تسرب الزيت من جهاز تتابع كثافة SF6: الأسباب والمخاطر والحلول خالية من الزيت

1. المقدمة
تم تطبيق معدات الكهرباء SF6 بشكل واسع في أنظمة الطاقة بفضل خصائصها الممتازة للإطفاء والعزل. لضمان التشغيل الآمن، من الضروري مراقبة كثافة غاز SF6 في الوقت الفعلي. حالياً، يتم استخدام أجهزة الاستشعار الميكانيكية ذات المؤشر بكثافة عالية، والتي توفر وظائف مثل الإنذار والغلق والعرض على الموقع. لتعزيز مقاومة الاهتزاز، يتم ملء معظم هذه الأجهزة داخلياً بزيت السيليكون.

ومع ذلك، فإن تسرب الزيت من أجهزة الاستشعار بكثافة هو مشكلة شائعة في الواقع، سواء في المنتجات المحلية أو المستوردة - رغم أن الوحدات المستوردة عادة ما تحتفظ بالزيت لفترات أطول وأقل معدلات تسرب. أصبحت هذه المشكلة تحدياً واسعاً يواجه الشركات الموردة للطاقة في جميع أنحاء البلاد، مما يؤثر بشكل كبير على التشغيل المستقر طويل الأمد للمعدات.

2. مخاطر تسرب الزيت من أجهزة الاستشعار بكثافة

• انخفاض مقاومة الاهتزاز:
       يوفر زيت السيليكون التخميد. بمجرد تسربه تماماً، يصبح الجهاز عرضة لتوقف المؤشر عن العمل وإخفاقات الاتصال (عدم التشغيل أو التشغيل الخاطئ) وتغيرات قياسية كبيرة تحت تأثير      عمليات التبديل.

• تأكسد الاتصال وضعف الاتصال:
       تعتمد معظم أجهزة الاستشعار بكثافة SF6 على اتصالات مساعدة بالمغناطيس مع ضغط اتصال منخفض، تعتمد على زيت السيليكون لعزل الهواء. بعد تسرب الزيت، يتعرض الاتصالات للهواء، مما يجعلها عرضة للتأكسد      أو تراكم الغبار، مما يؤدي إلى ضعف الاتصال أو فتح الدائرة.

• بيانات الاختبار الحقلية:
       من بين 196 جهاز استشعار بكثافة تم اختبارها خلال ثلاث سنوات، أظهر ستة منها عدم موثوقية التوصيل (حوالي 3٪)، وكانوا جميعاً وحدات فقدت زيتها.

• مخاطر السلامة الخطيرة:
       إذا تسرب غاز SF6 من قاطع الدائرة بينما يفشل جهاز الاستشعار بكثافة بسبب تسرب الزيت ولا يمكنه إرسال إشارات الإنذار أو الغلق، قد تحدث حوادث خطيرة أثناء انقطاع القوس الكهربائي.

• تلوث مكونات المعدات:
       يعمل زيت السيليكون المسرب على جذب الغبار، مما يلوث المكونات الأخرى لمعدات التبديل، مما يؤدي إلى تدهور الأداء العازل العام والأمان التشغيلي.

3. تحليل أسباب تسرب الزيت
يحدث تسرب الزيت بشكل أساسي في الأماكن التالية:

• واجهة الختم بين القاعدة النهائية والجسم

• واجهة الختم بين نافذة الزجاج والجسم

• تشققات الزجاج نفسه

3.1 تقادم الختم المطاطي
يستخدم معظم الختم الحالي مطاط النتريل (NBR)، وهو مطاط غير مشبع سهل التقادم بسبب العوامل الداخلية والخارجية.

العوامل الداخلية:

• البنية الجزيئية: وجود الروابط المزدوجة يجعل المادة عرضة للأكسدة، مما يؤدي إلى تكوين بيروكسيدات تؤدي إلى قطع السلسلة أو ربطها، مما يؤدي إلى تصلب وهشاشة.

• مكونات المركب: يزيد محتوى الكبريت الزائد في نظام الفلكنة من التقادم.

العوامل الخارجية:

• الأكسجين والأوزون: التعرض المباشر للهواء أو الأكسجين/الأوزون الذائب في الزيت يبدأ التفاعلات الأكسدية.

• تأثيرات الحرارة: مع كل زيادة في درجة الحرارة بمقدار 10 درجات مئوية، تتضاعف معدلات الأكسدة تقريباً.

• الإجهاد الميكانيكي: الضغط الضاغط المستمر يسبب الأكسدة الميكانيكية، مما يسرع عملية التقادم.

3.2 الضغط الأولي غير المناسب للختم

• الضغط غير الكافي:

• عيوب التصميم: قسم ختم صغير الحجم أو حفرة كبيرة الحجم.

• مشكلات التركيب: الاعتماد على التثبيت اليدوي بدون السيطرة الدقيقة.

• تأثيرات درجات الحرارة المنخفضة: ينكمش المطاط أكثر من المعادن عند البرودة، ويصبح صلباً في درجات الحرارة المنخفضة، مما يقلل من الضغط الفعال.

• الضغط الزائد:

• يمكن أن يسبب تشوه دائم أو إنتاج ضغط فون ميزيس العالي، مما يؤدي إلى فشل المواد المبكر.

3.3 عيوب سطوح الختم ومشكلات التركيب

• خدوش السطح، الشوائب، خشونة السطح غير المناسبة، أو نسيج التشطيب غير المناسب يمكن أن يخلق مسارات تسرب.

• الختم المتضرر من الحواف الحادة أثناء التركيب، مما يسبب عيوباً خفية.

• أسباب تشقق الزجاج:

• تطبيق القوة بشكل غير متساوٍ أثناء التركيب؛

• تشقق بسبب التغيرات السريعة في درجة الحرارة أو الضغط.

4. اقتراحات للتحسين

الحل الأساسي: استخدام أجهزة الاستشعار بكثافة SF6 خالية من الزيت ومكافحة الاهتزاز
هذا النوع يلغي خطر تسرب الزيت من خلال الابتكار الهيكلي.

المميزات التقنية:

• وسادة العزل الاهتزازي: تُثبت بين الموصل والجسم لامتصاص طاقة الصدمات من عمليات التبديل، مما يحقق مقاومة الاهتزاز حتى 20 م/ث².

• مبدأ التشغيل: يستخدم  عنصر مرن من أنبوب بوردون مع شريط ثنائي المعدن لتعويض درجة الحرارة لتوفير انعكاس دقيق للتغيرات في كثافة غاز SF6.

• إخراج الإشارة: يستخدم  مفاتيح دقيقة تعمل بواسطة شريط التعويض الحراري وأنبوب بوردون، مع تعزيز الوسادة العازلة للاهتزاز، مما يوفر قدرة قوية على مقاومة التداخل وتخفيض خطر التشغيل الخاطئ.

المزايا:

• يقوم بإلغاء الحاجة إلى ملء الزيت بشكل كامل، وبالتالي منع تسرب الزيت من المصدر؛

• مقاومة اهتزاز ممتازة، مناسبة للبيئات ذات الاهتزاز العالي؛

• موثوقية هيكلية عالية وتكلفة صيانة منخفضة؛

• استبدال مباشر للنماذج الممتلئة بالزيت، مما يتيح التحديث "الخالي من الزيت".

توصيات التنفيذ:

• استبدال أي أجهزة استشعار بكثافة تظهر تسرب الزيت على الفور؛

• إعطاء الأولوية لنماذج خالية من الزيت ومكافحة الاهتزاز أثناء الاستبدال؛

• إجراء اختبارات تسرب بعد الاستبدال للتأكد من الختم الصحيح.

5. الخاتمة

• كثافة غاز SF6 هي معلمة حاسمة لضمان التشغيل الآمن للمعدات ويجب مراقبتها عبر أجهزة استشعار بكثافة موثوقة.

• تتعرض أجهزة الاستشعار بكثافة الممتلئة بالزيت حالياً لتسرب الزيت الشائع، وذلك أساساً بسبب تقادم الختم المطاطي، السيطرة غير المناسبة على الضغط، وممارسات التركيب دون المستوى.

• يؤدي تسرب الزيت إلى تدهور مقاومة الاهتزاز وإخفاقات الاتصال، مما يشكل تهديدات خطيرة لأمان الشبكة.

• يُنصح باعتماد أجهزة الاستشعار بكثافة SF6 خالية من الزيت ومكافحة الاهتزاز كبديل، مما يساعد على إزالة تسرب الزيت وتعزيز موثوقية النظام والكفاءة الاقتصادية.