Yağ Kaybı SF6 Rölesi Performansını Nasıl Etkiler?

1. SF6 Elektrik Ekipmanları ve SF6 Yoğunluk Rölelerindeki Yaygın Yağ Sızıntısı Sorunu

SF6 elektrik ekipmanları şu anda enerji dağıtım şirketleri ve endüstriyel işletmelerde yaygın olarak kullanılmaktadır ve enerji sektörünün gelişimine önemli katkı sağlamaktadır. Bu ekipmanlarda kullanılan körük söndürme ve yalıtım ortamı, sızdırılmaması gereken sülfür heksaflorür (SF6) gazıdır. Herhangi bir sızıntı, ekipmanın güvenilir ve güvenli çalışmasını tehlikeye atar, bu nedenle SF6 gaz yoğunluğunun izlenmesi çok önemlidir. Şu an için bu amaçla mekanik işaretçi tipi yoğunluk röleleri yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu röleler, gaz sızıntısı olduğunda alarm ve kilitleme sinyallerini tetikleyebilir ve ayrıca yerinde yoğunluk gösterimi sağlar. Titreşim direncini artırmak için genellikle bu röleler silikon yağ ile doldurulur.

Ancak, uygulamada, SF6 gaz yoğunluk rölelerinde yağ sızıntısı sık karşılaşılan bir sorundur. Bu sorun ülke genelinde her bir elektrik dağıtım bürosu tarafından deneyimlenmiştir. Bazı röleler, faaliyete geçtikten bir yıl içinde yağ sızıntısına sahip olabilir. Kısacası, yağ dolu yoğunluk rölelerinde yağ sızıntısı yaygın ve sürekli bir sorundur.

2. Yoğunluk Rölelerindeki Yağ Sızıntısının Tehlikeleri

Bilindiği gibi, SF6 yoğunluk röleleri genellikle bir yay tipi elektriksel kontak kullanır ve güvenilir kontak kapanması için manyetik yardımcı mekanizma ile güçlendirilir. Ancak, kontak kuvveti (alarm veya kilitleme için) çoğunlukla zayıf bir yay kuvvetine dayanır. Manyetik yardımlarla bile, bu kuvvet çok küçük kalır, bu da kontakların titreşime karşı çok hassas olmasını sağlar. Titreşim direncini artırmak için genellikle röle içine silikon yağ doldurulur. Eğer yağ sızıntısı olursa, bu SF6 elektrik ekipmanlarına potansiyel güvenlik riskleri getirir.

Tehlike 2: Röle kontaklarının manyetik yardımlı olması ve doğal olarak düşük kontak kuvvetine sahip olması, uzun süreli maruz kalma durumunda kontak yüzeylerinin oksidasyonuna yol açabilir. Tüm yağını kaybeden rölelerin manyetik yardımlı kontakları doğrudan havaya maruz kalır, bu da oksidasyona veya toz birikimine yol açarak kontak eksikliği veya tamamen başarısızlığa neden olabilir.

Raporlara göre: Bir elektrik dağıtım kuruluşu, üç yıllık bir dönemde SF6 yoğunluk rölelerinin testlerini yoğunlaştırdı, 196 adet röle incelendi ve bunlardan 6'sında (yaklaşık %3) kontak iletimi güvenilir değildi. Tüm bu hatalı röleler tamamen damper yağını kaybetmişti. Eğer bir yoğunluk rölesi, işaretçi tıkılırsa, kontaklar başarısız olursa veya güvenilir iletim sağlanamazsa, bu ağ güvenliğini ciddi şekilde tehlikeye atabilir. Örneğin, bir SF6 devre kesicisi gaz sızıntısı geçirerek yalıtım ortamını kaybederse, ancak yoğunluk rölesi işaretçi tıkılı veya kontak hatası nedeniyle alarm vermezse, devre kesici bir hat akımını kesmeye çalışırken sonuçlar felaket olabilir.

Ayrıca, sızan yağ, anahtarlama ekipmanının diğer parçalarını kirletebilir, toz çeker ve güvenli işlemi daha da tehlikeye atar. Bazı birimler, sızan röleyi plastik poşetlerle sararak yağın yayılmasını ve toz birikimini önlemeye çalışır. Dahası, modern alt istasyonlar yağsız tasarlanmıştır; bu nedenle, yağ sızıntısı düzeltilmesi gereken bir arızadır.

3. Yağ Sızıntısının Kök Neden Analizi

Yoğunluk rölelerindeki başlıca sızıntı noktaları, terminal bloğu ve kap arasındaki mühür, cam pencere ve kap arasındaki mühür ve camın kendisindeki çatlaklardır. Çok sayıda sızan rölenin ayrıştırılması sonucunda, yağ sızıntısının ana nedeninin terminal bloğu-kap ve cam-kap arayüzündeki mühür başarısızlığı olduğu belirlenmiştir. Aşağıda, mühür başarısızlığının ön tanımlı sebepleri bulunmaktadır.

3.1 Lastik Mühürün Yaşlanması

Şu anda, çoğu yoğunluk rölesi yağ sıkıştırma O-yüzleri için nitrijiyen butadien kauçuk (NBR) kullanmaktadır. NBR, butadien (CH₂=CH–CH=CH₂) ve asitlonitril (CH₂=CH–CN)'in emülsiyon polimerizasyonu yoluyla üretilen bir kopolimerdir. Bu, doymamış karbon zinciri kauçugu bir özelliktir. Asitlonitril içeriği, NBR'nin özelliklerini önemli ölçüde etkiler: yüksek içerik, yağ, çözücü ve kimyasal direnç, dayanıklılık, sertlik, aşınma direnci ve ısı direncini artırır, ancak soğuk esneklik, elastiklik ve hava geçirgenliğini azaltır.

Kauçuk, çeşitli faktörler nedeniyle işleme, depolama ve kullanım sırasında bozulur, renk değişikliği, yapışkanlık, sertleşme ve çatlak oluşumu gibi fenomenlere sahiptir—bu fenomenler genel olarak kauçuk yaşlanmasına denir.

NBR mühür yaşlanmasına katkıda bulunan faktörler dahili ve dış kaynaklıdır.

3.2 Dahili Sebepler

• NBR'nin Moleküler Yapısı:
  NBR, polimer zincirinde doymamış çift bağlara sahiptir. Isı ve mekanik stres altında, oksijen bu çift bağlarda reaksiyona girerek peroksitler oluşturur, bu peroksitler de oksidatif ürünler haline gelir, zincir koparımı ve çapraz bağlanmayı sağlar. Bu, çapraz bağ yoğunluğunu artırır, kauçuğu daha sert ve kırılgan hale getirir. Yüksek çift bağ içeriği, yaşlanmayı hızlandırır. Ayrıca, moleküler yapıdaki elektron verici substituentler (örneğin, –CH₃) kolayca okside olur.

• Kauçuk Bileşenlerinin Etkisi:
  Vulkanizasyon sisteminin seçimi kritik öneme sahiptir. Yüksek kükürt içeriği, polisulfür çapraz bağ yoğunluğunu artırır, ancak yaşlanmayı hızlandırır.

3.3 Dış Sebepler

• Oksijen ve Ozon:
  Oksijen, zincir koparımı ve yeniden çapraz bağlanmayı teşvik eden birincil yaşlanma faktörüdür. Ozon, çift bağlarda ozonidler oluşturur, bu da çöker ve polimer zincirlerini kırar. Mühür doğrudan havaya maruz kalır ve hafif miktarlarda oksijen ve ozon yağda eriyerek kauçuk yaşlanmasını hızlandırır.

• Isı:
  Isı, oksidasyonu hızlandırır—genellikle 10°C'lik bir artış, oksidasyon hızını ikiye katlar. Ayrıca, kauçuk ve katkı maddeler arasındaki reaksiyonları hızlandırır veya uçucu bileşenlerin buharlaşmasına neden olur, performansı düşürür ve hizmet ömrünü kısaltır.

• Mekanik Yorgunluk:
  Sabit bir gerilim (sıkışma, bükülme) altında, kauçuk mekanik oksidasyon geçirdiğinde, ısı tarafından hızlandırılır. Zamanla, elastiklik azalır—bu, mekanik yorgunluk yaşlanmasıdır.

Kauçuk mühürün yaşlanması, mühür başarısızlığını, mühür yeteneğinin kaybını ve nihayetinde yağ sızıntısına neden olur.

3.4 Mühürün Başlangıç Sıkışmasının Yetersiz Olması

Kauçuk mühürler, montaj sırasında sıkışma deformasyonuna dayanarak, sızıntı yollarını engellemek için sıkıştırma yüzeylerine sıkıca oturtulur. Başlangıç sıkışmasının yetersiz olması, sızıntıya neden olabilir. Bu, aşağıdaki nedenlerden dolayı olabilir:

• Tasarım sorunları: mühür kesiti küçüktür veya kanal genişliğidir;

• Montaj sorunları: kapın düzgün sıkıştırılmaması (çoğu röle, el hissiye dayanır, bu nedenle hassas kontrol zordur).
  Ayrıca, kauçukun soğuk daralma katsayısı metalden on kat fazladır. Düşük sıcaklıklarda, mühür daralır ve sertleşir, bu da sıkışmayı daha da azaltır.

3. Aşırı Sıkışma Oranı

Sıkışma, mühürlenen bir malzemenin gerekli olsa da, aşırı sıkışma zararlıdır. Montaj sırasında kalıcı deformasyonlara neden olabilir veya yüksek von Mises gerilmesi oluşmasına neden olabilir, bu da malzeme başarısızlığını ve hizmet ömrünün azalmasını sağlar. Yine, elle sıkıştırma genellikle aşırı sıkışmaya neden olur.

4. Mühür Yüzeylerindeki Yüzey Arızaları

Mühür yüzeylerindeki çizikler, köpükler, düşük yüzey pürüzlülüğü veya yanlış işlenme tekstürleri, sızıntı yolları oluşturabilir.

5. Sıcaklık Etkileri

Yüksek sıcaklıklarda, kauçuk yumuşar ve genişler, bu da mühürü dışarı çıkararak bozabilir. Düşük sıcaklıklarda, daralma ve sertleşme de sızıntıya neden olabilir.

6. Yanlış Sertlik Seçimi

Eğer kauçuk mühür çok yumuşak veya çok sertse, doğru bir şekilde mühürlenebilir.

7. Kasıtlı Olmayan Montaj

Dikkatsiz montaj, mühürü zararlı bir şekilde etkileyebilir. Örneğin, keskin kenarlar veya köpükler, O-yüzünü çizerek görünmeyen arızalar oluşturabilir, bu da mühür başarısızlığını ve yağ sızıntısına neden olabilir.Ayrıca, camın kırılması da yağ sızıntısına neden olabilir.

Sebepler şunlardır:
A) Montaj sırasında eşit olmayan gerilme, ani sıcaklık veya basınç değişimleriyle daha da kötüleşir;
B) Termal şok, camın kendisinde çatlak oluşmasına neden olur. Çatlaklar, sızıntı yolları oluşturur ve yağ kaybına neden olur.

Sonuç

SF6 elektrik ekipmanlarında, SF6 gazı, temel yalıtım ve körük söndürme ortamıdır. Dielektrik gücü ve körük kesme yeteneği, gaz yoğunluğuna doğrudan bağlıdır—daha yüksek yoğunluk genellikle daha iyi performansa işaret eder. Ancak, üretim, operasyon veya bakım sorunları nedeniyle, gaz sızıntısı kaçınılmazdır. Yoğunlukta bir düşüş, iki ana riski beraberinde getirir: dielektrik gücün azalması ve devre kesicinin kesme kapasitesinin azalması. Bu nedenle, güvenli ve güvenilir işlem için SF6 gaz yoğunluğunun izlenmesi çok önemlidir. Genellikle, yoğunluk düşerken iki aşamalı uyarıları sağlayan (alarm ve kilitleme sinyalleri) SF6 yoğunluk röleleri kullanılarak bu izlenir, böylece zamanında müdahale yapılabilir.

Bu nedenle, yerindeki SF6 yoğunluk röleleri güvenilir olmalıdır. Yukarıdaki analize dayanarak, şunları sonucunu çıkarıyoruz:

• Yağ sızıntısı gösteren yoğunluk röleleri, derhal izlenmelidir ve değiştirilmelidir.

• Yeni kurulan röleler, tercihen daha iyi titreşim dirençli yağsız tipler veya geliştirilmiş gaz sıkıştırılmış tasarımlar olmalıdır.