Kako utječe gubitak ulja na performanse SF6 reléa

1. SF6-električna oprema i uobičajeni problem curenja ulja u reljefima gustoće SF6

SF6-električna oprema sada se široko koristi u energetskim preduzećima i industrijskim poduzećima, značajno unapređujući razvoj energetske industrije. Sredstvo za ugaseći luk i izolaciju u toj opremi je šestofluorid svjetskih (SF6) plin, koji ne smije cijuti. Bilo kakvo curenje kompromitira pouzdanu i sigurnu radnju opreme, što čini nužnim nadgledanje gustoće SF6 plina. Trenutno, često se koriste mehanički pokazivačni reljefi gustoće. Ovi reljefi mogu aktivirati alarmske i blokirajuće signale kada dođe do curenja plina, te pružaju lokalnu indikaciju gustoće. Za poboljšanje otpornosti na vibracije, ovi reljefi obično su ispuni silikonskim uljem.

Međutim, u praksi, curenje ulja iz reljefa gustoće SF6 plina predstavlja uobičajen problem. Taj problem je široko rasprostranjen—svako električno državno preduzeće u zemlji je susrela s njim. Neki reljefi razvijaju curenje ulja manje od godinu dana nakon postavljanja. Krajnje rečeno, curenje ulja u ispunitim reljefima gustoće predstavlja uobičajen i stalni problem.

2. Opasnosti curenja ulja u reljefima gustoće

Kao što je dobro poznato, reljefi gustoće SF6 obično koriste vrtljaju kontakt, pojačani magnetnom pomoćnom mehanizmom kako bi se osiguralo pouzdano zatvaranje kontakta. Međutim, snaga kontakta (za alarm ili blokiranje) uglavnom se oslanja na slabu snagu vrtljaka. Čak i s magnetnom pomoću, snaga ostaje vrlo mala, što čini kontakte visoko osjetljivima na vibracije. Za poboljšanje otpornosti na vibracije, obično se silikonsko ulje ispunjava u reljef. Ako dođe do curenja ulja, to predstavlja potencijalne sigurnosne rizike za SF6-električnu opremu.

Opasnost 1: Kada se antivibracijsko ulje potpuno iscuri, gubi se dempenzija, drastično smanjujući otpornost reljefa na vibracije. Nakon jakih mehaničkih udara tijekom operacija prekidanja prekidnika, pokazivač može zastati, kontakti mogu trajno propasti (bilo da ne djeluju ili ostaju djelotvorni), ili odstupanja mjerenja mogu preći dopuštena ograničenja.

Opasnost 2: Budući da su kontakti reljefa pomognuti magnetski s prirodom niskom silom kontakta, dugotrajan izlaganje može dovesti do oksidacije površine kontakata. Za reljefe koji su potpuno izgubili ulje, magnetski pomognuti kontakti su direktno izloženi zraku, što ih čini sklonim oksidaciji ili nagomilavanju prašine, rezultirajući lošim kontaktom ili potpunom propastijom.

Prema izvješćima: Tijekom trogodišnjeg razdoblja u kojem jedno preduzeće intenziviralo je testiranje reljefa gustoće SF6, pregledano je 196 jedinica, a 6 (oko 3%) su se pokazale kao nepouzdane u provođenju kontakta. Svi ti defektne reljefi potpuno su izgubili svoje dempenzirajuće ulje. Ako reljef gustoće trpi zastoj pokazivača, propast kontakata ili nepouzdano provođenje, to može ozbiljno kompromitirati sigurnost mreže. Uzmimo u obzir situaciju gdje SF6 prekidnik cijedi plin i izgubi svoje izolacijsko sredstvo, ali reljef gustoće ne aktivira alarm zbog zastoja pokazivača ili propaste kontakta. Ako prekidnik tada pokuša prekinuti strujni krug greške, posljedice bi mogle biti katastrofalan.

Dodatno, iscurilo ulje može kontaminirati druge komponente aparata za prekid, privlačeći prašinu i dalje stavljaći u opasnost sigurnu radnju. Neke jedinice se suočavaju sa zaplitanjem curenog reljefa u plastiku kako bi se sprečilo širenje ulja i nagomilavanje prašine. Također, moderne pretvorne naprave dizajnirane su bez ulja; stoga, curenje ulja smatra se nedostatkom koji mora biti ispravljen.

3. Analiza temeljnih uzroka curenja ulja

Glavni točke curenja u reljefima gustoće su uskočnice između terminalne ploče i kućišta, staklenog prozora i kućišta, te pukotina u samom staklu. Kroz dekompoziciju mnogo curenih reljefa utvrđeno je da glavni uzrok curenja ulja je propust uskočnice između terminalne ploče i kućišta te staklenog prozora i kućišta. Sljedeći su prepoznati uzroci propusta uskočnice.

3.1 Staranje gumenih uskočnica

Trenutno, većina reljefa gustoće koristi nitričnu gumu (NBR) za uskočnice za zatvaranje ulja. NBR je kopolimer butadiena (CH₂=CH–CH=CH₂) i akrilnitrijela (CH₂=CH–CN), proizveden putem emulzijske polimerizacije. To je nenasycena ugljikovodonska guma. Sadržaj akrilnitrijela značajno utječe na osobine NBR: viši sadržaj poboljšava otpornost na ulje, rastvoritelje i kemikalije, povećava čvrstoću, tvrdocu, otpornost na izgorevanje i toplinsku otpornost, ali smanjuje fleksibilnost na hladno, elastičnost i propusnost zraka.

Guma se degradira tijekom obrade, skladištenja i upotrebe zbog različitih faktora, prikazujući boju, lepljivost, tvrdnutak i pucanje—fenomeni kolektivno poznati kao staranje gume.

Faktori koji doprinose staranju NBR uskočnica uključuju interne i eksterne uzroke.

3.2 Interni uzroci

• Molekularna struktura NBR:
  NBR sadrži nenasycene dvostihe u svojoj polimerne lancu. Pod toplinom i mehaničkim stresom, kisik reagira na ovim dvostihama, formirajući peroxide koji se raspadaju u oksidativne proizvode, uzrokujući lamanje lanaca i povezivanje. To povećava gustinu povezanja, čineći gumu tvrdijom i hrskavijom. Viši sadržaj dvostiha ubrzava staranje. Također, donosioci elektrona (npr., –CH₃) u molekularnoj strukturi lako se oksidiraju.

• Učinak spojeva gume:
  Izbor vulkanizacijskog sustava je ključan. Viši sadržaj sirovine povećava koncentraciju polisulfidnih povezanja, ali ubrzava staranje.

3.3 Eksterni uzroci

• Kisik i ozon:
  Kisik je glavni faktor staranja, potičući lamanje lanaca i ponovno povezivanje. Ozon je još reaktivniji; formira ozonide na dvostihama, koji se raspadaju i lome polimerne lanace. Uskočnica je direktno izložena zraku, a tragovi kisika i ozona otapanju u ulje, ubrzavajući staranje gume.

• Toplina:
  Toplina ubrzava oksidaciju—obično, porast temperature za 10°C dvostruko povećava brzinu oksidacije. Također ubrzava reakcije između gume i dodataka ili dovodi do isparavanja letvljivih sastojaka, degradirajući performanse i skraćujući životnu dobu.

• Mehanička umor:
  Pod stalnim stresom (stlačenje, zakretanje), guma podliježe mehaničkoj oksidaciji, ubrzanoj toplinom. S vremenom, elastičnost se smanjuje—ovo je mehaničko umor staranje.

Staranje gumenih uskočnica dovodi do propusta uskočnice, gubitka sposobnosti zatvaranja i konačno curenja ulja.

3.4 Nedostatak početnog stlačenja uskočnice

Gumene uskočnice ovisne su o deformaciji stlačenja tijekom instalacije kako bi se čvrsto prilagodile površinama zatvaranja i blokirale puteve curenja. Nedostatak početnog stlačenja može dovesti do curenja. To se može dogoditi zbog:

• Dizajnerskih problema: premali presjek uskočnice ili preveliki ravnalo;

• Problemi pri instalaciji: nepravilno zategivanje poklopca (većina reljefa se oslanja na ručno osjećanje, što čini preciznu kontrolu teškom).
  Dodatno, guma ima koeficijent hladnog sušenja desetak puta veći od metala. Na niskim temperaturama, uskočnica se suši i tvrdi, dalje smanjujući stlačenje.

3. Preveliki stopa stlačenja

Iako je stlačenje nužno za zatvaranje, preveliko stlačenje je štetno. Može uzrokovati trajnu deformaciju tijekom instalacije ili generirati visok von Mises stress, dovodeći do materijalne propasti i skraćivanja životne dobi. Ponovno, ručno zategivanje često rezultira prevelikim stlačenjem.

4. Defekti površine zatvaranja

Iskre, burine, niska površinska grubost ili nepravilna obrada teksture površine zatvaranja mogu stvoriti puteve curenja.

5. Efekti temperature

Na visokim temperaturama, guma mijekše i širi se, potencijalno izbacujući i prekidajući zatvaranje. Na niskim temperaturama, sušenje i tvrdenje također može uzrokovati curenje.

6. Nepravilna odabir tvrdoca

Ako je gumeni zatvarač previše mekak ili previše tvrd, može neuspješno zatvoriti.

7. Nepravilna instalacija

Neoprezna instalacija može oštetiti zatvarač. Na primjer, oštre rubove ili burine mogu oštetiti O-ring, stvarajući nevidljive defekte koji dovode do propusta zatvarača i curenja ulja.Dodatno, pucanje stakla također može uzrokovati curenje ulja.

Uzroci uključuju:
A) Neredovito stres tijekom instalacije, pogoršan naglim promjenama temperature ili tlaka;
B) Toplinski šok koji dovodi do pucanja samog stakla. Pucnje stvara puteve curenja, rezultirajući gubitkom ulja.

Zaključak

U SF6-električnoj opremi, SF6 plin služi kao glavno izolacijsko i ugaseći sredstvo. Njegova dielektrička čvrstoća i sposobnost prekidanja luka direktno ovisi o gustoći plina—viša gustoća obično znači bolje performanse. Međutim, zbog proizvodnje, rada ili održavanja, curenje plina je neizbiveno. Pad gustoće dovodi do dva glavna rizika: smanjene dielektrične čvrstoće i smanjene sposobnosti prekidanja prekidnika. Stoga, nadgledanje gustoće SF6 plina ključno je za sigurnu i pouzdanu radnju. To se obično postiže korištenjem reljefa gustoće SF6, koji pružaju dvostepene upozorenja—alarmske i blokirajuće signale—kada gustoća pada, omogućujući pravo vrijeme intervencije.

Stoga, reljefi gustoće na mjestu moraju biti pouzdani. Na temelju gore navedene analize, zaključujemo:

• Reljefi gustoće koji pokazuju curenje ulja moraju biti pravovremeno nadgledani i zamijenjeni.

• Novo instalirani reljefi trebaju preferirati tipove bez ulja s poboljšanom otpornosti na vibracije ili poboljšanim dizajnama zatvaranja plina.