Relé de Densitat SF6: Causes de Fuga d'oli Riscos i Solucions Sense Oli

1. Introducció
Els equips elèctrics de SF6, reconeguts per les seves excel·lents propietats d'extinció d'arc i aïllament, s'han utilitzat ampliament en sistemes d'energia. Per assegurar una operació segura, és essencial la monitorització en temps real de la densitat del gas SF6. Actualment, es fan servir sovint relés de densitat de tipus punter mecànic, que ofereixen funcions com l'alarma, el bloqueig i la visualització in situ. Per millorar la resistència a les vibracions, la majoria d'aquests relés estan omplerts internament amb oli de silicò.

No obstant això, la fuga d'oli dels relés de densitat és un problema habitual en la pràctica, que ocorre tant en productes nacionals com importats—encara que els units importats solen tenir períodes de retenció d'oli més llargs i taxes de fuga més baixes. Aquesta qüestió ha esdevingut un desafiament generalitzat al qual s'enfronten les empreses de subministrament d'energia a nivell nacional, afectant significativament la operació estable a llarg termini de l'equipament.

2. Riscos de la Fuga d'Oli en els Relés de Densitat

• Reducció de la Resistència a les Vibracions:
       L'oli de silicò proporciona ammortització. Un cop s'ha fugit completament, el relé es torna susceptible a l'enganxament del punter, fallos de contacte (no-operació o dispar de falsa), i desviacions excesives de mesura sota l'impacte de les operacions de commutació.

• Oxidació del Contacte i Contacte Deficient:
       La majoria dels relés de densitat de SF6 utilitzen contactes de ressort espiral assistits magnèticament amb pressió de contacte baixa, que depenen de l'oli de silicò per aïllar l'aire. Després de la fuga d'oli, els contactes queden exposats a l'aire, fent-los propensos a l'oxidació o l'acumulació de pols, causant contacte deficient o circuits oberts.

• Dades de Prova en Camp:
       Entre 196 relés de densitat provats en tres anys, sis van mostrar conducció de contacte no fiable (aproximadament el 3%), tots eren unitats que havien perdut l'oli.

• Riscos de Seguretat Gravissims:
       Si un interruptor de circuit de SF6 perde gas mentre el relé de densitat falla degut a la fuga d'oli i no pot activar senyals d'alarma o bloqueig, poden produir-se accidents majors durant l'interrupció de l'arc.

• Contaminació de Components d'Equipament:
       L'oli de silicò fugit atraiu pols, contaminant altres components de l'armari de commutació, degradant així el rendiment general d'aïllament i la seguretat operativa.

3. Anàlisi de les Causes de la Fuga d'Oli
La fuga d'oli ocorre principalment en els següents llocs:

• Interfície de precint entre la base del terminal i la caixa

• Interfície de precint entre la finestra de vidre i la caixa

• Fissuració del vidre mateix

3.1 Envelleiment del Precint de Goma
La majoria dels precints actuals utilitzen goma nitril (NBR), una goma de cadena de carboni insaturada molt susceptible a l'envelleiment per factors interns i externs.

Factors Interns:

• Estructura Molecular: La presència de dobles enllaços fa que el material sigui vulnerable a l'oxidació, formant peroxides que porten a la escissió de cadena o la creació de ponts, resultant en enduriment i fragilitat.

• Ingredients Compostos: El contingut excessiu de sòfreg al sistema de vulcanització accelera l'envelleiment.

Factors Externs:

• Oxigen i Ozó: L'exposició directa a l'aire o a l'oxigen/ozó dissolt en l'oli inicia reaccions oxidatives.

• Efectes Tèrmics: Per cada augment de 10°C en la temperatura, la velocitat d'oxidació es duplica aproximadament.

• Fatiga Mecànica: Una compressió prolongada induint oxidació mecànica, accelerant el procés d'envelleiment.

3.2 Compresió Inicial Impròpia dels Precints

• Compresió Insuficient:

• Defectes de disseny: secció transversal del precint massa petita o ranura massa gran.

• Problemes d'instal·lació: dependència de l'ajust manual sense control precís.

• Efectes de baixes temperatures: la goma es contracta més que el metall a temperatures baixes, i s'endureix, reduint la compressió efectiva.

• Compresió Excessiva:

• Pot causar deformació permanent o generar alta tensió de Von Mises, provocant un fracàs prematur del material.

3.3 Defectes en les Superfícies de Precint i Problemes d'Instal·lació

• Raspalls, barbes, rugositat superficial inapropiada, o textures de maquinat desfavorables poden crear camins de fuga.

• Precints danysats per arestes agudes durant l'instal·lació, causant defectes ocults.

• Causa de la fissuració del vidre:

• Aplicació desuniforme de força durant l'instal·lació;

• Fissuració deguda a canvis ràpids de temperatura o pressió.

4. Suggeriments d'Millora

Solució Fonamental: Utilitzar Relés de Densitat de SF6 Sense Oli i Anti-vibració
Aquest tipus elimina el risc de fuga d'oli mitjançant innovació estructural.

Característiques Tècniques:

• Capa d'Aïllament de Vibracions: Instal·lada entre el connector i la caixa per absorir l'energia de xoc de les operacions de commutació, assolint una resistència a les vibracions de fins a 20 m/s².

• Principi de Funcionament: Utilitza un element elàstic de tub Bourdon combinat amb una cinta bimetàlica de compensació de temperatura per reflectir amb precisió els canvis en la densitat del gas SF6.

• Sortida de Senyal: Emprega microinterruptors actuat per la cinta de compensació de temperatura i el tub Bourdon, reforçat per la capa d'aïllament de vibracions, oferint una forta capacitat anti-interferència i reduint el risc d'operacions falses.

Avantatges:

• Elimina completament la necessitat d'omplir amb oli, prevenint així la fuga d'oli a la font;

• Superior resistència a les vibracions, adequat per entorns de vibració elevada;

• Alta fiabilitat estructural i baix cost de manteniment;

• Substitució directa de models existents omplerts d'oli, permetent actualitzacions "sense oli".

Recomanacions d'Implementació:

• Reemplaça promptament qualsevol relé de densitat que mostri fuga d'oli;

• Prioritza models sense oli i anti-vibració durant la substitució;

• Realitza proves de fuga després de la substitució per assegurar un precint correcte.

5. Conclusió

• La densitat del gas SF6 és un paràmetre crític per assegurar la operació segura de l'equipament i ha de ser monitoritzada mitjançant relés de densitat fiables.

• Els relés de densitat omplerts d'oli actualment pateixen fuges d'oli generalitzades, principalment degudes a l'envelleiment del precint de goma, el control impròpi de la compressió i les pràctiques d'instal·lació subestàndard.

• La fuga d'oli porta a una reducció de la resistència a les vibracions i a fallos de contacte, posant greus amenaçes a la seguretat de la xarxa.

• Es recomana l'adopció de relés de densitat de SF6 sense oli i anti-vibració com a solució de substitució, eliminant eficaçment la fuga d'oli i millorant la fiabilitat del sistema i l'eficiència econòmica.