Wyciek oleju z przekaźnika gęstości SF6: Przyczyny ryzyka i rozwiązania bezużytkowe

1. Wprowadzenie
Urządzenia elektryczne SF6, znane z doskonałych właściwości gaszenia łuku i izolacji, są szeroko stosowane w systemach energetycznych. Aby zapewnić bezpieczne działanie, niezbędne jest monitorowanie w czasie rzeczywistym gęstości gazu SF6. Obecnie powszechnie stosowane są mechaniczne wskaźniki gęstości z wskazówką, które zapewniają funkcje takie jak alarm, blokada i lokalny wyświetlacz. Aby zwiększyć odporność na drgania, większość tych przekaźników wypełniana jest wewnętrznie silikonowym olejem.

Jednak przecieki oleju z przekaźników gęstości stanowią powszechne problem w praktyce, występujący zarówno w produktach krajowych, jak i importowanych – choć importowane jednostki zwykle mają dłuższy okres utrzymania oleju i niższe stopy przecieków. Ten problem stał się szeroko rozpoznawanym wyzwaniem dla przedsiębiorstw dostarczających energię na całym kraju, znacząco wpływając na długotrwałą stabilną pracę urządzeń.

2. Zagrożenia wynikające z przecieków oleju w przekaźnikach gęstości

• Zmniejszona odporność na drgania:
       Silikonowy olej zapewnia tłumienie. Po jego pełnym wycieku przekaźnik staje się podatny na zakleszczenie wskazówki, awarię kontaktu (brak działania lub fałszywe wyzwalanie) oraz nadmierną odchyłkę pomiarową pod wpływem      operacji przełącznika.

• Oksydacja kontaktów i słabe połączenie:
       Większość przekaźników gęstości SF6 używa magnetycznie wspomaganych kontaktów sprężynowych o niskim ciśnieniu kontaktowym, które polegają na izolacji powietrza przez silikonowy olej. Po przecieku oleju kontakty są narażone na powietrze, co prowadzi do ich oksydacji      lub nagromadzenia pyłu, co powoduje słabe połączenie lub otwarte obwody.

• Dane testowe z terenu:
       Spośród 196 przekaźników gęstości przetestowanych w ciągu trzech lat, sześć miało niepewną przewodność kontaktów (około 3%), wszystkie były to jednostki, które straciły olej.

• Poważne zagrożenia bezpieczeństwa:
       Jeśli przełącznik SF6 ma przeciek gazu, a przekaźnik gęstości ulega awarii z powodu przecieku oleju i nie może wygenerować sygnałów alarmowych lub blokady, mogą wystąpić poważne wypadki podczas przerwy łuku.

• Zanieczyszczenie elementów sprzętu:
       Wyciekający silikonowy olej przyciąga kurz, zanieczyszczając inne elementy przełącznika, co prowadzi do degradacji ogólnej wydajności izolacji i bezpieczeństwa pracy.

3. Analiza przyczyn przecieków oleju
Przecieki oleju występują głównie w następujących miejscach:

• Interfejs szczelności między podstawą terminalu a obudową

• Interfejs szczelności między szybą a obudową

• Pęknięcie samej szyby

3.1 Starzenie się uszczelki gumowej
Większość obecnych uszczelek używa kauczuku akrylonitrylowo-butadienowego (NBR), nienasyconego kauczuku łańcuchowego, który jest bardzo podatny na starzenie się z powodu czynników wewnętrznych i zewnętrznych.

Czynniki wewnętrzne:

• Struktura molekularna: Obecność wiązań podwójnych sprawia, że materiał jest podatny na utlenianie, tworząc peroksydy, które prowadzą do rozszczepienia łańcucha lub skrzyżowania, powodując wzmocnienie i stwardnienie.

• Składniki kompozycji: Zbyt wysoka zawartość siarki w systemie wulkanizacyjnym przyspiesza starzenie się.

Czynniki zewnętrzne:

• Tlen i ozon: Bezpośrednie narażenie na powietrze lub tlen/ozon rozpuszczony w oleju inicjuje reakcje utleniające.

• Wpływ temperatury: Dla każdego 10°C wzrostu temperatury tempo utleniania mniej więcej podwaja się.

• Mechaniczne zmęczenie: Długotrwałe obciążenie ściskające powoduje mechaniczne utlenianie, przyspieszając proces starzenia się.

3.2 Niewłaściwe początkowe sprężenie uszczelki

• Niedostateczne sprężenie:

• Błędy projektowe: zbyt mała przekrój uszczelki lub zbyt duża rysa.

• Problemy montażowe: poleganie na ręcznym zacieśnianiu bez precyzyjnego sterowania.

• Efekt niskich temperatur: guma kurczy się bardziej niż metal przy niskich temperaturach i twardnieje, redukując efektywne sprężenie.

• Zbyt duże sprężenie:

• Może spowodować stałe deformacje lub generować wysokie naprężenia von Misesa, prowadząc do wcześniejszego awarii materiału.

3.3 Wady powierzchni szczelności i problemy montażowe

• Drasgi, zastrzyki, niewłaściwa chropowatość powierzchni lub niekorzystne tekstury obróbki mogą tworzyć ścieżki przecieku.

• Uszkodzone uszczelki ostrymi krawędziami podczas montażu, powodując ukryte wady.

• Przyczyny pękania szyby:

• Nierównomierna siła podczas montażu;

• Pękanie z powodu szybkich zmian temperatury lub ciśnienia.

4. Sugestie poprawy

Podstawowe rozwiązanie: Używanie przekaźników gęstości SF6 bez oleju, odpornych na wibracje
Ten typ eliminuje ryzyko przecieku oleju poprzez innowacyjną konstrukcję.

Właściwości techniczne:

• Absorber drgań: Zainstalowany między konektorem a obudową, aby absorbuować energię uderzeniową z operacji przełącznika, osiągając odporność na wibracje do 20 m/s².

• Zasada działania: Wykorzystuje  elastyczny element rurki Bourdona połączony z dwumetalową taśmą kompensacji temperatury, aby dokładnie odzwierciedlać zmiany gęstości gazu SF6.

• Wyjście sygnału: Wykorzystuje mikroprzekaźniki uruchamiane przez taśmę kompensacji temperatury i rurkę Bourdona, wzmocnione przez absorber drgań, oferując silną odporność na zakłócenia i zmniejszając ryzyko fałszywego działania.

Zalety:

• Kompletnie eliminuje potrzebę wypełniania olejem, zapobiegając przeciekom oleju u źródła;

• Wyjątkowa odporność na wibracje, odpowiednia dla środowisk o wysokich wibracjach;

• Wysoka niezawodność konstrukcyjna i niskie koszty konserwacji;

• Bezpośrednia wymiana istniejących modeli wypełnionych olejem, umożliwiająca modernizację "bez oleju".

Zalecenia implementacji:

• Natychmiast zastąpić wszystkie przekaźniki gęstości wykazujące przecieki oleju;

• Priorytetowo wybierać modele bez oleju, odporne na wibracje, podczas wymiany;

• Przeprowadzić test szczelności po wymianie, aby upewnić się, że szczelność jest właściwa.

5. Podsumowanie

• Gęstość gazu SF6 jest kluczowym parametrem zapewniającym bezpieczne działanie sprzętu i musi być monitorowana za pomocą niezawodnych przekaźników gęstości.

• Obecnie przekaźniki gęstości wypełnione olejem cierpią na szeroko rozpowszechnione przecieki oleju, głównie ze względu na starzenie się uszczelki gumowej, niewłaściwe sterowanie sprężeniem i niedoskonałe praktyki montażowe.

• Przecieki oleju prowadzą do obniżenia odporności na wibracje i awarii kontaktów, stanowiąc poważne zagrożenie dla bezpieczeństwa sieci.

• Zaleca się wprowadzenie przekaźników gęstości SF6 bez oleju, odpornych na wibracje, jako rozwiązania zastępczego, które skutecznie eliminuje przecieki oleju i zwiększa niezawodność systemu oraz efektywność ekonomiczną.