1. SF6 elektromos berendezések és az olajszivárgás gyakori problémája az SF6 sűrűség-relében
Az SF6 elektromos berendezések jelenleg széles körben használatban vannak az energiaüzemekben és ipari vállalatokban, jelentősen elősegítve az energiaipar fejlődését. Az ilyen felszerelések ívkitörlési és izoláló közegének a szulfurhexaszilán (SF6) gáz, amely nem szabad, hogy szivárogjon. Bármilyen szivárgás kompromittálja a berendezések megbízható és biztonságos működését, ezért alapvető fontosságú az SF6 gáz sűrűségének figyelése. Jelenleg a mechanikus mutatótípusú sűrűség-relék ezt a célra használatosak. Ezek a relék riasztási és zárolási jeleket indíthatnak, ha gázsivárgás történik, valamint helyi sűrűségmutatást is biztosítanak. A rezgésszünetesség javítása érdekében ezek a relék általában silikonolajjal töltődnek.
Azonban a gyakorlatban az SF6 gáz sűrűség-relékben lévő olajszivárgás egy gyakori probléma. Ez a probléma elterjedt—az ország minden energiaellátási irodája már találkozott vele. Néhány relé már kevesebb mint egy év működés alatt olajszivárgást fejleszt ki. Röviden, az olajszivárgás a töltött sűrűség-relékben egy elterjedt és tartós probléma.
2. Az olajszivárgás kockázatai a sűrűség-relékben
Mint ismert, az SF6 sűrűség-relék általában rugó típusú elektrikai kapcsolót használnak, amelyet mágneses segédrendszerkel egészítnek ki a megbízható kapcsolózáshoz. Azonban a kapcsolóerő (riasztáshoz vagy zároláshoz) főként a rugó gyenge erőjére támaszkodik. Még a mágneses segítséggel is a nyomás nagyon kicsi, ami a kapcsolók nagyon érzékenyvé teszi a rezgésre. A rezgésszünetesség javítása érdekében általában silikonolajt töltnek a relébe. Ha olajszivárgás történik, potenciális biztonsági kockázatok merülhetnek fel az SF6 elektromos berendezésekben.
Kockázat 1: Amennyiben a rezgésszünetes olaj teljesen kiszivárog, elveszítjük a lecsengést, ami drasztikusan csökkenti a relé rezgésszünetességét. Erős mechanikai szökés után átkapcsoló műveletek során a mutató rögzödhet, a kapcsolók hirtelen meghibásodhatnak (vagy nem aktiválódnak, vagy maradva aktívak), vagy a mérési eltérések elfogadható határértékeken felül haladhatnak.
Kockázat 2: Mivel a relé kapcsolói mágneses segítséggel működnek, és a kapcsolóerő alapvetően nagyon kicsi, a hosszú ideig tartó kitettség miatt a kapcsolófelületek oxidálódhatnak. Az olajból teljesen üres relék esetén a mágneses segítséggel működő kapcsolók közvetlenül a levegőhöz vannak kitett, ami okozhat oxidációt vagy porgyülemlés, ami rossz kapcsolózást vagy teljes meghibásodást eredményez.
A jelentések szerint: Egy hároméves időszakban, amikor egy energiaüzem intensívebben vizsgálta az SF6 sűrűség-reléket, 196 egységet ellenőriztek, és 6 (kb. 3%) megbízhatatlan kapcsolózást mutatott. Mindegyik hibás relé teljesen elvesztette a lecsengést. Ha egy sűrűség-relé rögzült mutatóval, hibás kapcsolókkal vagy megbízhatatlan vezetési képességgel rendelkezik, súlyosan veszélyeztetheti a hálózat biztonságát. Képzelje el, hogy egy SF6 átkapcsoló gázsivárgást szenved, és elveszíti a hőszigetelő közegét, de a sűrűség-relé nem tud riasztást indítani a rögzült mutató vagy hibás kapcsoló miatt. Ha a kapcsoló akkor próbálna hibajáratot megszakítani, a következmények tragikusak lehetnek.
Ezenkívül a kiszivárgó olaj más átkapcsoló részeit is megfertőzheti, porral terhelheti, tovább fenyegetve a biztonságos működést. Néhány egység plastikzoszlopba csomagolja a sivárgó relét, hogy megakadályozza az olaj szétfolyását és a por gyülemlékét. Továbbá a modern átalakítóállomások olajmentesek tervezésben, tehát az olajszivárgás olyan hiba, amelyet javítani kell.
3. Az olajszivárgás gyökérkauzusa
A sűrűség-relék főbb szivárgási pontjai a terminál blokk és a burkolat, a üvegablak és a burkolat, valamint a üvegben lévő repedések közötti szegélyek. Számos sivárgó relé felbontásán keresztül megállapítottuk, hogy az olajszivárgás főbb oka a terminál blokk-burkolat és üveg-burkolat szegélyeknek a meghibásodása. A következők a szegélyek meghibásodásának előzetesen azonosított oka.
3.1 Gumi szegély öregedése
Jelenleg a legtöbb sűrűség-relé nitrilgumit (NBR) használ az olajszegély O-görögjéhez. Az NBR a butadien (CH₂=CH–CH=CH₂) és az acrylonitril (CH₂=CH–CN) kopolimere, emulgált polimerizációval készül. Ez egy nem teljesen sättített szénláncú guma. Az acrylonitril tartalma jelentősen befolyásolja az NBR tulajdonságait: magasabb tartalom javítja az olaj, oldóanyag és kémiai ellenállást, növeli az erősséget, keményítettséget, szenvedélyességet és hőmérséklet-ellenállást, de csökkenti a hideg rugalmasságot, rugalmasságot és levegőátengedési képességet.
A guminak a feldolgozás, tárolás és használat során különböző tényezők miatt romlik, diszkréciót, ragasztóságot, keményedést és repedést mutat—ezek a jelenségek együttesen a gumi öregedésének nevezhetők.
Az NBR szegélyek öregedésének okai belső és külső okokat is tartalmaznak.
3.2 Belső okok
Az NBR molekuláris szerkezete:
Az NBR polymer láncában szaturált dupla kötések vannak. Hősugár és mechanikai stressz mellett az oxigén reagál ezen dupla kötések mentén, peroxidokat formál, amelyek lebomlanak oxidatív termékekbe, ami lánccsonkoltatást és kereszteződést eredményez. Ez növeli a kereszteződés sűrűségét, ami a gumit keményebbé és merevebbé teszi. Magasabb dupla kötési tartalom gyorsabban öregedést okoz. Ezenkívül a molekuláris szerkezetben az elektron-adó csoportok (pl. –CH₃) könnyen oxidálódnak.
A gumi keverékanyagok hatása:
A vulkanizálási rendszer kiválasztása kulcsfontosságú. Magasabb szénmagyarázat növeli a polyszulfid kereszteződés koncentrációját, de gyorsítja az öregedést.
3.3 Külső okok
Oxigén és ozon:
Az oxigén az elsődleges öregedési tényező, ami lánccsonkoltatást és újraszilárdítást okoz. Az ozon még reaktívabb; dupla kötések mentén ozonidokat formál, amelyek lebomlanak és lerombolják a polymer láncokat. A szegély közvetlenül a levegőhöz van kitett, és apró mennyiségű oxigén és ozon oldódik az olajban, ami gyorsítja a gumi öregedését.
Hő:
A hő gyorsítja az oxidációt—általában 10°C-es emelkedés a kétszeres oxidációs sebességet eredményezi. Ezenkívül a hő gyorsítja a gumi és az additív közötti reakciókat, vagy a volatil komponensek evaporálását, ami rombolja a teljesítményt és rövidíti a szolgáltatási élettartamot.
Mechanikai fáradtság:
Állandó stressz (nyomás, torzió) mellett a gumi mechanikai oxidációt szenved, amit a hő gyorsít. Idővel a rugalmasság csökken—ez a mechanikai fáradtsági öregedés.
A gumi szegély öregedése a szegély meghibásodását, a szegélyezési képesség elvesztését és végül az olajszivárgást okozza.
3.4 A szegély kezdeti nyomásának hiánya
A gumi szegélyek a telepítés során a nyomás alakváltozásra támaszkodnak, hogy szorosan illeszkedjenek a szegélyfelületekhez és letakarják a szivárgási utakat. A kezdeti nyomás hiánya szivárgást okozhat. Ez történhet:
Tervezési problémák: túl kis szegély keretszelet vagy túl nagy szegélyfélfal;
Telepítési problémák: a fedő nem megfelelő szorítása (a legtöbb relé kézzel érzékelhető, ami pontos ellenőrzést nehézít).
3. Túl nagy nyomásarány
Bár a nyomás szükséges a szegélyezéshez, a túl nagy nyomás káros. Telepítés közben állandó deformációt okozhat, vagy nagy von Mises nyomatékot generál, ami anyaghibát és rövidebb élettartamot eredményez. Ismét, a kézi szorítás gyakran túl nagy nyomást okoz.
4. A szegélyfelületek felületi hibái
Ránthelyek, körülmetéltek, alacsony felületi durváság vagy rossz feldolgozási textúrák a szegélyfelületeken szivárgási utakat hozhatnak létre.
5. A hőmérséklet hatása
Magas hőmérsékleten a gumi lembesedik és kifullad, ami kiesésre és szegély meghibásodásra vezethet. Alacsony hőmérsékleten a szűkülés és a merevülés is szivárgást okozhat.
6. A keményítési fok rossz kiválasztása
Ha a gumi szegély túl puha vagy túl kemény, nem tud megfelelően szegélyezni.
7. Nem megfelelő telepítés
A gondatlanság a telepítés során károsíthatja a szegélyt. Például élesen szegő részek vagy körülmetéltek megviselhetik az O-görögöt, aminek nem látható hibái szegély meghibásodást és olajszivárgást okozhatnak. Ezenkívül a üveg törése is olajszivárgást okozhat.A törések szivárgási utakat hoznak létre, ami olajveszteséget eredményez.
Az okok:
A) Egyenletes stressz hiánya a telepítés során, ami hirtelen hőmérsékleti vagy nyomásbeli változásokkal bonyodolhat;
B) Hőszokás, ami a üveg magát is törheti. A törések szivárgási utakat hoznak létre, ami olajveszteséget okoz.
Összefoglalás
Az SF6 elektromos berendezésekben az SF6 gáz az elsődleges izoláló és ívkitörlési közeg. Dielektrikus ereje és ívkitörlési képessége közvetlenül a gáz sűrűségétől függ—magasabb sűrűség általában jobb teljesítményt jelent. Azonban a gyártás, működés vagy karbantartás miatti problémák miatt a gázsivárgás elkerülhetetlen. A sűrűség csökkenése két fő kockázatot jelent: csökkenő dielektrikus erejét és csökkenő átkapcsolószakadó kapacitást. Tehát az SF6 gáz sűrűségének figyelése alapvető fontosságú a biztonságos és megbízható működéshez. Ez általában SF6 sűrűség-reléket használ, amelyek két szintű figyelmeztetést adnak—riasztási és zárolási jeleket—a sűrűség csökkenésekor, lehetővé téve a időben történő beavatkozást.
Tehát a helyi SF6 sűrűség-reléknek megbízhatónak kell lenniük. A fenti elemzés alapján következtetünk:
Az olajszivárgást mutató sűrűség-relékkel ellátott egységeknek szükség van gyors monitorozásra és cserére.
Az új telepítésnél inkább olajmentes, rezgésszünetesebb típusú reléket, vagy javított gázszegélyes tervezésű reléket célszerű használni.
