Утечка масла з реле щільності SF6: Причини, ризики та безмасляні рішення

1. Вступ
Електричне обладнання з SF6, відоме своїми відмінними властивостями гасіння дуги та ізоляції, широко застосовується в енергетичних системах. Для забезпечення безпечного функціонування необхідний реальний час моніторингу щільності газу SF6. Зараз поширено використовуються механічні стрілкові реле щільності, які надають функції, такі як сигналізація, блокування та відображення на місці. Для підвищення стійкості до вібрацій більшість цих релей заповнюється всередині кремніовою олією.

Проте проблема витоку олії з реле щільності є поширеною практичною проблемою, яка виникає як у вітчизняних, так і у імпортованих продуктах—хоча імпортовані одиниці зазвичай мають довший період утримання олії та нижчі показники витоку. Ця проблема стала загальною викликом, з яким стикаються енергетичні підприємства по всій країні, значно впливаючи на тривалу стабільну роботу обладнання.

2. Небезпеки витоку олії з реле щільності

• Зниження стійкості до вібрацій:
       Кремніова олія забезпечує демпфування. Коли вона повністю витікає, реле стає чутливим до закликання стрілки, відмови контакту (невідповідної роботи або хибного спрацьовування) та надмірного відхилення вимірювання при впливі операцій переключення.

• Оксидування контактів та погана контактність:
       Більшість реле щільності SF6 використовують контакти з магнітною допомогою на основі спиральних пружин з низьким тиском контакту, що спираються на кремніову олію для ізоляції від повітря. Після витоку олії контакти виявляються в повітрі, що робить їх чутливими до оксидування або накопичення пилу, що призводить до поганої контактності або відкритих контурів.

• Дані полевих тестів:
       Серед 196 реле щільності, які тестувалися протягом трьох років, шість продемонстрували ненадійну провідність контакту (приблизно 3%), всі ці одиниці втратили свою олію.

• Серйозні ризики безпеки:
       Якщо комутатор SF6 витікає газ, а реле щільності через витік олії не може спрацювати сигнал тривоги або блокування, можуть виникнути серйозні аварії під час гасіння дуги.

• Забруднення компонентів обладнання:
       Витікнула кремніова олія притягує пил, забруднюючи інші компоненти комутаційного обладнання, що призводить до погіршення загальної ізоляційної продуктивності та безпеки роботи.

3. Аналіз причин витоку олії
Виток олії в основному відбувається в таких місцях:

• Герметичний інтерфейс між базою терміналу та корпусом

• Герметичний інтерфейс між скляним вікном та корпусом

• Тріщини у склі

3.1 Старіння резинового уплотнення
Більшість поточних уплотнень використовують акрилонітрилбутадієновий каучук (NBR), невідносний карбоновий каучук, який сильно піддається старінню через внутрішні та зовнішні фактори.

Внутрішні фактори:

• Молекулярна структура: Наявність подвійних зв'язків робить матеріал чутливим до окислення, що призводить до формування пероксидів, що в свою чергу призводять до розриву ланцюгів або перехресного зв'язування, що призводить до затвердіння та бриття.

• Склад компонентів: Зависока вміст сірки в системі вулканізації прискорює старіння.

Зовнішні фактори:

• Кисень та озон: Пряме викладання на повітря або розчинений в олії кисень/озон ініціює окисльні реакції.

• Теплові ефекти: За кожні 10°C збільшення температури, швидкість окислення приблизно подвоюється.

• Механічне втомлення: Тривале стиснення викликає механічне окислення, що прискорює процес старіння.

3.2 Неправильне початкове стиснення уплотнень

• Недостатнє стиснення:

• Помилки проектування: занадто маленький переріз уплотнення або завеликий паз.

• Проблеми встановлення: залежність від ручного затягування без точного контролю.

• Ефекти низької температури: резина скорочується більше, ніж метал, при холоді, і затвердіє при низьких температурах, що зменшує ефективне стиснення.

• Перебільшене стиснення:

• Може призвести до постійної деформації або виникнення високого напруження Вон Міса, що призводить до ранньої втрати матеріалу.

3.3 Дефекти поверхонь герметизації та проблеми встановлення

• Царапини, заусенці, неправильна шорсткість поверхні або неблагоприятні текстури обробки можуть створювати шляхи витоку.

• Уплотнення, пошкоджені гострими краями під час встановлення, що призводить до прихованих дефектів.

• Причини тріщин у склі:

• Нерівномірне прикладання сили під час встановлення;

• Тріщини через швидкі зміни температури або тиску.

4. Пропозиції для покращення

Основне рішення: Використання безолійних, антивібраційних реле щільності SF6
Цей тип усуває ризик витоку олії через конструктивні інновації.

Технічні характеристики:

• Амортизатор вібрацій: Встановлюється між з'єднуючим елементом та корпусом для поглинання ударної енергії від операцій переключення, забезпечуючи стійкість до вібрацій до 20 м/с².

• Принцип роботи: Використовує еластичний елемент трубки Бурдона разом з двометалевою стрічкою для температурної компенсації, щоб точно відображати зміни щільності газу SF6.

• Виведення сигналу: Використовує мікро-контакти, приводимі в рух двометалевою стрічкою та трубкою Бурдона, підсилені амортизатором вібрацій, що забезпечує високу стійкість до перешкод та знижує ризик хибного спрацьовування.

Переваги:

• Повністю усуває потребу в заповненні олією, таким чином унеможливлюючи витік олії на корінній рівні;

• Висока стійкість до вібрацій, придатна для середовищ з високою вібрацією;

• Висока конструктивна надійність та низька вартість обслуговування;

• Пряма заміна існуючих моделей з олією, що дозволяє "безолійні" оновлення.

Рекомендації для впровадження:

• Швидко замінити всі реле щільності, які демонструють витік олії;

• При заміні віддавати перевагу безолійним, антивібраційним моделям;

• Провести тест на витік після заміни, щоб забезпечити правильне уплотнення.

5. Висновки

• Щільність газу SF6 є ключовим параметром для забезпечення безпечної роботи обладнання та повинна моніторитися за допомогою надійних реле щільності.

• Реле щільності, заповнені олією, зараз страждають від поширених витоків олії, головним чином через старіння резинових уплотнень, неправильне керування стисненням та недоліки встановлення.

• Витік олії призводить до зниження стійкості до вібрацій та відмови контактів, що становить серйозну загрозу безпеці мережі.

• Рекомендується використання безолійних, антивібраційних реле щільності SF6 як рішення для заміни, що ефективно усуває виток олії та підвищує надійність системи та економічну ефективність.