Bagaimana Kerugian Minyak Mempengaruhi Prestasi Rile SF6

1. Peralatan Elektrik SF6 dan Masalah Umum Kebocoran Minyak pada Relai Kepadatan SF6

Peralatan elektrik SF6 kini digunakan secara luas di perusahaan utilitas listrik dan industri, yang secara signifikan mendorong perkembangan industri listrik. Media pemadam busur dan isolasi dalam peralatan tersebut adalah gas sulfur heksafluorida (SF6), yang tidak boleh bocor. Setiap kebocoran akan mengganggu operasi peralatan yang andal dan aman, sehingga penting untuk memantau kepadatan gas SF6. Saat ini, relai kepadatan tipe penunjuk mekanis umumnya digunakan untuk tujuan ini. Relai-relai ini dapat memicu sinyal alarm dan penguncian ketika terjadi kebocoran gas, serta memberikan indikasi kepadatan di tempat. Untuk meningkatkan ketahanan terhadap getaran, relai-relai ini biasanya diisi dengan minyak silikon.

Namun, dalam praktiknya, kebocoran minyak dari relai kepadatan SF6 merupakan masalah umum. Masalah ini tersebar luas—setiap biro penyedia listrik di seluruh negara telah mengalaminya. Beberapa relai mengalami kebocoran minyak kurang dari setahun setelah beroperasi. Singkatnya, kebocoran minyak pada relai kepadatan yang diisi minyak adalah masalah yang umum dan persisten.

2. Bahaya Kebocoran Minyak pada Relai Kepadatan

Seperti diketahui, relai kepadatan SF6 umumnya menggunakan kontak listrik tipe pegas, ditingkatkan dengan mekanisme bantuan magnetik untuk memastikan penutupan kontak yang andal. Namun, gaya kontak (untuk alarm atau penguncian) bergantung pada gaya lemah dari pegas. Meskipun dengan bantuan magnetik, gaya tetap sangat kecil, membuat kontak sangat sensitif terhadap getaran. Untuk meningkatkan ketahanan terhadap getaran, minyak silikon biasanya diisi ke dalam relai. Jika terjadi kebocoran minyak, hal ini menimbulkan risiko keselamatan potensial bagi peralatan elektrik SF6.

Bahaya 1: Begitu minyak anti-getaran bocor sepenuhnya, efek redaman hilang, drastis mengurangi ketahanan relai terhadap getaran. Setelah guncangan mekanis kuat selama operasi peralihan pemutus sirkuit, penunjuk mungkin macet, kontak mungkin gagal secara permanen (baik tidak beraksi atau tetap beraksi), atau penyimpangan pengukuran melebihi batas yang dapat diterima.

Bahaya 2: Karena kontak relai dibantu magnetik dengan gaya kontak yang sangat rendah, paparan jangka panjang dapat menyebabkan oksidasi permukaan kontak. Untuk relai yang telah kehilangan semua minyak, kontak yang dibantu magnetik langsung terpapar udara, membuatnya rentan terhadap oksidasi atau akumulasi debu, yang menghasilkan kontak buruk atau gagal total.

Menurut laporan: Selama periode tiga tahun di mana satu utilitas meningkatkan pengujian relai kepadatan SF6, 196 unit diperiksa, dan 6 (sekitar 3%) ditemukan memiliki konduksi kontak yang tidak dapat diandalkan. Semua relai yang cacat ini telah kehilangan minyak redaman mereka sepenuhnya. Jika relai kepadatan mengalami penunjuk yang macet, kontak yang gagal, atau konduksi yang tidak dapat diandalkan, hal ini dapat sangat mengganggu keamanan jaringan. Pertimbangkan skenario di mana pemutus sirkuit SF6 bocor gas dan kehilangan medium isolasinya, tetapi relai kepadatan gagal memicu alarm karena penunjuk yang macet atau kontak yang rusak. Jika pemutus kemudian mencoba memutus arus gangguan, konsekuensinya bisa bencana.

Selain itu, minyak yang bocor dapat mencemari komponen lain dari switchgear, menarik debu, dan lebih lanjut mengancam operasi yang aman. Beberapa unit menggunakan plastik untuk membungkus relai yang bocor untuk mencegah minyak menyebar dan menumpuk debu. Selain itu, substation modern dirancang bebas minyak; oleh karena itu, kebocoran minyak dianggap sebagai cacat yang harus diperbaiki.

3. Analisis Penyebab Akar Kebocoran Minyak

Titik-titik kebocoran utama pada relai kepadatan adalah segel antara blok terminal dan casing, jendela kaca dan casing, dan retakan pada kaca itu sendiri. Melalui pembongkaran banyak relai yang bocor, kami telah menentukan bahwa penyebab utama kebocoran minyak adalah kegagalan segel pada antarmuka blok terminal-ke-casing dan kaca-ke-casing. Berikut adalah alasan awal yang diidentifikasi untuk kegagalan segel.

3.1 Penuaan Segel Karet

Saat ini, sebagian besar relai kepadatan menggunakan karet nitril (NBR) untuk O-ring pengunci minyak. NBR adalah kopolimer dari butadiena (CH₂=CH–CH=CH₂) dan asetonitril (CH₂=CH–CN), diproduksi melalui polimerisasi emulsi. Ini adalah karet rantai karbon yang tidak jenuh. Kandungan asetonitril secara signifikan mempengaruhi sifat NBR: kandungan yang lebih tinggi meningkatkan tahan minyak, pelarut, dan kimia, meningkatkan kekuatan, kekerasan, ketahanan aus, dan tahan panas, tetapi mengurangi fleksibilitas dingin, elastisitas, dan permeabilitas udara.

Karet mengalami degradasi selama proses, penyimpanan, dan penggunaan karena berbagai faktor, menunjukkan perubahan warna, lengket, keras, dan retak—fenomena yang dikenal sebagai penuaan karet.

Faktor-faktor yang menyebabkan penuaan segel NBR termasuk penyebab internal dan eksternal.

3.2 Penyebab Internal

• Struktur Molekul NBR:
  NBR mengandung ikatan rangkap tidak jenuh dalam rantai polimernya. Dalam kondisi panas dan stres mekanis, oksigen bereaksi pada ikatan rangkap ini, membentuk peroksida yang terurai menjadi produk oksidatif, menyebabkan putus rantai dan silang. Hal ini meningkatkan kepadatan silang, membuat karet lebih keras dan rapuh. Kandungan ikatan rangkap yang lebih tinggi mempercepat penuaan. Selain itu, substituen donator elektron (mis., –CH₃) dalam struktur molekul mudah teroksidasi.

• Efek Agen Pengolahan Karet:
  Pilihan sistem vulkanisasi sangat penting. Kandungan belerang yang lebih tinggi meningkatkan konsentrasi silang polisulfida tetapi mempercepat penuaan.

3.3 Penyebab Eksternal

• Oksigen dan Ozon:
  Oksigen adalah faktor penuaan utama, mempromosikan putus dan re-silang rantai. Ozon bahkan lebih reaktif; ia membentuk ozonida pada ikatan rangkap, yang terurai dan memutus rantai polimer. Segel terpapar langsung ke udara, dan jumlah jejak oksigen dan ozon larut dalam minyak, mempercepat penuaan karet.

• Pan