Kako utiče gubitak ulja na performanse SF6 releja

1. SF6 električna oprema i česta problema s curenjem ulja u SF6 relima gustoće

SF6 električna oprema se danas široko koristi u elektroprivredi i industrijskim preduzećima, značajno doprinoseći razvoju energetskog sektora. Sredstvo za ugasevanje luka i izolaciju u ovoj opremi je šestični fluorid (SF6) gas, koji ne smije da curi. Bilo kakvo curenje kompromituje pouzdanu i sigurnu radnju opreme, što čini potrebnim nadgledanje gustoće SF6 gaza. Trenutno, za ovu svrhu se često koriste mehanički kazaljasti reliji gustoće. Ovi reliji mogu aktivirati alarmane i blokade kada dođe do curenja gaza, a takođe pružaju mjesto indikaciju gustoće. Da bi se poboljšala otpornost na vibracije, ovi reliji obično su ispuni silikonskim uljem.

Međutim, na praktičnom nivou, curenje ulja iz SF6 relija gustoće predstavlja čest problem. Ovaj problem je široko rasprostranjen—svaka opstavnica snabdevanja u državi ga je iskusila. Neki reliji počinju da curu ulje manje od godinu dana nakon upotrebe. Krajnje rečeno, curenje ulja u relijima ispunitih uljem predstavlja čest i dugotrajan problem.

2. Opasnosti curenja ulja u relijima gustoće

Kao što je dobro poznato, SF6 reliji gustoće obično koriste vunske kontaktne elemente, jačane magnetskim pomoćnim mehanizmom kako bi se osigurala pouzdana zatvaranja kontakata. Međutim, sila kontakta (za alarm ili blokadu) uglavnom zavisi od slabe sile vune. Čak i sa magnetskom pomoću, sila ostaje vrlo mala, što čini kontakte vrlo osjetljivima na vibracije. Da bi se poboljšala otpornost na vibracije, reliji obično su ispuni silikonskim uljem. Ako dođe do curenja ulja, to predstavlja potencijalne sigurnosne rizike za SF6 električnu opremu.

Opasnost 1: Kada se anti-vibraciono ulje potpuno istoci, gubi se dempenzorski efekat, drastično smanjujući otpornost relija na vibracije. Nakon jakih mehaničkih udaraca tokom operacija prekidnog ključa, kazaljica može zastati, kontakti mogu trajno propasti (bilo da ne reaguju ili ostaju podignuti), ili odstupanje mjerenja može premašiti prihvatljive granice.

Opasnost 2: Budući da su kontakti relija magnetski pomoćni s inherentno niskom silom kontakta, dugotrajan izlaganje može dovesti do oksidacije površina kontakata. Za relije koje su izgubile sva ulje, magnetski pomoćni kontakti su direktno izloženi zraku, čime postaju skloni oksidaciji ili nagomilavanju prašine, što rezultira lošim kontaktom ili potpunim propustom.

Prema izveštajima: Tokom tri godine, tijekom kojih jedna opstavnica intenzivirala je testiranje SF6 relija gustoće, pregledano je 196 jedinica, a 6 (oko 3%) su se pokazale kao nesigurne u provođenju kontakta. Svi ovi defektne reliji su potpuno izgubili svoje dempenzorsko ulje. Ako relij gustoće ima zastalu kazaljicu, propali kontakte ili nesigurno provođenje, to može teško kompromitovati sigurnost mreže. Razmotrite situaciju u kojoj SF6 prekidni ključ curo SF6 gas i gubi svoje izolacijsko sredstvo, ali relij gustoće ne generiše alarm zbog zastale kazaljice ili propalog kontakta. Ako taj prekidni ključ onda pokuša da prekine strujni krug, posledice bi mogle biti katastrofalne.

Dodatno, iztečeno ulje može kontamirati druge komponente prekidača, privlačeći prašinu i dalje ugrožavajući sigurnu radnju. Neki jedinici se spremaju da zapakuju curenje relija u plastiku kako bi sprečili širenje ulja i nagomilavanje prašine. Pored toga, moderne podstancije su dizajnirane bez ulja; stoga, curenje ulja smatra se nedostatkom koji mora biti ispravljen.

3. Analiza uzroka curenja ulja

Glavne tačke curenja u relijima gustoće su sigurnosne spojnice između terminalnog bloka i kućišta, prozora od stakla i kućišta, te pukotina u samom staklu. Kroz dekompoziciju mnogo curenih relija utvrđeno je da glavni uzrok curenja ulja jeste propust sigurnosnih spojnica između terminalnog bloka i kućišta, te između prozora od stakla i kućišta. Sledeći su preliminarno identifikovani razlozi za propust sigurnosnih spojnica.

3.1 Staranje gumenih sigurnosnih spojnica

Trenutno, većina relija gustoće koristi nitričnu gumu (NBR) za sigurnosne spojnice u obliku O-prstenova. NBR je kopoliemer butadiena (CH₂=CH–CH=CH₂) i akrilonitrila (CH₂=CH–CN), proizveden putem emulzionog polimerizacije. To je nenasitna ugljična lančana guma. Sadržaj akrilonitrila značajno utiče na osobine NBR: viši sadržaj poboljšava otpornost na ulje, rastvoritelje i kemikalije, povećava čvrstoću, tvrdocu, otpornost na smanjenje i toplinsku otpornost, ali smanjuje fleksibilnost na hladno, elastičnost i propusnost vazduha.

Guma se degradira tokom obrade, skladištenja i upotrebe zbog različitih faktora, pokazujući promenu boje, lepljivost, otvrdnju i pukotine—fenomeni kolektivno poznati kao staranje gume.

Faktori koji doprinose staranju NBR sigurnosnih spojnica uključuju interne i eksterne uzroke.

3.2 Interne uzroci

• Molekularna struktura NBR:
  NBR sadrži nenasitne dvostruke veze u svojoj polimerizovanoj lancanici. Pod toplinom i mehaničkim naprezanjem, kiseonik reaguje na ovim dvostrukim vezama, formirajući peroxide koji se raspadaju u oksidativne proizvode, uzrokujući prekid lanca i povezivanje. To povećava gustinu povezanosti, čime guma postaje tvrđa i hrđava. Viši sadržaj dvostrukih veza ubrzava staranje. Dodatno, donori elektrona (npr., –CH₃) u molekulskoj strukturi lako se oksidiraju.

• Utjecaj komponenata za vulkanizaciju gume:
  Izbor sistema vulkanizacije je ključan. Viši sadržaj sumpora povećava koncentraciju polisulfidnih povezanosti, ali ubrzava staranje.

3.3 Eksterne uzroci

• Kiseonik i ozon:
  Kiseonik je primarni faktor staranja, promovišući prekid lanca i ponovno povezivanje. Ozon je još reaktivniji; formira ozonide na dvostrukim vezama, koji se raspadaju i prekidaju polimerne lance. Sigurnosna spojnica je direktno izložena zraku, a male količine kiseonika i ozona se disociraju u ulje, ubrzavajući staranje gume.

• Toplina:
  Toplina ubrzava oksidaciju—obično, porast temperature od 10°C dvostruko ubrzava brzinu oksidacije. Takođe ubrzava reakcije između gume i dodataka ili dovodi do isparavanja letvljivih komponenata, degradirajući performanse i skraćujući vreme života.

• Mechanical fatigue:
  Pod stalnim naprezanjem (komprese, torzije), guma podlegava mehaničkoj oksidaciji, ubrzanoj toplinom. Sa vremenom, guma gubi elasticnost—ovo je mehaničko staranje od umora.

Staranje gumenih sigurnosnih spojnica dovodi do propusta sigurnosnih spojnica, gubitka sposobnosti siguranja i konačno curenja ulja.

3.4 Nedovoljna početna kompresija sigurnosne spojnice

Gumene sigurnosne spojnice se oslanjaju na deformaciju kompresije prilikom montaže kako bi se tesno prilagodile površinama za siguranje i blokirale puteve za curenje. Nedovoljna početna kompresija može dovesti do curenja. Ovo se može dogoditi zbog:

• Problemi dizajna: premala presečna površina sigurnosne spojnice ili preveliki žlijeb;

• Problemi montaže: nepravilan zategnutak poklopca (većina relija se oslanja na ručno osećanje, čime je precizno kontrolisanje teško).
  Dodatno, guma ima koeficijent hladnog sušenja deset puta veći od metala. Na niskim temperaturama, sigurnosna spojnica se sužava i otvrdnjava, dalje smanjujući kompresiju.

3. Prekomitna stopa kompresije

Iako je kompresija potrebna za siguranje, prekomitna kompresija je štetna. Može dovesti do trajne deformacije prilikom montaže ili generisanja visokog von Misesa naprezanja, što dovodi do materijalnog propusta i smanjenog vremena života. Ponovo, ručno zatezanje često dovodi do prekomitne kompresije.

4. Defekti na površinama za siguranje

Crtice, trake, niska površinska grubina ili nepravilne teksture obrade na površinama za siguranje mogu stvoriti puteve za curenje.

5. Uticaj temperature

Na visokim temperaturama, guma se mičišava i širi, potencijalno izbacujući i prekidajući siguranje. Na niskim temperaturama, sužavanje i otvrdnjava takođe može dovesti do curenja.

6. Nepravilna selekcija tvrdoca

Ako je gumeno siguranje previše meko ili previše tvrdo, može neuspješno sigurati.

7. Neprezentativna montaža

Neoprezirna montaža može oštetiti siguranje. Na primer, oštre ivice ili trake mogu oštetiti O-prsten, stvarajući nevidljive defekte koji dovode do propusta siguranja i curenja ulja.Dodatno, pucanje stakla takođe može dovesti do curenja ulja.

Uzroci uključuju:
A) Neredjiva naprezanja tokom montaže, pogoršana naglim promenama temperature ili pritiska;
B) Termalni šok koji dovodi do pucanja same staklaste površine. Pukotine formiraju puteve za curenje, rezultujući gubitkom ulja.

Zaključak

U SF6 električnoj opremi, SF6 gas služi kao primarno izolacijsko i ugasevajuće sredstvo. Njegova dielektrična snaga i sposobnost prekidanja luka direktno zavise od gustoće gaza—viša gustoća obično znači bolje performanse. Međutim, zbog proizvodnje, rada ili održavanja, curenje gaza je neizbežno. Pad gustoće dovodi do dva glavna rizika: smanjene dielektrične snage i smanjene sposobnosti prekidanja prekidnog ključa. Stoga je nadgledanje gustoće SF6 gaza ključno za sigurnu i pouzdanu radnju. To se obično postiže korišćenjem SF6 relija gustoće, koji pružaju dvostepene upozorenja—alarm i blokadu signala—kada gustoća pada, omogućujući pravo vrijeme intervencije.

Stoga, SF6 reliji gustoće na mestu moraju biti pouzdani. Na osnovu gore navedene analize, zaključujemo:

• Reliji gustoće koji pokazuju curenje ulja moraju se pravovremeno nadgledati i zamijeniti.

• Novo instalirani reliji trebalo bi da budu bezzapadinski tipovi sa poboljšanom otpornosti na vibracije ili poboljšanim dizajnom za gas siguranje.