기름 손실이 SF6 릴레이 성능에 어떻게 영향을 미치는가

1.SF6 전기 장비와 SF6 밀도 계측기의 일반적인 유출 문제

SF6 전기 장비는 현재 전력 공급 기업과 산업체에서 널리 사용되고 있으며, 전력 산업의 발전에 크게 기여하고 있습니다. 이러한 장비의 소멸 및 절연 매체는 황화 육플루오라이드(SF6) 가스이며, 이 가스가 누출되지 않아야 합니다. 어떠한 누출이라도 장비의 안정적이고 안전한 작동을 저해하기 때문에, SF6 가스의 밀도를 모니터링하는 것이 필수적입니다. 현재, 기계식 포인터형 밀도 계측기가 이를 위해 주로 사용되고 있습니다. 이러한 계측기는 가스 누출이 발생할 때 경보 및 락 아웃 신호를 트리거하며, 현장에서 밀도 표시도 제공합니다. 진동 저항성을 향상시키기 위해, 이러한 계측기는 일반적으로 실리콘 오일로 충전됩니다.

그러나 실제로, SF6 가스 밀도 계측기에서 오일 누출은 일반적인 문제가 되고 있습니다. 이 문제는 전국의 모든 전력 공급 국에서 경험하고 있는 범위넓은 문제입니다. 일부 계측기는 운영 후 1년 미만에 오일 누출이 발생하기도 합니다. 즉, 오일 충전 밀도 계측기에서 오일 누출은 흔하고 지속적인 문제입니다.

2. 밀도 계측기의 오일 누출 위험

眾所周知，SF6密度繼電器通常使用彈簧式電觸點，並通過磁輔助機制來確保可靠的接觸閉合。然而，報警或鎖定的接觸力主要依賴於彈簧的弱力。即使有磁性輔助，這種力仍然非常小，使得接觸對振動非常敏感。為了提高抗振能力，通常會在繼電器中填充硅油。如果發生油泄漏，將對SF6電氣設備構成潛在的安全風險。

위험 1: 항진동 오일이 완전히 누출되면, 감쇠 효과가 사라져 계측기의 진동 저항성이 크게 감소합니다. 회로 차단기 스위칭 작업 중 강한 기계적 충격으로 인해 포인터가 고착될 수 있으며, 접점이 영구적으로 고장 날 수 (작동하지 않거나 계속 작동 상태) 또는 측정 오차가 허용 한도를 초과할 수 있습니다.

위험 2: 계측기 접점이 자기 보조로 인해 본래 약한 접촉력을 가지고 있기 때문에, 장기간 노출되면 접점 표면이 산화될 수 있습니다. 오일이 완전히 누출된 계측기의 경우, 자기 보조 접점이 공기와 직접 접촉하게 되어 산화되거나 먼지가 쌓이는 경향이 있어 접촉 불량이나 완전한 고장이 발생할 수 있습니다.

보고서에 따르면: 한 전력 회사가 3년 동안 SF6 밀도 계측기의 검사를 강화하면서 196대를 점검했으며, 그 중 6대(약 3%)가 접촉 전도 불량이 발견되었습니다. 이 모든 고장난 계측기는 모두 감쇠 오일을 완전히 잃었습니다. 밀도 계측기가 포인터 고착, 접점 고장, 또는 불안정한 전도로 인해 심각한 그리드 안전 문제를 초래할 수 있습니다. 예를 들어, SF6 회로 차단기가 가스 누출로 절연 매체를 잃었지만, 밀도 계측기가 포인터 고착이나 접점 고장으로 인해 알람을 발동하지 못하면, 차단기가 고장 전류를 차단하려 할 때 재앙적인 결과가 발생할 수 있습니다.

또한, 누출된 오일은 스위치 기어의 다른 구성 요소를 오염시켜 먼지를 끌어들여 안전한 작동을 위협할 수 있습니다. 일부 장치에서는 누출된 계측기를 플라스틱 봉투로 싸서 오일이 퍼지고 먼지가 쌓이는 것을 방지하기도 합니다. 또한, 현대 변전소는 무유형인데, 따라서 오일 누출은 수정해야 하는 결함으로 간주됩니다.

3. 오일 누출의 근본 원인 분석

밀도 계측기의 주요 누출 지점은 단자대와 케이스 사이, 유리 창과 케이스 사이, 그리고 유리 자체의 균열입니다. 많은 누출 계측기를 분해하여 확인한 결과, 주요 누출 원인은 단자대-케이스 및 유리-케이스 인터페이스에서의 밀봉 실패입니다. 다음은 밀봉 실패의 초기 확인된 이유입니다.

3.1 고무 밀봉의 노화

현재 대부분의 밀도 계측기는 나일론 고무(NBR)를 오일 밀봉 O-링에 사용하고 있습니다. NBR은 부타디엔(CH₂=CH–CH=CH₂)과 아크릴 나이트릴(CH₂=CH–CN)의 공중합체로, 에멀젼 중합을 통해 생산됩니다. 이것은 불포화 탄소 체인 고무입니다. 아크릴 나이트릴 함량은 NBR의 특성에 크게 영향을 미칩니다: 높은 함량은 오일, 용매, 화학물질 저항성을 향상시키고 강도, 경도, 마모 저항성, 열 저항성을 증가시키지만, 저온 유연성, 탄성, 통기성을 감소시킵니다.

고무는 다양한 요인으로 인해 가공, 저장, 사용 과정에서 변색, 점성, 경화, 균열 등의 현상을 나타내며, 이를 고무 노화라고 합니다.

NBR 밀봉의 노화를 촉진하는 요인에는 내부 및 외부 요인이 포함됩니다.

3.2 내부 요인

• NBR의 분자 구조:
  NBR은 폴리머 체인에 불포화 이중 결합을 포함하고 있습니다. 열과 기계적 스트레스 하에서 산소가 이 이중 결합과 반응하여 과산화물을 형성하고, 이 과산화물이 산화 생성물로 분해되어 체인 단절과 교차결합을 일으킵니다. 이는 교차결합 밀도를 증가시키고 고무를 더 딱딱하고 취약하게 만듭니다. 더 높은 이중 결합 함량은 노화를 가속화합니다. 또한, 분자 구조의 전자 기증체(예: –CH₃)는 쉽게 산화됩니다.

• 고무 조합제의 영향:
  황화 시스템 선택이 중요합니다. 황 함량이 높을수록 다황화물 교차결합 농도가 증가하지만, 노화를 가속화합니다.

3.3 외부 요인

• 산소와 오존:
  산소는 주요 노화 요인으로, 체인 단절과 재교차결합을 촉진합니다. 오존은 더욱 활성화되어 이중 결합에서 오존화물을 형성하고, 이는 분해되어 폴리머 체인을 단절시킵니다. 밀봉은 공기와 직접 접촉하며, 미량의 산소와 오존이 오일에 녹아 고무 노화를 가속화합니다.

• 열:
  열은 산화를 가속화하며, 일반적으로 10°C 상승은 산화 속도를 두 배로 만듭니다. 또한 고무와 첨가제 사이의 반응을 가속하거나, 휘발성 성분이 증발하여 성능을 저하시키고 수명을 단축시킵니다.

• 기계적 피로:
  지속적인 스트레스(압축, 비틀림) 하에서 고무는 기계적 산화를 겪으며, 열로 인해 가속화됩니다. 시간이 지남에 따라 탄성이 감소하며, 이는 기계적 피로 노화입니다.

고무 밀봉의 노화는 밀봉 실패, 밀봉 능력 상실, 최종적으로 오일 누출로 이어집니다.

3.4 밀봉의 초기 압축 부족

고무 밀봉은 설치 시 압축 변형을 통해 밀봉 표면에 밀착하여 누출 경로를 막습니다. 초기 압축이 부족하면 누출이 발생할 수 있습니다. 이는 다음과 같은 이유로 발생할 수 있습니다:

• 설계 문제: 밀봉 단면적이 너무 작거나 홈이 너무 큽니다;

• 설치 문제: 커버의 잘못된 조임(대부분의 계측기는 손으로 느끼기에 정확한 제어가 어렵습니다).
  또한, 고무는 금속보다 10배 이상 높은 냉수축 계수를 가지고 있습니다. 낮은 온도에서 밀봉은 수축하고 경화되어 압축이 더욱 줄어듭니다.

3. 과도한 압축률

밀봉을 위해서 압축은 필요하지만, 과도한 압축은 해롭습니다. 설치 시 영구적인 변형을 일으킬 수 있으며, 높은 폰 미세스 응력을 발생시켜 재료 파손과 수명 단축을 초래할 수 있습니다. 다시 말해, 수동 조임은 종종 과도한 압축을 초래합니다.

4. 밀봉 표면의 표면 결함

밀봉 표면의 스크래치, 날카로운 부분, 낮은 표면 거칠기, 또는 부적절한 가공 질감은 누출 경로를 생성할 수 있습니다.

5. 온도 효과

고온에서는 고무가 연화되고 팽창하여 밀봉이 깨질 수 있습니다. 저온에서는 수축과 경화로 인해 누출이 발생할 수 있습니다.

6. 부적절한 경도 선택

고무 밀봉이 너무 부드럽거나过硬度选择 如果橡胶密封件过硬或过软，都可能无法正常密封。 **7. 粗糙安装** 粗心的安装可能会损坏密封件。例如，锋利的边缘或毛刺可能会划伤O型圈，造成看不见的缺陷，导致密封失效和漏油。此外，玻璃破裂也会导致漏油。

원인은 다음과 같습니다:
A) 설치 중 불균형한 스트레스, 갑작스러운 온도 또는 압력 변화로 악화됨;
B) 열 충격으로 인해 유리 자체가 균열됨. 균열은 누출 경로를 형성하여 오일 손실을 초래합니다.

결론

SF6 전기 장비에서 SF6 가스는 주요 절연 및 소멸 매체입니다. 그 절연 강도와 회로 차단 능력은 가스 밀도에 직접적으로 의존하며, 더 높은 밀도일수록 일반적으로 더 좋은 성능을 발휘합니다. 그러나 제조, 운전, 유지보수 등 여러 문제로 인해 가스 누출은 불가피합니다. 밀도 감소는 두 가지 주요 위험을 초래합니다: 절연 강도 감소와 회로 차단기의 차단 능력 감소. 따라서 SF6 가스 밀도 모니터링은 안전하고 신뢰성 있는 작동을 위해 필수적입니다. 이는 일반적으로 SF6 밀도 계측기를 통해 수행되며, 밀도가 감소할 때 두 단계의 경고—경보 및 락 아웃 신호—를 제공하여 적시 개입이 가능합니다.

따라서, 현장의 SF6 밀도 계측기는 신뢰성이 있어야 합니다. 위의 분석을 바탕으로 다음과 같이 결론을 내립니다:

• 오일 누출이 발생하는 밀도 계측기는 신속히 모니터링하고 교체해야 합니다.

• 새로 설치되는 계측기는 가능한 한 오일 없는 유형으로 우수한 진동 저항성 또는 개선된 가스 밀폐 설계를 갖춘 것으로 선호됩니다.