Porozumění a řízení poruch v dusíkem izolovaných okruhových přepážkách
1. Příčiny poruch v plynovém systému
Nejdůležitější typ poruchy v ekologicky šetrných plynově izolovaných kruhových hlavních uzlech je spojen s plynovým systémem, především s únikem plynu a anomáliemi tlaku. Únik plynu v dusíkem izolovaných kruhových hlavních uzlech pochází především z ošetření stárnutí těsnicího materiálu a vad ve svarkovacím procesu. Statistiky ukazují, že přibližně 65% poruch úniku plynu souvisí se stárnutím O-kroužků, zatímco 30% je způsobeno nedostatečnou svářením. Únik plynu nejen ovlivňuje vlastnosti izolace, ale může také vést ke bezpečnostním problémům za extrémních podmínek. Když se koncentrace dusíku zvýší a úroveň kyslíku ve prostředí klesne pod 19,5%, může dojít k udušení, což představuje hrozbu pro bezpečnost osob.
Anomálie tlaku představují další běžnou poruchu, která je především způsobena selháním regulace elektromagnetického ventilu nebo selháním těsnění. Pracovní tlak dusíkem izolovaných kruhových hlavních uzlů je obvykle udržován mezi 0,12 a 0,13 MPa, s nominálním absolutním tlakem, který nepřekračuje 0,2 MPa. Pokud klesne tlak pod 90 % nominální hodnoty (asi 0,11 MPa), výrazně klesají vlastnosti izolace systému, což vyžaduje okamžité doplnění nebo údržbu. Za podmínek vysokého napěťového impulzu má dusík dielektrickou sílu s "hřbetovým jevem", kde vztah mezi tlakem a sílou izolace je lineární pouze v homogenních nebo mírně nehomogenních elektrických polích, což komplikuje kontrolu tlaku.
Pro řešení poruch plynového systému jsou moderní ekologicky šetrné kruhové hlavní uzly obvykle vybaveny pokročilými systémy sledování plynu, včetně senzorů tlaku, detektorů úniku plynu a modulů sledování vlhkosti. Například bezdrátová čidlová technologie umožňuje více rozměrové reálné časové sledování teploty, tlaku, úniku a obsahu vlhkosti v plynové komoře, což výrazně zlepšuje schopnosti varování před poruchami. Praktické aplikace ukazují, že instalace těchto systémů sledování může snížit frekvenci poruch úniku plynu o více než 75 % a prodloužit cykly údržby zařízení na 3–5 let.
2. Poruchy související s elektrickým polem
Částečný výboj a průraz způsobené nerovnoměrným rozdělením elektrického pole jsou druhou hlavní kategorií poruch v ekologicky šetrných plynově izolovaných kruhových hlavních uzlech. Toto je především způsobeno tím, že dielektrická síla dusíku je pouze asi třetinou dielektrické síly plynu SF₆. V nehomogenních elektrických polích se výrazně zhoršují vlastnosti izolace dusíku, což jej náchylnější k výbojovým jevům.
Konkrétní projevy poruch souvisejících s elektrickým polem zahrnují výboje na šroubech spojek trubek, zkreslení elektrického pole kolem flančí a povrchové výboje na izolačních tělesech. Výzkum ukazuje, že maximální intenzita elektrického pole v těchto místech poruch může dosáhnout 5,4 kV/mm, což je daleko nad bezpečnostní limity. Například instalace štítových poklopů na hlavice šroubů může snížit intenzitu elektrického pole na 2,3 kV/mm, což výrazně snižuje riziko výboje.
Příčiny poruch elektrického pole zahrnují tři hlavní faktory: první, nízká dielektrická síla dusíku (asi třetina dielektrické síly plynu SF₆), což vyžaduje přesnější návrh elektrického pole; druhý, složitá vnitřní struktura plynové komory, která snadno vytváří body koncentrace elektrického pole; a třetí, kompaktní návrh ekologicky šetrných kruhových hlavních uzlů, které obvykle mají menší vzdálenosti mezi fázemi než tradiční zařízení, což zhoršuje nerovnoměrnost elektrického pole. V ekologicky šetrných kruhových hlavních uzlech je vzdušná vzdálenost mezi vodiči a fázemi nebo zemí obvykle nejvýše 125 mm, což je mnohem menší než více než 350 mm v jednotkách izolovaných plyny SF₆, což dělá kontrolu elektrického pole zvláště důležitou.
Řešení problémů elektrického pole vyžaduje optimalizaci návrhu. Použití izolačních rukavic stejnopotenciálních a optimalizace tvarů spojek trubek a návrhů flančí pomocí simulace elektrického pole může snížit riziko částečného výboje. Dále, zvýšení poloměrů filletů elektrod (R úhly) a použití kulatých sběrnic pro snížení koeficientu nerovnoměrnosti elektrického pole jsou také efektivní metody. Během výroby je nezbytné zajistit, aby povrchová intenzita elektrického pole živých částí a izolačních těles odpovídala standardním požadavkům, zejména kontrola částečného výboje epoxidových komponent.
3. Poruchy způsobené problémy s odváděním tepla
Třetí hlavní typ poruch, kterým čelí ekologicky šetrné plynově izolované kruhové hlavní uzly, je přehřívání kvůli nedostatečnému odvádění tepla. Schopnost odvádění tepla dusíku je výrazně slabší než u plynu SF₆, což je charakteristické zejména za podmínek vysokého zatížení. Když proud přesáhne 2100 A, schopnost odvádění tepla dusíkem izolovaných kruhových hlavních uzlů se stává nedostatečnou, což snadno vedou k stárnutí izolačního materiálu a selhání spojů.
Konkrétní projevy nedostatečného odvádění tepla zahrnují přehřívání spojů kabelů, zvýšení teploty na spojích sběrnic a karbonizaci izolačních materiálů. Například byla analyzována závažná havárie, při níž shořel spoj kabelu, a bylo zjištěno, že byla způsobena kombinací chyb při instalaci a nedostatečného odvádění tepla. Během dlouhodobého provozu vedou přehřívání k poklesu výkonu izolačních materiálů, což vytváří závratný cirkus, který nakonec vede k krátkým spojením nebo explozím.
Příčiny problémů s odváděním tepla zahrnují tři aspekty: první, tepelná vodivost dusíku je pouze čtvrtina tepelné vodivosti plynu SF₆, což vede k špatné tepelné vodivosti; druhý, kompaktní návrh ekologicky šetrných kruhových hlavních uzlů omezuje prostor plynové komory, což brání přirozenému konvekčnímu chladění; a třetí, teplo generované za podmínek vysokého zatížení je obtížné efektivně odvodit, což vede k lokálnímu zvýšení teploty.
V posledních letech vznikly různé inovativní řešení pro problémy s odváděním tepla. Radiativní chladicí nátěry mohou během dne snížit povrchovou teplotu kruhových hlavních uzlů o 30,9°C, nabízejí dobré mechanické vlastnosti, odolnost proti stárnutí a korozi. Vyvinuté inteligentní chladicí a odvodňovací zařízení, skrze koordinovanou operaci větráků a odvodňovačů, mohou snížit teplotu kruhových hlavních uzlů o 40 % a vlhkost o 58 %, což efektivně řeší problémy s nedostatečným odváděním tepla. Dále, optimalizace návrhu ventilace plynové komory a použití izolačních materiálů s vysokou tepelnou vodivostí jsou běžné metody vylepšení.
4. Poruchy mechanických komponent
Čtvrtý běžný typ poruchy v ekologicky šetrných plynově izolovaných kruhových hlavních uzlech je selhání mechanických komponent, především včetně zaklesnutí ovládacího mechanismu, opotřebení přenosových částí a stárnutí těsnicích komponent. I když uzavřený návrh plynové komory snižuje vliv vlhkého prostředí na mechanické komponenty, dlouhodobé uzavření může také vést k akumulaci vlhkosti uvnitř, což ovlivňuje spolehlivost ovládacího mechanismu.
Konkrétní projevy mechanických poruch zahrnují selhání otevření nebo zavření, zaklesnutí pružin a opotřebení os kolíků přenosových částí. Například bylo zaznamenáno několik případů zaklesnutí ovládacího mechanismu kvůli stárnutí mechanických komponent, což bývá obvykle spojeno s delšími periodami nečinnosti nebo nedostatečnou údržbou. V ekologicky šetrném zařízení mohou mechanické poruchy být také spojeny s kompaktním vnitřním prostorem plynové komory a složitou dispozicí komponent.
Příčiny mechanických poruch zahrnují: první, dlouhodobé uzavření může ovlivnit stav mazání ovládacího mechanismu; druhý, kompaktní návrh zvyšuje obtížnost instalace a komplexnost údržby mechanických komponent; a třetí, ekologické zařízení má vyšší požadavky na mechanickou pevnost, aby odolalo riziku deformace plynové komory.
Optimalizace strategií mazání je klíčová pro řešení poruch mechanických komponent. Doporučuje se použití mazadel na bázi polyuretanu (např. Kl mazivo), které nabízí vynikající adaptabilitu při vysokých a nízkých teplotách (-40°C až +120°C), odolnost proti obloukovému výboji a dlouhou životnost (více než 10 let). Dále, pravidelná údržba (např. výměna maziva každé 3 roky) a vyhýbání se nekompatibilním mazivům (např. vápenatým nebo sodným mazivům) jsou také důležitá opatření pro prevenci mechanických poruch.
