Fuga de aceite en el relé de densidad de SF6: Causas Riesgos y Soluciones sin Aceite

1. Introducción
El equipo eléctrico SF6, conocido por sus excelentes propiedades de extinción de arco y aislamiento, se ha aplicado ampliamente en sistemas de energía. Para garantizar la operación segura, es esencial el monitoreo en tiempo real de la densidad del gas SF6. Actualmente, se utilizan comúnmente relés de densidad de tipo puntero mecánico, que proporcionan funciones como alarma, bloqueo y visualización en el sitio. Para mejorar la resistencia a las vibraciones, la mayoría de estos relés están llenos internamente con aceite de silicona.

Sin embargo, la fuga de aceite de los relés de densidad es un problema común en la práctica, que ocurre tanto en productos nacionales como importados, aunque los unidades importadas generalmente presentan períodos de retención de aceite más largos y tasas de fuga más bajas. Este problema se ha convertido en un desafío generalizado enfrentado por las empresas de suministro de energía a nivel nacional, afectando significativamente la operación estable a largo plazo del equipo.

2. Peligros de la Fuga de Aceite en los Relés de Densidad

• Reducción de la Resistencia a las Vibraciones:
       El aceite de silicona proporciona amortiguación. Una vez que se escapa completamente, el relé se vuelve susceptible a atascos del puntero, fallas de contacto (no funcionamiento o disparo falso) y desviaciones excesivas de medición bajo el impacto de      las operaciones de conmutación.

• Oxidación de Contactos y Mal Contacto:
       La mayoría de los relés de densidad SF6 utilizan contactos de muelle espiral asistidos por imanes con baja presión de contacto, confiando en el aceite de silicona para aislar el aire. Después de la fuga de aceite, los contactos quedan expuestos al aire, lo que los hace propensos a la oxidación      o acumulación de polvo, llevando a mal contacto o circuitos abiertos.

• Datos de Pruebas de Campo:
       De 196 relés de densidad probados en tres años, seis mostraron conducción de contacto no confiable (aproximadamente 3%), todos ellos eran unidades que habían perdido su aceite.

• Riesgos de Seguridad Graves:
       Si un interruptor de circuito SF6 fuga gas mientras el relé de densidad falla debido a la fuga de aceite y no puede activar señales de alarma o bloqueo, pueden ocurrir accidentes graves durante la interrupción del arco.

• Contaminación de Componentes del Equipo:
       El aceite de silicona fugado atrae polvo, contaminando otros componentes del interruptor, degradando así el rendimiento general de aislamiento y la seguridad operativa.

3. Análisis de las Causas de la Fuga de Aceite
La fuga de aceite ocurre principalmente en los siguientes lugares:

• Interfaz de sellado entre la base del terminal y la carcasa

• Interfaz de sellado entre la ventana de vidrio y la carcasa

• Grietas en el propio vidrio

3.1 Envejecimiento del Sello de Goma
La mayoría de los sellos actuales utilizan caucho nitrílico (NBR), un caucho de cadena de carbono insaturada altamente susceptible al envejecimiento debido a factores internos y externos.

Factores Internos:

• Estructura Molecular: La presencia de dobles enlaces hace que el material sea vulnerable a la oxidación, formando peróxidos que llevan a la escisión de cadenas o entrecruzamiento, resultando en endurecimiento y fragilidad.

• Ingredientes de la Mezcla: Un contenido excesivo de azufre en el sistema de vulcanización acelera el envejecimiento.

Factores Externos:

• Oxígeno y Ozono: La exposición directa al aire o al oxígeno/ozono disuelto en el aceite inicia reacciones oxidativas.

• Efectos Térmicos: Por cada aumento de 10°C en la temperatura, la tasa de oxidación se duplica aproximadamente.

• Fatiga Mecánica: El estrés compresivo prolongado induce oxidación mecánica, acelerando el proceso de envejecimiento.

3.2 Compresión Inicial Inadecuada de los Sellos

• Compresión Insuficiente:

• Defectos de diseño: sección transversal del sello demasiado pequeña o ranura demasiado grande.

• Problemas de instalación: dependencia del apretado manual sin control preciso.

• Efectos de bajas temperaturas: la goma se contrae más que el metal cuando está fría y se endurece a bajas temperaturas, reduciendo la compresión efectiva.

• Compresión Excesiva:

• Puede causar deformación permanente o generar alta tensión de Von Mises, llevando a un fallo prematuro del material.

3.3 Defectos en las Superficies de Sellado e Problemas de Instalación

• Ralladuras, rebabas, rugosidad superficial inadecuada o texturas de mecanizado desfavorables pueden crear caminos de fuga.

• Sellos dañados por bordes afilados durante la instalación, causando defectos ocultos.

• Causas de grietas en el vidrio:

• Aplicación desigual de fuerza durante la instalación;

• Grietas debido a cambios rápidos de temperatura o presión.

4. Sugerencias de Mejora

Solución Fundamental: Uso de Relés de Densidad SF6 Sin Aceite y Anti-Vibración
Este tipo elimina el riesgo de fuga de aceite a través de la innovación estructural.

Características Técnicas:

• Almohadilla de Aislamiento Antivibratorio: Instalada entre el conector y la carcasa para absorber la energía de choque de las operaciones de conmutación, logrando una resistencia a las vibraciones de hasta 20 m/s².

• Principio de Funcionamiento: Utiliza un elemento elástico de tubo Bourdon combinado con una tira bimetálica de compensación de temperatura para reflejar con precisión los cambios en la densidad del gas SF6.

• Salida de Señal: Emplea microinterruptores accionados por la tira de compensación de temperatura y el tubo Bourdon, mejorados por la almohadilla antivibratoria, ofreciendo una fuerte capacidad de anti-interferencia y reduciendo el riesgo de operación falsa.

Ventajas:

• Elimina completamente la necesidad de llenado de aceite, evitando la fuga de aceite en su origen;

• Resistencia superior a las vibraciones, adecuada para entornos de alta vibración;

• Alta fiabilidad estructural y bajo costo de mantenimiento;

• Reemplazo directo de modelos llenos de aceite existentes, permitiendo actualizaciones "sin aceite".

Recomendaciones de Implementación:

• Reemplace de inmediato cualquier relé de densidad que presente fuga de aceite;

• Priorice modelos sin aceite y anti-vibración durante el reemplazo;

• Realice pruebas de fuga después del reemplazo para asegurar un sellado adecuado.

5. Conclusión

• La densidad del gas SF6 es un parámetro crítico para garantizar la operación segura del equipo y debe ser monitoreada mediante relés de densidad confiables.

• Los relés de densidad llenos de aceite actualmente sufren de fugas de aceite generalizadas, principalmente debido al envejecimiento de los sellos de goma, el control inadecuado de la compresión y prácticas de instalación subestándar.

• La fuga de aceite conduce a una reducción de la resistencia a las vibraciones y a fallos de contacto, representando amenazas graves para la seguridad de la red.

• Se recomienda la adopción de relés de densidad SF6 sin aceite y anti-vibración como solución de reemplazo, eliminando eficazmente la fuga de aceite y mejorando la confiabilidad del sistema y la eficiencia económica.