Fuga di olio del relè di densità SF6: Cause, rischi e soluzioni senza olio

1. Introduzione
L'attrezzatura elettrica SF6, rinomata per le sue eccellenti proprietà di spegnimento dell'arco e isolamento, è stata ampiamente applicata nei sistemi di potenza. Per garantire un funzionamento sicuro, il monitoraggio in tempo reale della densità del gas SF6 è essenziale. Attualmente, sono comunemente utilizzati relè di densità a indicatore meccanico, che offrono funzioni come allarme, blocco e visualizzazione sul posto. Per migliorare la resistenza alle vibrazioni, la maggior parte di questi relè è riempita internamente con olio di silicone.

Tuttavia, la perdita di olio dai relè di densità è un problema comune nella pratica, verificandosi sia in prodotti nazionali che importati, sebbene gli unità importate generalmente presentino periodi di conservazione dell'olio più lunghi e tassi di perdita inferiori. Questo problema è diventato una sfida diffusa affrontata dalle imprese di fornitura di energia in tutto il paese, influendo significativamente sulla stabilità a lungo termine del funzionamento dell'attrezzatura.

2. Pericoli delle Perdite di Olio nei Relè di Densità

• Ridotta Resistenza alle Vibrazioni:
       L'olio di silicone fornisce smorzamento. Una volta che si perde completamente, il relè diventa suscettibile a blocchi dell'indicatore, guasti ai contatti (mancanza di funzionamento o attivazione errata) e deviazioni eccessive nelle misurazioni sotto l'impatto delle operazioni di commutazione.

• Ossidazione dei Contatti e Cattivo Contatto:
       La maggior parte dei relè di densità SF6 utilizza contatti a molla elicoidale assistiti da magneti con bassa pressione di contatto, facendo affidamento sull'olio di silicone per isolare l'aria. Dopo la perdita di olio, i contatti vengono esposti all'aria, rendendoli soggetti a ossidazione o accumulo di polvere, causando cattivo contatto o circuiti aperti.

• Dati di Test sul Campo:
       Tra 196 relè di densità testati nel corso di tre anni, sei hanno mostrato una conduzione non affidabile dei contatti (circa il 3%), tutti erano unità che avevano perso l'olio.

• Rischi Gravi per la Sicurezza:
       Se un interruttore SF6 perde gas mentre il relè di densità, a causa della perdita di olio, non può attivare segnali di allarme o blocco, possono verificarsi gravi incidenti durante l'interruzione dell'arco.

• Inquinamento dei Componenti dell'Attrezzatura:
       L'olio di silicone fuoriuscito attira la polvere, contaminando altri componenti dell'apparecchiatura, degradando così le prestazioni complessive di isolamento e sicurezza operativa.

3. Analisi delle Cause delle Perdite di Olio
Le perdite di olio si verificano principalmente nei seguenti punti:

• Interfaccia di sigillaggio tra base terminale e contenitore

• Interfaccia di sigillaggio tra finestra di vetro e contenitore

• Frattura del vetro stesso

3.1 Invecchiamento dei Sigilli di Gomma
La maggior parte dei sigilli attuali utilizza gomma nitrile (NBR), una gomma a catena carboniosa insatura altamente soggetta all'invecchiamento a causa di fattori interni ed esterni.

Fattori Interni:

• Struttura Molecolare: La presenza di doppi legami rende il materiale vulnerabile all'ossidazione, formando perossidi che portano a scissione delle catene o reticolazione, causando indurimento e fragilità.

• Ingredienti del Composto: Un eccesso di zolfo nel sistema di vulcanizzazione accelera l'invecchiamento.

Fattori Esterne:

• Ossigeno e Ozono: L'esposizione diretta all'aria o all'ossigeno/ozono disciolto nell'olio inizia reazioni ossidative.

• Effetti Termici: Per ogni aumento di 10°C, il tasso di ossidazione raddoppia approssimativamente.

• Affaticamento Meccanico: Lo stress compressivo prolungato induce ossidazione meccanica, accelerando il processo di invecchiamento.

3.2 Compressione Iniziale Impropria dei Sigilli

• Compressione Insufficiente:

• Difetti di progettazione: sezione trasversale del sigillo troppo piccola o scanalatura troppo grande.

• Problemi di installazione: affidamento al serraggio manuale senza controllo preciso.

• Effetti a basse temperature: la gomma si contrae più del metallo quando è fredda e si indurisce a temperature basse, riducendo la compressione effettiva.

• Compressione Eccessiva:

• Può causare deformazione permanente o generare alto stress di Von Mises, portando a un precoce fallimento del materiale.

3.3 Difetti nelle Superfici di Sigillaggio e Problemi di Installazione

• Graffi superficiali, barbette, ruvidità superficiale inappropriata o texture di lavorazione sfavorevoli possono creare percorsi di perdita.

• Sigilli danneggiati da bordi taglienti durante l'installazione, causando difetti nascosti.

• Causa della frattura del vetro:

• Applicazione ineguale della forza durante l'installazione;

• Frattura dovuta a cambiamenti rapidi di temperatura o pressione.

4. Suggerimenti di Miglioramento

Soluzione Fondamentale: Utilizzare Relè di Densità SF6 Senza Olio e Antivibranti
Questo tipo elimina il rischio di perdita di olio attraverso innovazioni strutturali.

Caratteristiche Tecniche:

• Cuscino Antivibrante: Installato tra il connettore e il contenitore per assorbire l'energia degli shock provenienti dalle operazioni di commutazione, raggiungendo una resistenza alle vibrazioni fino a 20 m/s².

• Principio di Funzionamento: Utilizza un elemento elastico a tubo Bourdon combinato con una lamina bimetallica di compensazione termica per riflettere accuratamente i cambiamenti nella densità del gas SF6.

• Uscita del Segnale: Utilizza microinterruttori azionati dalla lamina di compensazione termica e dal tubo Bourdon, potenziati dal cuscino antivibrante, offrendo un'elevata capacità anti-interferenza e riducendo il rischio di funzionamento errato.

Vantaggi:

• Elimina completamente la necessità di riempire con olio, prevenendo così la perdita di olio alla fonte;

• Eccellente resistenza alle vibrazioni, adatta a ambienti ad alta vibrazione;

• Alta affidabilità strutturale e bassi costi di manutenzione;

• Sostituzione diretta dei modelli a olio esistenti, consentendo aggiornamenti "senza olio".

Consigli di Implementazione:

• Sostituire prontamente qualsiasi relè di densità che mostri perdite di olio;

• Prioritizzare i modelli senza olio e antivibranti durante la sostituzione;

• Eseguire test di perdita dopo la sostituzione per assicurare un corretto sigillaggio.

5. Conclusione

• La densità del gas SF6 è un parametro critico per garantire il funzionamento sicuro dell'attrezzatura e deve essere monitorata tramite relè di densità affidabili.

• I relè di densità a olio attualmente soffrono di una diffusa perdita di olio, principalmente a causa dell'invecchiamento dei sigilli di gomma, controllo improprio della compressione e pratiche di installazione non conformi.

• La perdita di olio porta a una ridotta resistenza alle vibrazioni e a guasti ai contatti, ponendo gravi minacce alla sicurezza della rete.

• Si consiglia l'adozione di relè di densità SF6 senza olio e antivibranti come soluzione di sostituzione, eliminando efficacemente la perdita di olio e migliorando l'affidabilità del sistema e l'efficienza economica.