SF6 밀도 계전기의 유출: 원인, 위험 및 무유해 솔루션

1. 서론
SF6 전기 장비는 탁월한 단락 차단 및 절연 특성을 가지고 있어 전력 시스템에서 널리 사용되고 있습니다. 안전한 운영을 위해 SF6 가스 밀도의 실시간 모니터링이 필수적입니다. 현재는 기계식 포인터형 밀도 릴레이가 주로 사용되며, 경보, 잠금, 현장 표시 등의 기능을 제공합니다. 진동 저항성을 향상시키기 위해 대부분의 이러한 릴레이는 내부에 실리콘 오일이 충전되어 있습니다.

그러나 밀도 릴레이에서 오일 누출은 실제에서 흔히 발생하는 문제로, 국내 제품과 수입 제품 모두에서 발생하지만 수입 제품은 일반적으로 오일 유지 기간이 더 길고 누출률이 낮습니다. 이 문제는 전국의 전력 공급 기업들이 직면한 광범위한 도전 과제로, 장비의 장기적인 안정적인 운영에 크게 영향을 미칩니다.

2. 밀도 릴레이의 오일 누출 위험

• 감소된 진동 저항성:
       실리콘 오일은 감쇠를 제공합니다. 완전히 누출되면 릴레이는 포인터 막힘, 접점 고장 (작동 불량 또는 잘못된 트리거), 스위치 작동의 충격으로 인한 과도한 측정 편차에 취약해집니다.

• 접점 산화 및 접촉 불량:
       대부분의 SF6 밀도 릴레이는 낮은 접점 압력을 가진 자기 보조 나선형 스프링 접점을 사용하며, 실리콘 오일이 공기를 격리합니다. 오일이 누출되면 접점이 공기에 노출되어 산화되거나 먼지가 쌓여 접촉 불량이나 회로 개방을 일으킬 수 있습니다.

• 현장 테스트 데이터:
       3년 동안 테스트한 196개의 밀도 릴레이 중 6개(약 3%)가 신뢰할 수 없는 접점 전도를 나타냈으며, 모두 오일이 누출된 장치였습니다.

• 중대한 안전 위험:
       SF6 회로 차단기가 가스 누출을 일으키고, 밀도 릴레이가 오일 누출로 인해 알람이나 잠금 신호를 발송하지 못하면 단락 차단 중에 중대한 사고가 발생할 수 있습니다.

• 장비 구성 요소의 오염:
       누출된 실리콘 오일은 먼지를 끌어들여 스위치 기어의 다른 구성 요소를 오염시키며, 결과적으로 전체 절연 성능과 운영 안전성이 저하됩니다.

3. 오일 누출 원인 분석
오일 누출은 주로 다음 위치에서 발생합니다:

• 단자 기판과 케이스 사이의 밀봉 인터페이스

• 유리 창과 케이스 사이의 밀봉 인터페이스

• 유리 자체의 균열

3.1 고무 밀봉의 노화
현재 대부분의 밀봉은 부타디엔 나이트릴 고무(NBR)를 사용하며, 이는 불포화 탄소 체인 고무로 내부 및 외부 요인에 의해 노화되기 쉽습니다.

내부 요인:

• 분자 구조: 이중 결합의 존재로 인해 재료는 산화되기 쉬우며, 과산화물을 형성하여 연쇄 분해 또는 교차결합을 일으켜 경화와 취약성을 초래합니다.

• 합성 성분: 가황 시스템의 과다한 황 함량은 노화를 가속화합니다.

외부 요인:

• 산소와 오존: 공기 또는 오일에 녹아 있는 산소/오존에 직접 노출되면 산화 반응이 시작됩니다.

• 열 효과: 온도가 10°C 상승할 때마다 산화 속도는 대략 두 배로 증가합니다.

• 기계적 피로: 압축 스트레스가 지속되면 기계적 산화가 발생하여 노화 과정이 가속화됩니다.

3.2 밀봉의 초기 압축 부적절함

• 부족한 압축:

• 설계 결함: 밀봉 단면적이 너무 작거나 홈이 너무 큽니다.

• 설치 문제: 정밀한 제어 없이 수동 조임에 의존합니다.

• 저온 효과: 고무는 금속보다 더 많이 수축하고, 저온에서는 경화되어 효과적인 압축을 줄입니다.

• 과도한 압축:

• 영구적인 변형을 일으키거나 높은 폰 미세스 응력을 생성하여 재료의 조기 파손을 유발할 수 있습니다.

3.3 밀봉 표면의 결함 및 설치 문제

• 표면 긁힘, 날카로운 부분, 적절하지 않은 표면 거칠기 또는 불리한 가공 질감은 누출 경로를 만들 수 있습니다.

• 설치 중 날카로운 가장자리에 의해 손상된 밀봉, 숨겨진 결함을 초래합니다.

• 유리 균열 원인:

• 설치 중 힘의 불균형 적용;

• 온도 또는 압력의 급격한 변화로 인한 균열.

4. 개선 제안

근본적인 해결책: 무오일, 진동 저항성 SF6 밀도 릴레이 사용
이 유형은 구조적 혁신을 통해 오일 누출 위험을 완전히 제거합니다.

기술적 특징:

• 진동 격리 패드: 커넥터와 케이스 사이에 설치되어 스위칭 작업으로부터 충격 에너지를 흡수하여 최대 20 m/s²의 진동 저항성을 달성합니다.

• 작동 원리: 부르동관 탄성 요소와 온도 보상 이중 금속 스트립을 결합하여 SF6 가스 밀도의 변화를 정확하게 반영합니다.

• 신호 출력: 온도 보상 스트립과 부르동관에 의해 작동되는 마이크로 스위치를 사용하며, 진동 격리 패드로 강화되어 강력한 간섭 저항 능력과 잘못된 작동 위험을 줄입니다.

장점:

• 오일 충전이 필요 없으므로 오일 누출을 근본적으로 방지합니다;

• 높은 진동 저항성, 고진동 환경에 적합;

• 높은 구조적 신뢰성과 낮은 유지보수 비용;

• 기존 오일 충전 모델을 직접 교체하여 "무오일" 업그레이드 가능.

구현 권장사항:

• 오일 누출이 발생하는 모든 밀도 릴레이를 즉시 교체하세요;

• 교체 시 무오일, 진동 저항성 모델을 우선적으로 선택하세요;

• 교체 후 누출 테스트를 수행하여 적절한 밀봉을 확인하세요.

5. 결론

• SF6 가스 밀도는 안전한 장비 운영을 위한 중요한 매개변수이며, 신뢰할 수 있는 밀도 릴레이를 통해 모니터링해야 합니다.

• 현재 오일 충전 밀도 릴레이는 고무 밀봉의 노화, 부적절한 압축 제어, 그리고 부적절한 설치 관행으로 인해 광범위한 오일 누출 문제가 발생하고 있습니다.

• 오일 누출은 진동 저항성 저하와 접점 고장을 초래하여 전력망의 안전에 심각한 위협을 가합니다.

• 무오일, 진동 저항성 SF6 밀도 릴레이의 채택은 오일 누출을 효과적으로 제거하고 시스템의 신뢰성과 경제 효율성을 향상시키는 대체 솔루션으로 추천됩니다.