SF6 Dichterelais Olielijking: Oorzaken Risico's en Vrije-oplossingen

1. Inleiding
SF6-elektrische apparatuur, bekend om zijn uitstekende boogdoof- en isolatieeigenschappen, wordt wijdverspreid toegepast in energie-systemen. Om veilig bedrijf te waarborgen, is real-time monitoring van de dichtheid van SF6-gas essentieel. Momenteel worden mechanische wijzer-type dichtheidsrelais veel gebruikt, die functies zoals alarm, vergrendeling en weergave ter plaatse bieden. Om trillingbestendigheid te verhogen, zijn de meeste van deze relais intern gevuld met silicagum.

Echter, olielekken van dichtheidsrelais is een veelvoorkomend probleem in de praktijk, zowel bij binnenlandse als geïmporteerde producten - hoewel geïmporteerde eenheden over het algemeen langere oliebehoudtijden en lagere lekkagepercentages hebben. Dit probleem is een wijdverspreide uitdaging geworden voor elektriciteitsbedrijven over het hele land, wat aanzienlijk de langetermijnstabiele werking van de apparatuur beïnvloedt.

2. Gevaren van olielekken in dichtheidsrelais

• Verminderde trillingbestendigheid:
       Silicagum biedt demping. Zodra het volledig lekt, wordt het relais vatbaar voor vastlopering van de wijzer, contactfouten (niet-functioneren of vals afvuren) en extreme meetafwijkingen onder de invloed van      schakeloperaties.

• Contactoxidatie en slecht contact:
       De meeste SF6-dichtheidsrelais gebruiken magnetisch ondersteunde spiraalveercontacten met lage contactdruk, die afhankelijk zijn van silicagum om lucht te isoleren. Na olielekken komen de contacten in aanraking met lucht, waardoor ze vatbaar zijn voor oxidatie      of stofophoping, wat kan leiden tot slecht contact of open circuits.

• Veldtestgegevens:
       Van de 196 gedurende drie jaar geteste dichtheidsrelais, toonden zes onbetrouwbare contactgeleiding (ongeveer 3%), allemaal eenheden die hun olie hadden verloren.

• Serieuze veiligheidsrisico's:
       Als een SF6-schakelaar gas lekt terwijl het dichtheidsrelais door olielekken niet in staat is om alarm- of vergrendelingsignalen af te vuren, kunnen grote ongelukken optreden tijdens boogonderbreking.

• Verschutting van apparatuurcomponenten:
       Gelekte silicagum trekt stof aan, waardoor andere componenten van de schakelinstallatie besmet raken, waardoor de algehele isolatieprestaties en operationele veiligheid verslechteren.

3. Analyse van oorzaken van olielekken
Olielekken vinden voornamelijk plaats op de volgende locaties:

• Afsluiting tussen terminalbase en behuizing

• Afsluiting tussen glazen venster en behuizing

• Barsten in het glas zelf

3.1 Veroudering van rubberen afsluitingen
De meeste huidige afsluitingen gebruiken nitrilrubber (NBR), een onverzadigd koolstofketenrubber dat hoogst gevoelig is voor veroudering door interne en externe factoren.

Interne factoren:

• Moleculaire structuur: De aanwezigheid van dubbele bindingen maakt het materiaal kwetsbaar voor oxidatie, wat peroxiden vormt die ketensplitsing of kruisbinding veroorzaken, wat hard worden en brosheid tot gevolg heeft.

• Samengestelde ingrediënten: Overmatig zwavelgehalte in het vulkanisatiesysteem versnelt veroudering.

Externe factoren:

• Zuurstof en ozon: Directe blootstelling aan lucht of zuurstof/ozon opgelost in olie initieert oxidatieve reacties.

• Thermische effecten: Bij elke 10°C temperatuurstijging verdubbelt de oxidatiesnelheid ongeveer.

• Mechanische vermoeidheid: Langdurige compressiestress veroorzaakt mechanische oxidatie, wat het verouderingsproces versnelt.

3.2 Onjuiste initiële compressie van afsluitingen

• Onvoldoende compressie:

• Ontwerpfouten: te kleine doorsnede van de afsluiting of te grote groef.

• Installatieproblemen: afhankelijkheid van handmatig aandraaien zonder precieze controle.

• Lage temperatureffecten: rubber samentrekt meer dan metaal bij koude, en verhardt bij lage temperaturen, waardoor de effectieve compressie afneemt.

• Te veel compressie:

• Kan permanente vervorming veroorzaken of hoge Von Mises-spanningen genereren, wat leidt tot vroeg materiaalfout.

3.3 Defecten in afsluitoppervlakken en installatieproblemen

• Oppervlaktekrassen, snedige randen, ongeschikte oppervlakruwheid of ongunstige bewerkingsstructuren kunnen lekpaden creëren.

• Afsluitingen beschadigd door scherpe randen tijdens installatie, waardoor verborgen defecten ontstaan.

• Oorzaken van barsten in glas:

• Ongelijke krachttoepassing tijdens installatie;

• Barsten door snelle temperatuur- of drukveranderingen.

4. Verbeteringsvoorstellingen

Basisoplossing: Gebruik van olievrije, trillingbestendige SF6-dichtheidsrelais
Dit type elimineert het risico van olielekken door structurele innovatie.

Technische kenmerken:

• Trillingsisolatieplaat: Geïnstalleerd tussen de connector en de behuizing om schokenergie van schakeloperaties op te nemen, waardoor trillingbestendigheid tot 20 m/s² wordt bereikt.

• Werkprincipe: Maakt gebruik van een Bourdon-buis elastisch element gecombineerd met een temperatuurcompensatie bimetaalstrip om veranderingen in de dichtheid van SF6-gas nauwkeurig weer te geven.

• Signaaluitvoer: Gebruikt microschakelaars aangedreven door de temperatuurcompensatiestrip en Bourdonbuis, versterkt door de trillingsisolatieplaat, met sterke anti-interferentiecapaciteit en verminderd risico op vals afvuren.

Voordelen:

• Elimineert volledig de noodzaak voor olie-injectie, waardoor olielekken aan de bron worden voorkomen;

• Superieure trillingbestendigheid, geschikt voor omgevingen met hoge trillingen;

• Hoge constructieve betrouwbaarheid en lage onderhoudskosten;

• Directe vervanging van bestaande oliegevulde modellen, waardoor "olievrije" upgrades mogelijk zijn.

Aanbevelingen voor implementatie:

• Vervang direct alle dichtheidsrelais die olielekken vertonen;

• Geef de voorkeur aan olievrije, trillingbestendige modellen bij vervanging;

• Voer lektests uit na vervanging om de juiste afsluiting te garanderen.

5. Conclusie

• De dichtheid van SF6-gas is een cruciale parameter voor veilig apparaatbedrijf en moet worden gemeten via betrouwbare dichtheidsrelais.

• Momenteel lijden oliegevulde dichtheidsrelais wijdverspreid aan olielekken, hoofdzakelijk door veroudering van rubberen afsluitingen, onjuiste compressiecontrole en substandaard installatiepraktijken.

• Olielekken leiden tot verminderde trillingbestendigheid en contactfouten, wat ernstige bedreigingen vormt voor netwerkveiligheid.

• Het gebruik van olievrije, trillingbestendige SF6-dichtheidsrelais wordt aanbevolen als vervangingsoplossing, waardoor olielekken effectief worden geëlimineerd en de systeembetrouwbaarheid en economische efficiëntie worden verhoogd.