Únik oleje z čidlohy hustoty SF6: Příčiny rizika a bezolejová řešení

1. Úvod
Elektrické zařízení s plynem SF6, proslulé svými vynikajícími vlastnostmi uhašování oblouku a izolace, je široce používáno v elektrických systémech. Pro zajištění bezpečného provozu je nezbytné kontinuální sledování hustoty plynu SF6. V současnosti se často používají mechanické ukazatelové relé hustoty, která poskytují funkce jako varování, zámek a místní zobrazení. Pro zlepšení odolnosti proti kmitům jsou tato relé interně vyplněna silikonovým olejem.

Nicméně, únik oleje z relé hustoty je běžný problém v praxi, který se vyskytuje jak u domácích, tak i u dovozních produktů – přičemž dovozní jednotky obvykle mají delší dobu udržení oleje a nižší míru úniku. Tento problém se stal rozšířenou výzvou, kterou čelí dodavatelé elektrické energie po celé zemi, což výrazně ovlivňuje dlouhodobou stabilní operaci zařízení.

2. Rizika spojená s únikem oleje z relé hustoty

• Znížená odolnost proti kmitům:
       Silikonový olej poskytuje tlumení. Jakmile úplně unikne, stává se relé náchylné k ucpání ukazatele, selhání kontaktu (nezapnutí nebo falešné spuštění) a příliš velkému odchylce měření pod vlivem      operací přepínání.

• Oxidace kontaktu a špatný kontakt:
       Většina relé hustoty SF6 používá magneticky asistované spirálové pružinové kontakty s nízkým kontaktním tlakem, které se spoléhají na silikonový olej k izolaci vzduchu. Po úniku oleje jsou kontakty expozovány vzduchu, což je činí náchylnými k oxidaci      nebo akumulaci prachu, což vede ke špatnému kontaktu nebo otevřenému obvodu.

• Polevé testovací údaje:
       Ze 196 relé hustoty testovaných během tří let šest ukázalo nespolehlivou vedení kontaktu (asi 3%), všechny byly jednotky, které ztratily olej.

• Závažná bezpečnostní rizika:
       Pokud dochází k úniku plynu ze spínače SF6 a relé hustoty kvůli úniku oleje selže a nemůže aktivovat signál varování nebo zámek, mohou nastat vážné nehody během přerušení oblouku.

• Znečištění složek zařízení:
       Uniklý silikonový olej přitahuje prach, což znečišťuje další komponenty spínače, což vedlo k degradaci celkové izolační vlastnosti a bezpečnosti provozu.

3. Analýza příčin úniku oleje
Únik oleje se primárně vyskytuje na následujících místech:

• Uzavírací rozhraní mezi základnou terminálu a tělem

• Uzavírací rozhraní mezi skleněným okénkem a tělem

• Trhliny samotného skla

3.1 Stárnutí gumového těsnění
Většina současných těsnění používá nitrilovou gumu (NBR), nezasytenou uhlovodíkovou gumu, která je velmi náchylná k stárnutí z důvodu interních a externích faktorů.

Interní faktory:

• Molekulární struktura: Přítomnost dvojitých vazeb činí materiál náchylným k oxidaci, což vede k vytvoření peroxidů, které vedou k řetězcovému scissionu nebo křížení, což vede k tvrdnutí a lámání.

• Složení směsi: Přebytečná síra v systému vulkanizace urychluje stárnutí.

Externí faktory:

• Kyslík a ozon: Přímé expozice vzduchu nebo kyslíku/ozonu rozpusteného v oleji iniciuje oxidativní reakce.

• Tepelné efekty: Pro každé 10°C zvýšení teploty se rychlost oxidace zdvojnásobí.

• Mechanické unavení: Dlouhodobé stlačení způsobuje mechanickou oxidaci, což urychluje proces stárnutí.

3.2 Nesprávné počáteční stlačení těsnění

• Nedostatečné stlačení:

• Konstrukční nedostatky: příliš malý průřez těsnění nebo příliš velký žláb.

• Instalační problémy: závislost na manuálním zatěžování bez přesného ovládání.

• Efekty nízké teploty: guma se více stahuje než kov při chladu a tuhne při nízkých teplotách, což snižuje efektivní stlačení.

• Přílišné stlačení:

• Může způsobit trvalou deformaci nebo vyvolat vysoký Von Misesův napěťový stav, což vede k předčasnému selhání materiálu.

3.3 Defekty uzavíracích povrchů a instalační problémy

• Povrchové škrábance, ostnaté hrany, nevhodná povrchové hrubost nebo nepříznivé obráběcí textury mohou vytvářet cesty pro únik.

• Těsnění poškozená ostrými hranami během instalace, což vede k skrytým defektům.

• Příčiny trhlin ve skle:

• Nerovnoměrné aplikace síly během instalace;

• Trhliny způsobené rychlými změnami teploty nebo tlaku.

4. Návrhy na zlepšení

Základní řešení: Použití bezolejových, protikmitových relé hustoty SF6
Tento typ eliminuje riziko úniku oleje prostřednictvím konstrukční inovace.

Technické vlastnosti:

• Vibrační izolační pad: Instalován mezi konektorem a tělem pro absorpci otřesové energie z operací přepínání, dosahující odolnosti proti kmitům až 20 m/s².

• Princip fungování: Využívá  elastický prvek Bourdonova trubice kombinovaný s termickou kompenzační dvojmetalkou pro přesné zobrazení změn hustoty plynu SF6.

• Výstup signálu: Využívá mikrospínače aktivované termickou kompenzační dvojmetalkou a Bourdonovou trubicí, posílené vibračním izolačním padem, nabízející vysokou odolnost proti rušivým vlivům a snížené riziko falešného spuštění.

Výhody:

• Úplně eliminuje potřebu plnění olejem, tedy prevence úniku oleje na zdroji;

• Vynikající odolnost proti kmitům, vhodná pro prostředí s vysokou vibrací;

• Vysoká konstrukční spolehlivost a nízké náklady na údržbu;

• Přímá náhrada za existující modely s plněním olejem, umožňující "bezolejové" modernizace.

Doporučení pro implementaci:

• Okamžité nahrazení relé hustoty, která ukazují únik oleje;

• Priorita pro bezolejové, protikmitové modely během náhrady;

• Provádění testů na únik po náhradě pro zajištění správného uzavření.

5. Závěr

• Hustota plynu SF6 je klíčový parametr pro zajištění bezpečného provozu zařízení a musí být sledována prostřednictvím spolehlivých relé hustoty.

• Relé hustoty s plněním olejem v současnosti trpí široce rozšířeným únikem oleje, hlavně z důvodu stárnutí gumového těsnění, nesprávného ovládání stlačení a nedostatečných praktik instalace.

• Únik oleje vede ke snížení odolnosti proti kmitům a selhání kontaktu, což představuje závažné hrozby pro bezpečnost sítě.

• Je doporučeno použití bezolejových, protikmitových relé hustoty SF6 jako náhradního řešení, které efektivně eliminuje únik oleje a zvyšuje spolehlivost systému a ekonomickou efektivitu.