SF6密度リレーの油漏れ：原因、リスクおよび無油ソリューション

1. はじめに
SF6電気機器は、優れた消弧性能と絶縁性能により、電力システムで広く使用されています。安全な運転を確保するためには、SF6ガスの密度をリアルタイムで監視することが重要です。現在、メカニカルポインタ型の密度リレーが一般的に使用されており、アラーム、ロックアウト、現場表示などの機能を提供しています。振動耐性を高めるために、これらのリレーの多くは内部にシリコーンオイルが充填されています。

しかし、実際には密度リレーからのオイル漏れが一般的な問題であり、国内製品も輸入製品も同様ですが、輸入製品は一般にオイル保持期間が長く、漏れ率が低い傾向にあります。この問題は全国の電力供給企業にとって広範な課題となっており、設備の長期的な安定運転に大きな影響を与えています。

2. 密度リレーのオイル漏れによる危険性

• 振動耐性の低下:
       シリコーンオイルはダンピング効果を提供します。完全に漏れると、リレーはスイッチ操作による衝撃で指針の詰まり、接触不良（動作しないまたは誤動作）、測定値の過大な偏差に見舞われやすくなります。

• 接触部の酸化と接触不良:
       多くのSF6密度リレーは、低接触圧力の磁気補助渦巻きばね接点を使用し、シリコーンオイルによって空気を遮断しています。オイル漏れ後、接点は空気に曝され、酸化や塵の付着により接触不良や開路を引き起こしやすくなります。

• フィールドテストデータ:
       3年間でテストされた196個の密度リレーのうち、6個（約3%）が接触伝導が信頼できない状態を示しました。これらはすべてオイルが失われたものです。

• 深刻な安全性リスク:
       SF6回路ブレーカーがガス漏れを起こし、密度リレーがオイル漏れによりアラームやロックアウト信号を発生させることができない場合、消弧中に重大な事故が発生する可能性があります。

• 設備部品の汚染:
       漏れたシリコーンオイルは塵を引き寄せ、スイッチギアの他の部品を汚染し、全体的な絶縁性能と運用安全性を低下させます。

3. オイル漏れの原因分析
オイル漏れは主に以下の場所で発生します：

• 端子ベースとケースのシール界面

• ガラス窓とケースのシール界面

• ガラス自体のクラック

3.1 ラバーシールの劣化
現在のシールの多くは、飽和炭素鎖ゴムであるニトリルゴム（NBR）を使用しており、内部および外部要因により非常に劣化しやすいです。

内部要因:

• 分子構造: 二重結合の存在により、材料は酸化されやすく、ペルオキサイドを形成し、連鎖切断または架橋を引き起こし、硬化と脆化を引き起こします。

• 化合物成分: 加硫系の硫黄含有量が多いと、劣化が加速されます。

外部要因:

• 酸素とオゾン: 直接的に空気や油中に溶け込んだ酸素/オゾンにさらされると、酸化反応が開始されます。

• 熱効果: 温度が10°C上昇するごとに、酸化速度は約2倍になります。

• 機械的疲労: 長時間の圧縮ストレスにより、機械的酸化が誘発され、劣化過程が加速されます。

3.2 シールの初期圧縮が不適切

• 圧縮不足:

• 設計上の欠陥：シールの断面積が小さすぎるか、溝が大きすぎる。

• 設置上の問題：正確な制御なしに手動で締め付けを行う。

• 低温効果：ゴムは金属よりも冷えると収縮し、低温では硬化して有効な圧縮が減少する。

• 圧縮過剰:

• 永久的な変形を引き起こしたり、高いフォンミーゼス応力を生成して、材料の早期破損を引き起こす可能性がある。

3.3 シール面の欠陥と設置上の問題

• 表面の傷、バリ、不適切な表面粗さ、または不利な加工テクスチャが漏れの経路を作り出す。

• 設置時に鋭いエッジによってシールが損傷し、隠れた欠陥を引き起こす。

• ガラスのクラックの原因：

• 設置時の力の適用が均一でない；

• 温度や圧力の急激な変化によるクラック。

4. 改善提案

根本的な解決策：無油・防振型SF6密度リレーの使用
このタイプは、構造的な革新によりオイル漏れのリスクを排除します。

技術的特徴:

• 防振パッド: コネクタとケースの間に設置され、スイッチング操作から発生するショックエネルギーを吸収し、最大20 m/s²までの防振性能を達成します。

• 動作原理: ボルドン管弾性要素と温度補償用バイメタルストリップを使用して、SF6ガスの密度の変化を正確に反映します。

• 信号出力: 温度補償ストリップとボルドン管によって作動するマイクロスイッチを使用し、防振パッドにより強力なノイズ対策と誤動作のリスクを低減します。

利点:

• オイル充填の必要が全くなく、オイル漏れの根源を排除します；

• 優れた防振性能を持ち、高振動環境に適しています；

• 高い構造的信頼性と低メンテナンスコスト；

• 既存のオイル充填モデルへの直接交換が可能で、「無油」アップグレードを実現します。

実装の推奨事項:

• オイル漏れを示す密度リレーを速やかに交換すること；

• 交換時には無油・防振モデルを優先すること；

• 交換後に漏れ試験を行い、適切なシールを確認すること。

5. まとめ

• SF6ガスの密度は、設備の安全な運転を確保する上で重要なパラメータであり、信頼性の高い密度リレーを通じて監視する必要があります。

• 現在、オイル充填型密度リレーは、ラバーシールの劣化、圧縮制御の不適切さ、および設置方法の不十分さにより、広範なオイル漏れに苦しんでいます。

• オイル漏れは、振動耐性の低下と接触不良を引き起こし、電力網の安全性に深刻な脅威をもたらします。

• 無油・防振型SF6密度リレーの採用が推奨され、これによりオイル漏れを完全に排除し、システムの信頼性と経済効率を向上させることができます。