Kako izguba olja vpliva na delovanje SF6 releja?

1. SF6 električna oprema in pogosta težava s curenjem olja v gostotnih relejah SF6

SF6 električna oprema se danes široko uporablja v elektrarnah in industrijskih podjetjih, zelo napredujejo razvoj električnega sektorja. V takšni opremi je za uglaševanje in izolacijo uporabljen šesterokisi kovin (SF6), ki ne sme cedit. Vsako curenje ogrozi zanesljivo in varno delovanje opreme, zato je ključnega pomena nadzirati gostoto SF6 plina. Trenutno se za to namen najpogosteje uporabljajo mehanski kazalnik tipa gostotni relji. Ti releji lahko ob curenju plina sprostijo alarm in zaklepne signale ter tudi omogočajo na mesto indikacijo gostote. Za izboljšanje odpornosti na vibe so ti releji običajno napolnjeni z silikonskim oljem.

V praksi pa je curenje olja iz gostotnih relejev SF6 pogosta težava. Ta problem je široko razširjen – srečali so ga vsi električni prenosniki po državi. Nekateri releji začnejo cedit olje že v manj kot enem letu operacije. Kratek rečeno, curenje olja v napolnjenih gostotnih relejih je pogosto in trajno stanje.

2. Nevarnosti curenja olja v gostotnih relejih

Kot je znano, gostotni releji SF6 običajno uporabljajo kontaktno vezavo s pržkom, okrepitve pa dosežejo z magnetno pomočjo, da zagotovijo zanesljivo zapiranje kontakta. Vendar pa se sila kontakta (za alarm ali zaklep) glavno odvija od slabe sile pržka. Čeprav je prisotna magnetna pomoč, ostane ta sila zelo majhna, kar povečuje občutljivost kontaktov na vibe. Za izboljšanje odpornosti na vibe se običajno napolnijo s silikonskim oljem. Če pride do curenja olja, to predstavlja potencialne varnostne tveganja za SF6 električno opremo.

Nevarnost 1: Ko kompletno izteče protivibracijsko olje, se izgubi dušenje, kar drastično zmanjša odpornost releja na vibe. Po močnih mehaničnih udarih med operacijami preklopnika lahko kazalec zastane, kontakti pa postanejo trajno neustrezni (bistveno ne delujejo ali ostanejo vedno delujoči) ali merilne odklonosti presežejo sprejemljive meje.

Nevarnost 2: Ker imajo relejni kontakti z nizko silo kontakta, ki je podpirana z magneto, dolgotrajna izpostavljenost lahko vodi do oksidacije površine kontaktov. Za releje, ki so izgubili vse olje, so magneto podprti kontakti neposredno izpostavljeni zraku, kar jih čini občutljivimi za oksidacijo ali nagomilavanje prašnine, kar vodi do slabe stikave ali popolnega odpoveda.

Po poročilih: V trehletnem obdobju, ko je ena elektrarna intenzivneje preverjala gostotne releje SF6, je bilo pregledanih 196 enot, pri čemer je bilo ugotovljenih 6 (približno 3 %) z nedostoverno stikavo. Vse te defektne releje so izgubile svoje dušenje. Če gostotni relej trpi zastanek kazalca, odpoved kontaktov ali nedostoverno stikavo, to lahko resno ogrozi varnost omrežja. Razmislite o situaciji, ko SF6 preklopnik izteče plin in izgubi svojo izolacijsko sredstvo, vendar gostotni relej zaradi zastanka kazalca ali odpovednega kontakta ne more sprostiti alarma. Če preklopnik potem poskuša prekiniti strmi tok, bi posledice lahko bile katastrofalne.

Dodatno lahko iztečeno olje onesnažuje druge komponente preklapljača, privablja prašino in dodatno ogroža varno delovanje. Nekateri elementi uporabljajo plastene vrečke, da preprečijo širjenje olja in nakopavanje prašnine. Poleg tega so sodobne pretvorne projekti brez olja, zato se curenje olja smatra defektom, ki mora biti odpravljen.

3. Analiza osnovnih vzrokov curenja olja

Glavne točke curenja v gostotnih relejih so tesnitek med terminalnim blokom in korpusom, steklenim oknom in korpusom ter pukninami v steklu samem. S razbijanjem veliko cedečih relejev smo ugotovili, da je glavni vzrok curenja olja odpoved tesnitka med terminalnim blokom in korpusom ter steklenim oknom in korpusom. Spodaj so predvideni vzroki za odpoved tesnitka.

3.1 Staranje gumenega tesnitka

Trenutno večina gostotnih relejev uporablja nitrilski gumeni (NBR) za tesnitek olja. NBR je kopoliemer butadiena (CH₂=CH–CH=CH₂) in akrilnitrila (CH₂=CH–CN), proizveden s emulzijsko polimerizacijo. To je nezasičen gumeni ogljikov verig. Vsebnost akrilnitrila veliko vpliva na lastnosti NBR: višja vsebnost izboljša odpornost na olje, solvente in kemikalije, poveča trdost, tvrdost, odpornost na sijanje in toplotno odpornost, vendar zmanjša hladno gibljivost, elastičnost in propustnost zraka.

Gumeni se degradira med procesiranjem, shranjevanjem in uporabo zaradi različnih dejavnikov, kar se kaže z barvno spremembo, lepljivostjo, utrdenjem in pukninami – skupaj znano kot staranje gumenega.

Dejavniki, ki prispevajo k staranju NBR tesnitka, vključujejo notranje in zunanje vzroki.

3.2 Notranji vzroki

• Molekulsko struktura NBR:
  NBR vsebuje nezasičene dvojne veze v svoji polimerni verigi. Pod toplino in mehansko obremenitvijo se kisik reagira z temi dvojnimi vezmi, formira peroxide, ki se razpadajo v oksidativne produkte, kar povzroča prekid verige in prepletanje. To poveča gostoto prepletanja, kar gumeni naredi trdnejšega in krhkejšega. Višja vsebnost dvojnih vezov pospeši staranje. Dodatno so elektron-dajujoči substituenti (npr. –CH₃) v molekulski strukturi lahko lako oksidirani.

• Vpliv gumenih spojnic:
  Izbira vulkanizacijskega sistema je ključna. Višja vsebnost sumpora poveča koncentracijo polsulfidnega prepletanja, vendar pospeši staranje.

3.3 Zunanji vzroki

• Kisik in ozon:
  Kisik je glavni faktor staranja, ki spodbuja prekid verige in ponovno prepletanje. Ozon je še bolj reaktiven; oblikuje ozonide na dvojnih vezih, ki se razpadajo in prekinejo polimerni verigi. Tesnitek je neposredno izpostavljen zraku, sledne količine kisika in ozona se topijo v olje, kar pospeši staranje gumenega.

• Toplota:
  Toplota pospeši oksidacijo – običajno dvopičje temperature za 10 °C dvojno poveča hitrost oksidacije. Pospešuje tudi reakcije med gumenim in dodatki ali povzroči, da se legi volatilne komponente izpari, kar zniža zmogljivost in skrati življenjsko dobo.

• Mehansko utrujenost:
  Pod stalnim obremenitvijo (stisk, vrtenje) gumeni doživi mehansko oksidacijo, pospešeno z toploto. Z časom se elastičnost zmanjša – to je mehansko utrujenostno staranje.

Staranje gumenega tesnitka vodi do odpovedi tesnitka, izgube tesnive sposobnosti in končno do curenja olja.

3.4 Nedostatečna prvotna stiskanje tesnitka

Gumeni tesnitki se zanašajo na deformacijo stiskanja med nameščanjem, da se tesno prilegajo tesnivim površinam in blokirajo pute curenja. Nedostatečno prvotno stiskanje lahko vodi do curenja. To se lahko zgodi zaradi:

• Problemi z dizajnom: premajhna prereza tesnitka ali prevelika ravnina;

• Problemi z nameščanjem: napačno zategovanje pokrova (večina relejev se zanaša na ročno občutek, kar natančno nadzorovanje oteži).
  Dodatno ima gumeni hladno skrčevalni koeficient, ki je desetkrat večji od metala. Pri nizkih temperaturah tesnitek skrči in utrdi, kar dodatno zmanjša stiskanje.

3. Prekomerno stiskanje

Čeprav je stiskanje potrebno za tesnivo, prekomerno stiskanje je škodljivo. Lahko povzroči trajno deformacijo med nameščanjem ali ustvari visoko von Misesovo stres, kar vodi do odpovedi materiala in zmanjša življenjsko dobo. Ponovno, ročno zategovanje pogosto vodi do prekomernega stiskanja.

4. Površinske napake na tesnivih površinah

Brezegi, ostre robove, nizka hrubost površine ali napačna obrada teksture na tesnivih površinah lahko ustvarijo pute curenja.

5. Učinki temperature

Pri visokih temperaturah se gumeni miagči in razširi, kar lahko vodi do iztekanja in prekinitve tesnitka. Pri nizkih temperaturah pa lahko skrčenje in utrdenje tudi vodi do curenja.

6. Napačna izbira trdote

Če je gumeni tesnitek preveč mehki ali preveč trd, lahko ne uspe tesniti pravilno.

7. Nedejanost pri nameščanju

Nedejanost pri nameščanju lahko poškoduje tesnitek. Na primer, ostrine ali ostre robove lahko poškodo O-ring, kar ustvari nevidne defekte, ki vodijo do odpovedi tesnitka in curenja olja.Dodatno lahko tudi puknina stekla povzroči curenje olja.

Vzroki vključujejo:
A) Neravnomerna obremenitev med nameščanjem, poslabšana z nenadnimi spremembami temperature ali tlaka;
B) Toplotni šok, ki povzroči, da samo steklo pukne. Puknine ustvarijo pute curenja, kar vodi do izgube olja.

Zaključek

V SF6 električni opremi služi SF6 plin kot glavno izolacijsko in uglaševalno sredstvo. Njegova dielektrična moč in sposobnost prekinitve lokov je neposredno odvisna od gostote – višja gostota običajno pomeni boljše zmogljivosti. Vendar zaradi izdelave, delovanja ali vzdrževanja je curenje plina neizbežno. Padec gostote vodi do dveh glavnih tveganj: zmanjšane dielektrične moči in zmanjšane zmogljivosti preklopnika. Zato je ključnega pomena, da se nadzirajo gostote SF6 plina za varno in zanesljivo delovanje. To se običajno doseže z uporabo gostotnih relejev SF6, ki sprostijo dva stopnje opozorila – alarm in zaklepne signale – ob padcu gostote, kar omogoča temeljito ukrepanje.

Zato morajo biti gostotni releji na mestu zanesljivi. Na podlagi zgornje analize zaključimo:

• Gostotni releji, ki cedejo olje, morajo biti takojšnje nadzirani in zamenjani.

• Novo nameščeni releji naj bi bili bolje brezoljni tipi z izboljšano odpornostjo na vibe ali z izboljšanimi plinski tesnivimi dizajni.