Vazamento de Óleo no Relé de Densidade SF6: Causas Riscos e Soluções sem Óleo

1. Introdução
Equipamentos elétricos SF6, conhecidos por suas excelentes propriedades de extinção de arco e isolamento, têm sido amplamente aplicados em sistemas de energia. Para garantir a operação segura, o monitoramento em tempo real da densidade do gás SF6 é essencial. Atualmente, são comumente usados relés de densidade do tipo ponteiro mecânico, fornecendo funções como alarme, bloqueio e exibição local. Para aumentar a resistência às vibrações, a maioria desses relés é preenchida internamente com óleo de silicone.

No entanto, o vazamento de óleo dos relés de densidade é um problema comum na prática, ocorrendo tanto em produtos nacionais quanto importados - embora os importados geralmente apresentem períodos de retenção de óleo mais longos e taxas de vazamento menores. Este problema se tornou um desafio generalizado enfrentado pelas empresas de fornecimento de energia em todo o país, afetando significativamente a operação estável de longo prazo do equipamento.

2. Riscos do Vazamento de Óleo nos Relés de Densidade

• Redução da Resistência às Vibrações:
       O óleo de silicone fornece amortecimento. Uma vez que vaza completamente, o relé fica suscetível ao travamento do ponteiro, falha de contato (não operação ou acionamento falso) e desvio excessivo de medição sob o impacto das operações de comutação.

• Oxidação e Contato Deficiente:
       A maioria dos relés de densidade SF6 usa contatos de mola espiral assistidos por ímã com baixa pressão de contato, confiando no óleo de silicone para isolar o ar. Após o vazamento de óleo, os contatos ficam expostos ao ar, tornando-se propensos à oxidação ou acumulação de poeira, levando a contatos ruins ou circuitos abertos.

• Dados de Testes de Campo:
       Entre 196 relés de densidade testados em três anos, seis apresentaram condução de contato não confiável (aproximadamente 3%), todos eram unidades que haviam perdido seu óleo.

• Riscos de Segurança Graves:
       Se um disjuntor SF6 vazar gás enquanto o relé de densidade falhar devido ao vazamento de óleo e não puder acionar sinais de alarme ou bloqueio, podem ocorrer acidentes graves durante a interrupção do arco.

• Contaminação de Componentes do Equipamento:
       O óleo de silicone vazado atrai poeira, contaminando outros componentes do quadro de distribuição, degradando o desempenho geral de isolamento e segurança operacional.

3. Análise das Causas do Vazamento de Óleo
O vazamento de óleo ocorre principalmente nas seguintes localizações:

• Interface de vedação entre a base do terminal e a caixa

• Interface de vedação entre a janela de vidro e a caixa

• Rachaduras no próprio vidro

3.1 Envelhecimento da Vedação de Borracha
A maioria das vedações atuais usa borracha nitrílica (NBR), uma borracha de cadeia carbonada insaturada altamente suscetível ao envelhecimento devido a fatores internos e externos.

Fatores Internos:

• Estrutura Molecular: A presença de ligações duplas torna o material vulnerável à oxidação, formando peróxidos que levam à cisão ou ligação em cadeia, resultando em endurecimento e embrittlement.

• Ingredientes da Composição: O teor excessivo de enxofre no sistema de vulcanização acelera o envelhecimento.

Fatores Externos:

• Oxigênio e Ozônio: Exposição direta ao ar ou oxigênio/ozônio dissolvidos no óleo inicia reações oxidativas.

• Efeitos Térmicos: Para cada aumento de 10°C na temperatura, a taxa de oxidação aproximadamente duplica.

• Fadiga Mecânica: Estresse compressivo prolongado induz oxidação mecânica, acelerando o processo de envelhecimento.

3.2 Compressão Inicial Inadequada das Vedas

• Compressão Insuficiente:

• Defeitos de design: seção transversal da vedação subdimensionada ou ranhura superdimensionada.

• Problemas de instalação: dependência do aperto manual sem controle preciso.

• Efeitos de baixas temperaturas: a borracha contrai mais que o metal quando fria e endurece em baixas temperaturas, reduzindo a compressão efetiva.

• Compressão Excessiva:

• Pode causar deformação permanente ou gerar alto estresse de Von Mises, levando a falha prematura do material.

3.3 Defeitos nas Superfícies de Vedação e Problemas de Instalação

• Riscos, aranhões, rugosidade inadequada da superfície ou texturas de usinagem desfavoráveis podem criar caminhos de vazamento.

• Vedas danificadas por bordas afiadas durante a instalação, causando defeitos ocultos.

• Causas de rachaduras no vidro:

• Aplicação de força desigual durante a instalação;

• Rachaduras devido a mudanças rápidas de temperatura ou pressão.

4. Sugestões de Melhoria

Solução Fundamental: Uso de Relés de Densidade SF6 Sem Óleo e Anti-Vibração
Este tipo elimina o risco de vazamento de óleo através de inovação estrutural.

Características Técnicas:

• Palmilha de Isolamento de Vibração: Instalada entre o conector e a caixa para absorver a energia de choque das operações de comutação, alcançando resistência a vibração de até 20 m/s².

• Princípio de Funcionamento: Utiliza um elemento elástico de tubo Bourdon combinado com uma tira bimetálica de compensação de temperatura para refletir com precisão as mudanças na densidade do gás SF6.

• Saída de Sinal: Emprega microinterruptores acionados pela tira de compensação de temperatura e pelo tubo Bourdon, aprimorados pela palmilha de isolamento de vibração, oferecendo forte capacidade anti-interferência e reduzindo o risco de operação falsa.

Vantagens:

• Elimina completamente a necessidade de enchimento com óleo, evitando o vazamento de óleo na fonte;

• Excelente resistência a vibrações, adequada para ambientes de alta vibração;

• Alta confiabilidade estrutural e baixo custo de manutenção;

• Substituição direta para modelos preenchidos com óleo existentes, permitindo atualizações "sem óleo".

Recomendações de Implementação:

• Substitua imediatamente qualquer relé de densidade que apresente vazamento de óleo;

• Priorize modelos sem óleo e anti-vibração durante a substituição;

• Realize testes de vazamento após a substituição para garantir vedação adequada.

5. Conclusão

• A densidade do gás SF6 é um parâmetro crítico para garantir a operação segura do equipamento e deve ser monitorada por meio de relés de densidade confiáveis.

• Os relés de densidade preenchidos com óleo atualmente sofrem de vazamento de óleo generalizado, principalmente devido ao envelhecimento da vedação de borracha, controle inadequado da compressão e práticas de instalação subpadrão.

• O vazamento de óleo leva à degradação da resistência a vibrações e falhas de contato, representando ameaças sérias à segurança da rede.

• A adoção de relés de densidade SF6 sem óleo e anti-vibração é recomendada como solução de substituição, eliminando efetivamente o vazamento de óleo e melhorando a confiabilidade do sistema e a eficiência econômica.