग के लिए नाइट्राइल रबर (NBR) का उपयोग करते हैं। NBR बूटाडियन (CH₂=CH–CH=CH₂) और अक्रिलोनिट्राइल (CH₂=CH–CN) का एक कोपॉलिमर है, जो एमल्शन पॉलिमराइजेशन द्वारा उत्पादित होता है। यह एक असंतुलित कार्बन-श्रृंखला रबर है। अक्रिलोनिट्राइल की मात्रा NBR के गुणों पर महत्वपूर्ण प्रभाव डालती है: उच्च मात्रा तेल, विलायक, और रासायनिक प्रतिरोध को बढ़ाती है, ताकि मजबूती, कठोरता, घाटन प्रतिरोध, और ऊष्मा प्रतिरोध बढ़ जाता है, लेकिन ठंडे निकासी, लोच, और वायु पारगम्यता कम हो जाती है।
रबर प्रक्रिया, संग्रहण, और उपयोग के दौरान विभिन्न कारकों के कारण अपघटित होता है, जिससे रंग बदलना, चिपचिपापन, कठोरता, और दरारें आती हैं—ये घटनाएँ एक साथ रबर के पुराना होने के रूप में जानी जाती हैं।
NBR सील के पुराना होने के कारण आंतरिक और बाह्य दोनों होते हैं।
3.2 आंतरिक कारण
NBR की अणु संरचना:
NBR के बहुलक श्रृंखला में असंतुलित द्विगुण संयोजक होते हैं। गर्मी और यांत्रिक तनाव के तहत, ऑक्सीजन इन द्विगुण संयोजकों पर प्रतिक्रिया करता है, परोक्साइड बनाता है जो ऑक्सीकरण उत्पादों में विघटित होते हैं, जिससे श्रृंखला टूट जाती है और क्रॉस-लिंकिंग होती है। यह क्रॉस-लिंक घनत्व बढ़ाता है, जिससे रबर कठोर और टुकड़ा हो जाता है। उच्च द्विगुण संयोजक मात्रा पुराना होने को तेज करती है। इसके अलावा, अणु संरचना में इलेक्ट्रॉन-दाता प्रतिस्थापन (जैसे, –CH₃) आसानी से ऑक्सीकृत होते हैं।
रबर के संयोजन एजेंटों का प्रभाव:
वल्कनाइजेशन प्रणाली का चयन महत्वपूर्ण है। उच्च सल्फर मात्रा पोलिसल्फाइड क्रॉस-लिंक की सांद्रता बढ़ाती है, लेकिन पुराना होने को तेज करती है।
3.3 बाह्य कारण
ऑक्सीजन और ओजोन:
ऑक्सीजन एक प्रमुख पुराना होने का कारण है, जो श्रृंखला टूटने और फिर से क्रॉस-लिंकिंग को बढ़ाता है। ओजोन और भी अधिक प्रतिक्रियाशील है; यह द्विगुण संयोजकों पर ओजोनाइड बनाता है, जो विघटित होते हैं और बहुलक श्रृंखलाओं को टूट देते हैं। सील सीधे हवा में प्रकट होता है, और थोड़ी मात्रा में ऑक्सीजन और ओजोन तेल में घुल जाते हैं, जो रबर के पुराना होने को तेज करते हैं।
गर्मी:
गर्मी ऑक्सीकरण को तेज करती है—आम तौर पर, 10°C की वृद्धि ऑक्सीकरण दर को दोगुना कर देती है। यह रबर और एडिटिव्स के बीच अभिक्रियाओं को तेज करती है या उड़नशील घटकों को वाष्पित करती है, जिससे प्रदर्शन गिर जाता है और सेवा जीवन कम हो जाता है।
मैकेनिकल थकावट:
निरंतर तनाव (संपीड़न, ट्विस्ट) के तहत, रबर में मैकेनिकल ऑक्सीकरण होता है, जो गर्मी से तेज हो जाता है। समय के साथ, लोच कम हो जाती है—यह मैकेनिकल थकावट का पुराना होना है।
रबर सील का पुराना होना सील फ़ेल होने, सीलिंग क्षमता की हानि और अंततः तेल की लीकेज का कारण बनता है।
3.4 सील का प्रारंभिक संपीड़न अपर्याप्त
रबर सील इंस्टॉलेशन के दौरान संपीड़न विकृति पर निर्भर करता है ताकि सीलिंग सतहों के खिलाफ तंग फिट हो और लीकेज पथों को रोका जा सके। प्रारंभिक संपीड़न की कमी लीकेज का कारण बन सकती है। यह निम्नलिखित कारणों से हो सकता है:
डिजाइन की समस्याएं: छोटे सील क्रॉस-सेक्शन या बड़ा ग्रुव;
इंस्टॉलेशन की समस्याएं: कवर को ठीक से टाइटन करना (अधिकांश रिले मैन्युअल फील पर निर्भर करते हैं, जिससे निश्चित नियंत्रण कठिन हो जाता है)।
इसके अलावा, रबर का ठंडा-संकुचन गुणांक धातु की तुलना में दस गुना अधिक होता है। ठंडे तापमान पर, सील संकुचित हो जाता है और कठोर हो जाता है, जिससे संपीड़न और भी कम हो जाता है।
3. अतिरिक्त संपीड़न दर
जबकि सीलिंग के लिए संपीड़न आवश्यक है, अतिरिक्त संपीड़न हानिकारक है। यह इंस्टॉलेशन के दौरान स्थायी विकृति का कारण बन सकता है या उच्च वॉन माइसेस तनाव उत्पन्न कर सकता है, जिससे सामग्री फ़ेल हो जाती है और लंबाई कम हो जाती है। फिर, मैन्युअल टाइटनिंग अक्सर ओवर-संपीड़न का कारण बनती है।
4. सीलिंग सतहों पर सतही दोष
खरोंच, बर, कम सतह रफ़्नेस, या अनुचित मशीनिंग टेक्स्चर सीलिंग सतहों पर लीकेज पथ बना सकते हैं।
5. तापमान का प्रभाव
उच्च तापमान पर, रबर मुलायम हो जाता है और फैल जाता है, जिससे सील बाहर निकल सकता है और टूट सकता है। ठंडे तापमान पर, संकुचन और कठोरता भी लीकेज का कारण बन सकती है।
6. अनुचित कठोरता का चयन
यदि रबर सील बहुत मुलायम या बहुत कठोर है, तो यह ठीक से सील नहीं कर सकता है।
7. अनियमित इंस्टॉलेशन
असावधान इंस्टॉलेशन सील को नुकसान पहुंचा सकता है। उदाहरण के लिए, तेज एज या बर ओ-रिंग को खरोंच सकते हैं, जिससे दृश्य रूप से दिखाई नहीं देने वाले दोष बनते हैं जो सील फ़ेल और तेल की लीकेज का कारण बनते हैं।इसके अलावा, ग्लास क्रैकिंग भी तेल की लीकेज का कारण बन सकती है।
कारण शामिल हैं:
ए) इंस्टॉलेशन के दौरान असमान तनाव, जो तापमान या दबाव में अचानक बदलाव से बढ़ा हुआ होता है;
बी) थर्मल शॉक जो ग्लास को खुद को टूटने का कारण बनता है। दरार लीकेज पथ बनाती हैं, जिससे तेल की हानि होती है।
निष्कर्ष
SF6 इलेक्ट्रिकल उपकरणों में, SF6 गैस प्राथमिक इन्सुलेटिंग और आर्क-क्वेंचिंग माध्यम के रूप में काम करती है। इसकी डाइएलेक्ट्रिक स्ट्रेंथ और आर्क-इंटररप्टिंग क्षमता गैस घनत्व पर निर्भर करती है—उच्च घनत्व आमतौर पर बेहतर प्रदर्शन का कारण बनता है। हालांकि, विनिर्माण, संचालन, या रखरखाव की समस्याओं के कारण, गैस लीकेज अनिवार्य है। घनत्व में गिरावट दो मुख्य जोखिमों का कारण बनती है: कम डाइएलेक्ट्रिक स्ट्रेंथ और कम सर्किट ब्रेकर इंटररप्टिंग क्षमता। इसलिए, SF6 गैस घनत्व की निगरानी सुरक्षित और विश्वसनीय संचालन के लिए महत्वपूर्ण है। यह आमतौर पर SF6 घनत्व रिले का उपयोग करके किया जाता है, जो घनत्व कम होने पर दो-स्तरीय चेतावनी—अलार्म और लॉकआउट सिग्नल—प्रदान करता है, जिससे समय पर हस्तक्षेप संभव होता है।
इसलिए, ऑन-साइट SF6 घनत्व रिले विश्वसनीय होना चाहिए। ऊपर दिए गए विश्लेषण के आधार पर, हम निष्कर्ष निकालते हैं:
तेल लीकेज दिखाने वाले घनत्व रिले को तत्काल निगरानी करना और बदलना चाहिए।
नए इंस्टॉल किए गए रिले अधिकांशतः तेल-मुक्त प्रकार के होने चाहिए जिनमें बेहतर वाइब्रेशन रिसिस्टेंस या सुधारित गैस-सील्ड डिजाइन हो।
