Fuite d'huile du relais de densité SF6 : Causes, risques et solutions sans huile
1. Introduction
Les équipements électriques SF6, reconnus pour leurs excellentes propriétés d'extinction d'arc et d'isolation, sont largement utilisés dans les systèmes de distribution d'électricité. Pour assurer un fonctionnement sûr, la surveillance en temps réel de la densité du gaz SF6 est essentielle. Actuellement, des relais de densité à aiguille mécanique sont couramment utilisés, offrant des fonctions telles que l'alarme, le verrouillage et l'affichage sur site. Pour améliorer leur résistance aux vibrations, la plupart de ces relais sont remplis de silicone interne.
Cependant, les fuites d'huile des relais de densité sont un problème courant en pratique, se produisant aussi bien dans les produits nationaux qu'importés - bien que les unités importées présentent généralement des périodes de rétention d'huile plus longues et des taux de fuite plus faibles. Ce problème est devenu un défi généralisé auquel sont confrontées les entreprises de fourniture d'électricité à travers le pays, affectant considérablement le fonctionnement stable à long terme des équipements.
2. Dangers des fuites d'huile dans les relais de densité
Réduction de la résistance aux vibrations :
Le silicone fournit un amortissement. Une fois qu'il a complètement fui, le relais devient sensible au blocage de l'aiguille, à la défaillance des contacts (non-fonctionnement ou déclenchement erroné) et à une déviation excessive de mesure sous l'impact des opérations de commutation.Oxydation des contacts et mauvais contact :
La plupart des relais de densité SF6 utilisent des contacts à ressort spiralé assistés par aimant avec une faible pression de contact, s'appuyant sur le silicone pour isoler l'air. Après la fuite d'huile, les contacts sont exposés à l'air, ce qui les rend vulnérables à l'oxydation ou à l'accumulation de poussière, entraînant un mauvais contact ou des circuits ouverts.Données de tests sur le terrain :
Parmi les 196 relais de densité testés au cours des trois dernières années, six ont montré une conduction de contact non fiable (environ 3%), tous étaient des unités ayant perdu leur huile.Risques de sécurité graves :
Si un disjoncteur SF6 fuit du gaz alors que le relais de densité ne peut pas déclencher d'alarme ou de signal de verrouillage en raison de la fuite d'huile, des accidents majeurs peuvent se produire lors de l'interruption d'arc.Contamination des composants de l'équipement :
L'huile de silicone fuyée attire la poussière, contaminant d'autres composants du poste de commande, dégradant ainsi les performances globales d'isolation et la sécurité opérationnelle.
3. Analyse des causes des fuites d'huile
Les fuites d'huile se produisent principalement aux endroits suivants :
Interface d'étanchéité entre la base de connexion et le boîtier
Interface d'étanchéité entre la fenêtre en verre et le boîtier
Fissuration du verre lui-même
3.1 Vieillissement des joints en caoutchouc
La plupart des joints actuels utilisent du nitrile (NBR), un caoutchouc à chaîne carbonée insaturée très sensible au vieillissement en raison de facteurs internes et externes.
Facteurs internes :
Structure moléculaire : La présence de liaisons doubles rend le matériau vulnérable à l'oxydation, formant des peroxydes qui conduisent à la scission ou à la réticulation de la chaîne, entraînant un durcissement et une fragilisation.
Ingrédients de composition : Une teneur excessive en soufre dans le système de vulcanisation accélère le vieillissement.
Facteurs externes :
Oxygène et ozone : L'exposition directe à l'air ou à l'oxygène/ozone dissous dans l'huile initie des réactions oxydatives.
Effets thermiques : Pour chaque augmentation de 10°C, le taux d'oxydation double approximativement.
Fatigue mécanique : Une contrainte compressive prolongée induit une oxydation mécanique, accélérant le processus de vieillissement.
3.2 Compression initiale inadéquate des joints
Compression insuffisante :
Défauts de conception : section transversale du joint trop petite ou rainure trop grande.
Problèmes d'installation : serrage manuel sans contrôle précis.
Effets de basse température : le caoutchouc se contracte plus que le métal lorsqu'il est froid et se durcit à basse température, réduisant la compression effective.
Compression excessive :
Peut provoquer une déformation permanente ou générer une forte contrainte de Von Mises, entraînant une défaillance prématurée du matériau.
3.3 Défauts des surfaces d'étanchéité et problèmes d'installation
Rayures, bavures, rugosité de surface inappropriée ou textures de fraisage défavorables peuvent créer des chemins de fuite.
Dommages aux joints causés par des arêtes vives lors de l'installation, créant des défauts cachés.
Causes de fissuration du verre :
Application inégale de la force lors de l'installation ;
Fissuration due à des changements rapides de température ou de pression.
4. Suggestions d'amélioration
Solution fondamentale : Utiliser des relais de densité SF6 sans huile et anti-vibration
Ce type élimine le risque de fuite d'huile grâce à une innovation structurelle.
Caractéristiques techniques :
Tampon d'isolation des vibrations : Installé entre la connectivité et le boîtier pour absorber l'énergie de choc des opérations de commutation, atteignant une résistance aux vibrations jusqu'à 20 m/s².
Principe de fonctionnement : Utilise un élément élastique de tube Bourdon combiné à une lame bimétallique de compensation de température pour refléter avec précision les changements de densité du gaz SF6.
Sortie de signal : Emploie des micro-interrupteurs actionnés par la lame de compensation de température et le tube Bourdon, renforcés par le tampon d'isolation des vibrations, offrant une forte capacité de résistance aux interférences et réduisant le risque de déclenchement erroné.
Avantages :
Élimine complètement le besoin de remplissage d'huile, empêchant ainsi la fuite d'huile à la source ;
Résistance supérieure aux vibrations, adaptée aux environnements à forte vibration ;
Fiabilité structurale élevée et coût de maintenance réduit ;
Remplacement direct des modèles existants remplis d'huile, permettant des mises à niveau "sans huile".
Recommandations d'implémentation :
Remplacer immédiatement tous les relais de densité présentant des fuites d'huile ;
Prioriser les modèles sans huile et anti-vibration lors du remplacement ;
Effectuer des tests d'étanchéité après le remplacement pour s'assurer d'une étanchéité correcte.
5. Conclusion
La densité du gaz SF6 est un paramètre critique pour assurer un fonctionnement sûr des équipements et doit être surveillée via des relais de densité fiables.
Les relais de densité remplis d'huile subissent actuellement des fuites d'huile généralisées, principalement dues au vieillissement des joints en caoutchouc, à un contrôle inadéquat de la compression et à des pratiques d'installation sous-standard.
Les fuites d'huile entraînent une diminution de la résistance aux vibrations et des défaillances de contact, posant des menaces sérieuses pour la sécurité du réseau.
L'adoption de relais de densité SF6 sans huile et anti-vibration est recommandée comme solution de remplacement, éliminant efficacement les fuites d'huile et améliorant la fiabilité du système ainsi que son efficacité économique.
