การสูญเสียน้ำมันมีผลต่อประสิทธิภาพของรีเลย์ SF6 อย่างไร

1.อุปกรณ์ไฟฟ้า SF6 และปัญหาที่พบบ่อยของการรั่วไหลของน้ำมันในเรลีความหนาแน่น SF6

อุปกรณ์ไฟฟ้า SF6 ได้รับการใช้งานอย่างแพร่หลายในองค์กรพลังงานและภาคอุตสาหกรรม ทำให้เกิดการพัฒนาอย่างมากในวงการพลังงาน สื่อกั้นอาร์กและฉนวนในอุปกรณ์เหล่านี้คือแก๊สซัลเฟอร์เฮกซาฟลูออไรด์ (SF6) ซึ่งไม่ควรรั่วไหล การรั่วไหลใด ๆ จะทำให้การทำงานที่เชื่อถือได้และปลอดภัยของอุปกรณ์เสียหาย ทำให้มีความจำเป็นในการตรวจสอบความหนาแน่นของแก๊ส SF6 ปัจจุบัน เรลีแบบเข็มชี้ที่ใช้เครื่องกลเป็นที่นิยมในการตรวจสอบ ซึ่งสามารถทริกเกอร์สัญญาณเตือนและล็อกเอาต์เมื่อมีการรั่วไหลของแก๊ส และยังให้การระบุความหนาแน่นบนที่ตั้ง เพื่อเพิ่มความต้านทานต่อแรงสั่นสะเทือน เรลีเหล่านี้มักจะเติมน้ำมันซิลิโคน

อย่างไรก็ตาม ในทางปฏิบัติ การรั่วไหลของน้ำมันจากเรลีความหนาแน่น SF6 เป็นปัญหาที่พบบ่อย ปัญหานี้มีอยู่ทั่วไป—หน่วยงานจ่ายไฟทุกแห่งทั่วประเทศได้เผชิญกับปัญหานี้ บางเรลีเกิดการรั่วไหลของน้ำมันภายในระยะเวลาไม่ถึงหนึ่งปีของการทำงาน สรุปแล้ว การรั่วไหลของน้ำมันในเรลีที่เติมน้ำมันเป็นปัญหาที่แพร่หลายและคงอยู่

2. ความเสี่ยงจากการรั่วไหลของน้ำมันในเรลีความหนาแน่น

เป็นที่ทราบกันดีว่า เรลีความหนาแน่น SF6 มักใช้ตัวติดต่อแบบสปริง พร้อมด้วยกลไกช่วยเหลือด้วยแม่เหล็กเพื่อให้การติดต่อแน่นอน แต่แรงกด (สำหรับสัญญาณเตือนหรือล็อกเอาต์) ขึ้นอยู่กับแรงอ่อน ๆ ของสปริง แม้จะมีการช่วยเหลือด้วยแม่เหล็ก แรงนี้ยังคงน้อย ทำให้ตัวติดต่อไวต่อแรงสั่นสะเทือน เพื่อเพิ่มความต้านทานต่อแรงสั่นสะเทือน น้ำมันซิลิโคนมักจะเติมลงในเรลี หากเกิดการรั่วไหลของน้ำมัน อาจทำให้เกิดความเสี่ยงต่อความปลอดภัยของอุปกรณ์ไฟฟ้า SF6

ความเสี่ยงที่ 1: เมื่อน้ำมันป้องกันแรงสั่นสะเทือนรั่วไหลหมด ผลการลดแรงสั่นสะเทือนจะหายไป ทำให้ความต้านทานแรงสั่นสะเทือนของเรลีลดลงอย่างมาก หลังจากการสั่นสะเทือนทางกลที่รุนแรงระหว่างการเปลี่ยนแปลงวงจรเบรกเกอร์ เข็มชี้อาจติดอยู่ ตัวติดต่ออาจชำรุดถาวร (ไม่ทำงานหรือทำงานตลอดเวลา) หรือค่าที่วัดได้อาจเกินขีดจำกัดที่ยอมรับได้

ความเสี่ยงที่ 2: เนื่องจากตัวติดต่อของเรลีได้รับการช่วยเหลือด้วยแม่เหล็กและมีแรงกดต่ำโดยธรรมชาติ หลังจากผ่านเวลานาน อาจทำให้ผิวติดต่อเกิดออกไซด์ สำหรับเรลีที่รั่วไหลหมดน้ำมัน ตัวติดต่อที่ได้รับการช่วยเหลือด้วยแม่เหล็กจะถูกเปิดเผยโดยตรงให้กับอากาศ ทำให้ไวต่อการออกไซด์หรือการสะสมของฝุ่น ทำให้การติดต่อไม่ดีหรือล้มเหลว

ตามรายงาน: ในช่วงสามปีที่หนึ่งหน่วยงานได้เพิ่มการทดสอบเรลีความหนาแน่น SF6 ได้ทำการตรวจสอบ 196 หน่วย และพบว่า 6 หน่วย (ประมาณ 3%) มีการนำไฟฟ้าที่ไม่น่าเชื่อถือ ทั้งหมดนี้เป็นเรลีที่รั่วไหลหมดน้ำมันป้องกันแรงสั่นสะเทือน หากเรลีความหนาแน่นมีเข็มชี้ติดอยู่ ตัวติดต่อชำรุด หรือการนำไฟฟ้าไม่น่าเชื่อถือ อาจทำให้ความปลอดภัยของระบบไฟฟ้าเสียหายอย่างรุนแรง เช่น กรณีที่เบรกเกอร์ SF6 รั่วไหลแก๊สและสูญเสียสื่อกั้น แต่เรลีความหนาแน่นไม่สามารถส่งสัญญาณเตือนเนื่องจากเข็มชี้ติดอยู่หรือตัวติดต่อชำรุด ถ้าเบรกเกอร์พยายามตัดกระแสไฟฟ้าที่ผิดปกติ ผลกระทบที่เกิดขึ้นอาจเป็นภัยร้ายแรง

นอกจากนี้ น้ำมันที่รั่วไหลอาจทำให้ส่วนประกอบอื่น ๆ ของสวิตช์เกียร์ถูกปนเปื้อน ดึงดูดฝุ่น และทำให้การดำเนินงานปลอดภัยเสียหาย บางหน่วยงานเลือกที่จะห่อเรลีที่รั่วไหลด้วยถุงพลาสติกเพื่อป้องกันการกระจายของน้ำมันและทำให้ฝุ่นสะสม นอกจากนี้ สถานีไฟฟ้าสมัยใหม่ถูกออกแบบมาให้ไม่มีน้ำมัน ดังนั้น การรั่วไหลของน้ำมันถือเป็นข้อบกพร่องที่ต้องได้รับการแก้ไข

3. การวิเคราะห์สาเหตุการรั่วไหลของน้ำมัน

จุดหลักที่รั่วไหลในเรลีความหนาแน่นคือ รอยต่อระหว่างแทร์มินอลบล็อกกับเคส กระจกกับเคส และรอยแตกในกระจกเอง จากการถอดแยกเรลีที่รั่วไหลจำนวนมาก เราได้กำหนดว่าสาเหตุหลักของการรั่วไหลของน้ำมันคือการล้มเหลวของซีลที่รอยต่อระหว่างแทร์มินอลบล็อกกับเคสและกระจกกับเคส ดังต่อไปนี้คือสาเหตุที่ได้รับการระบุเบื้องต้นของการล้มเหลวของซีล

3.1 การเสื่อมสภาพของซีลยาง

ปัจจุบัน เรลีความหนาแน่นส่วนใหญ่ใช้ยางไนไตรล์บิวทาไดเอน (NBR) สำหรับโอริงป้องกันน้ำมัน NBR เป็นโคพอลิเมอร์ของบิวทาไดเอน (CH₂=CH–CH=CH₂) และอะคริโลไนไตรล์ (CH₂=CH–CN) ผลิตโดยการโพลิเมอร์ไรเซชันแบบอิมัลชัน เป็นยางคาร์บอนเชนที่ไม่อิ่มตัว ปริมาณอะคริโลไนไตรล์มีผลกระทบอย่างมากต่อคุณสมบัติของ NBR: ปริมาณสูงทำให้ทนต่อน้ำมัน สารละลาย และสารเคมี ทำให้แข็งแรง แข็ง และทนต่อการสึกหรอและความร้อน แต่ทำให้ความยืดหยุ่นและความโปร่งใสต่ำลง

ยางเสื่อมสภาพระหว่างการผลิต การเก็บรักษาและการใช้งานเนื่องจากปัจจัยต่าง ๆ แสดงอาการเป็นสีคล้ำ เหนียว แข็ง และแตก—ปรากฏการณ์เหล่านี้เรียกว่าการเสื่อมสภาพของยาง

ปัจจัยที่ทำให้ซีล NBR เสื่อมสภาพรวมถึงสาเหตุภายในและภายนอก

3.2 สาเหตุภายใน

• โครงสร้างโมเลกุลของ NBR:
  NBR มีพันธะคู่ที่ไม่อิ่มตัวในสายโพลิเมอร์ ภายใต้ความร้อนและความเครียดทางกล ออกซิเจนจะทำปฏิกิริยาที่พันธะคู่เหล่านี้ สร้างเปอร์ออกไซด์ที่แตกตัวเป็นผลิตภัณฑ์ออกซิเดชัน ทำให้เกิดการขาดและประสานโซ่ ทำให้ความหนาแน่นของประสานเพิ่มขึ้น ทำให้ยางแข็งและเปราะ ปริมาณพันธะคู่สูงทำให้การเสื่อมสภาพเร็วขึ้น นอกจากนี้ สารทดแทนที่บริจาคอิเล็กตรอน (เช่น –CH₃) ในโครงสร้างโมเลกุลยังถูกออกซิไดซ์ได้ง่าย

• ผลกระทบของสารผสมยาง:
  การเลือกระบบวัลคาไนซ์มีความสำคัญ ปริมาณกำมะถันสูงทำให้ความเข้มข้นของประสานโพลิซัลไฟด์เพิ่มขึ้น แต่ทำให้การเสื่อมสภาพเร็วขึ้น

3.3 สาเหตุภายนอก

• ออกซิเจนและโอโซน:
  ออกซิเจนเป็นปัจจัยหลักในการเสื่อมสภาพ กระตุ้นการขาดและประสานใหม่ โอโซนยิ่งเป็นปฏิกิริยาได้มาก สร้างโอโซไนด์ที่พันธะคู่ ซึ่งแตกตัวและทำให้โซ่โพลิเมอร์ขาด ซีลถูกเปิดเผยโดยตรงให้กับอากาศ และออกซิเจนและโอโซนในปริมาณเล็กน้อยละลายในน้ำมัน ทำให้การเสื่อมสภาพของยางเร็วขึ้น

• ความร้อน:
  ความร้อนทำให้การออกซิเดชันเร็วขึ้น—โดยทั่วไป อุณหภูมิเพิ่มขึ้น 10°C ทำให้อัตราการออกซิเดชันเพิ่มเป็นสองเท่า นอกจากนี้ยังทำให้การตอบสนองระหว่างยางและสารเติมแต่งเร็วขึ้น หรือทำให้สารระเหยระเหย ทำให้สมรรถนะลดลงและอายุการใช้งานสั้นลง

• ความเหนื่อยล้าทางกล:
  ภายใต้ความเครียดที่คงที่ (การบีบอัด การบิด) ยางจะเกิดการออกซิเดชันทางกล ซึ่งเร่งขึ้นโดยความร้อน ตามกาลเวลา ความยืดหยุ่นลดลง—นี่คือความเหนื่อยล้าทางกล

การเสื่อมสภาพของซีลยางทำให้ซีลล้มเหลว ความสามารถในการป้องกันการรั่วไหลหายไป และสุดท้ายทำให้น้ำมันรั่วไหล

3.4 การบีบอัดเริ่มต้นของซีลไม่เพียงพอ

ซีลยางพึ่งพาการบีบอัดและการเปลี่ยนรูปขณะติดตั้งเพื่อให้แนบสนิทกับพื้นผิวป้องกันการรั่วไหล การบีบอัดเริ่มต้นไม่เพียงพออาจทำให้เกิดการรั่วไหล ซึ่งอาจเกิดจาก:

• ปัญหาการออกแบบ: ขนาดของซีลเล็กเกินไปหรือช่องว่างใหญ่เกินไป;

• ปัญหาการติดตั้ง: การขันฝาครอบไม่เหมาะสม (ส่วนใหญ่เรลีพึ่งพาการรู้สึกด้วยมือ ทำให้ควบคุมอย่างแม่นยำยาก)
  นอกจากนี้ ยางมีสัมประสิทธิ์การหดตัวเมื่อเย็นต่ำกว่าโลหะมากกว่าสิบเท่า ที่อุณหภูมิต่ำ ซีลจะหดตัวและแข็ง ทำให้การบีบอัดลดลง

3. อัตราการบีบอัดสูงเกินไป

แม้ว่าการบีบอัดเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการป้องกันการรั่วไหล แต่การบีบอัดสูงเกินไปเป็นอันตราย อาจทำให้เกิดการเปลี่ยนรูปถาวรระหว่างการติดตั้ง หรือสร้างความเครียด von Mises สูง ทำให้วัสดูล้มเหลวและอายุการใช้งานสั้นลง ซึ่งการขันด้วยมือมักทำให้เกิดการบีบอัดสูงเกินไป

4. ข้อบกพร่องบนพื้นผิวป้องกันการรั่วไหล

รอยขีดข่วน ขอบคม ความขรุขระต่ำ หรือการกลึงที่ไม่เหมาะสมบนพื้นผิวป้องกันการรั่วไหล อาจสร้างทางรั่วไหล

5. ผลกระทบของอุณหภูมิ

ที่อุณหภูมิสูง ยางจะนิ่มและขยายตัว อาจทำให้รั่วไหลหรือแตก ที่อุณหภูมิต่ำ การหดตัวและการแข็งตัวอาจทำให้เกิดการรั่วไหล

6. การเลือกความแข็งที่ไม่เหมาะสม

หากซีลยางนิ่มหรือแข็งเกินไป อาจทำให้ไม่สามารถป้องกันการรั่วไหลได้

7. การติดตั้งอย่างไม่ระมัดระวัง

การติดตั้งอย่างไม่ระมัดระวังอาจทำให้ซีลเสียหาย ตัวอย่างเช่น ขอบคมหรือขอบคมอาจทำให้โอริงขีดข่วน สร้างข้อบกพร่องที่มองไม่เห็น ทำให้ซีลล้มเหลวและน้ำมันรั่วไหลนอกจากนี้ การแตกของกระจกยังสามารถทำให้น้ำมันรั่วไหลได้

สาเหตุรวมถึง:
A) ความเครียดไม่เท่ากันระหว่างการติดตั้ง ทำให้รุนแรงขึ้นโดยการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิหรือความดันอย่างกะทันหัน;
B) ความร้อนทำให้กระจกแตกเอง ทำให้เกิดทางรั่วไหล ทำให้น้ำมันรั่วไหล

สรุป

ในอุปกรณ์ไฟฟ้า SF6 แก๊ส SF6 เป็นสื่อกั้นและฉนวนหลัก ความแข็งแรงของฉนวนและความสามารถในการตัดวงจรขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของแก๊ส—ความหนาแน่นสูงทำให้ประสิทธิภาพดีขึ้น แต่เนื่องจากปัญหาในการผลิต การทำงาน หรือการบำรุงรักษา การรั่วไหลของแก๊สเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ การลดลงของความหนาแน่นทำให้เกิดความเสี่ยงสองประการ: ความแข็งแรงของฉนวนลดลงและความสามารถในการตัดวงจรของเบรกเกอร์ลดลง ดังนั้น การตรวจสอบความหนาแน่นของแก๊ส SF6 เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการทำงานที่ปลอดภัยและเชื่อถือได้ ซึ่งโดยทั่วไปจะทำโดยใช้เรลีความหนาแน่น SF6 ซึ่งให้สัญญาณเตือนสองระดับ—สัญญาณเตือนและสัญญาณล็อกเอาต์—เมื่อความหนาแน่นลดลง ทำให้สามารถแทรกแซงได้อย่างทันท่วงที

ดังนั้น เรลีความหนาแน่น SF6 ที่ติดตั้งในที่ตั้งต้องมีความน่าเชื่อถือ ตามการวิเคราะห์ข้างต้น เราสรุปได้ว่า:

• เรลีความหนาแน่นที่มีการรั่วไหลของน้ำมันต้องได้รับการตรวจสอบและเปลี่ยนทันท่วงที

• เรลีที่ติดตั้งใหม่ควรมีประเภทที่ไม่ใช้น้ำมันและมีความต้านทานต่อแรงสั่นสะเทือนที่ดีขึ้น หรือมีการออกแบบที่ป้องกันการรั่วไหลของแก๊สที่ดีขึ้น