فهمندن و مدیریت خطاها در واحد های حلقه اصلی عایق گاز نیتروژن
1. خرابی‌های سیستم گاز
نوع بحرانی‌ترین خرابی در واحدهای حلقه اصلی عایق‌بندی شده با گاز محیط زیست‌دوستانه مربوط به سیستم گاز است که عمدتاً شامل نشت گاز و ناهماهنگی فشار است. نشت گاز در واحدهای حلقه اصلی عایق‌بندی شده با نیتروژن عمدتاً ناشی از تیرگی مواد پوششی و نقص در فرآیند جوشکاری است. آمار نشان می‌دهد که حدود ۶۵٪ از خرابی‌های نشت گاز مربوط به تیرگی حلقه O است، در حالی که ۳۰٪ آنها ناشی از جوشکاری ناکافی هستند. نشت گاز نه تنها عملکرد عایق را تحت تأثیر قرار می‌دهد بلکه در شرایط حدی می‌تواند مشکلات ایمنی ایجاد کند. وقتی غلظت نیتروژن افزایش یافته و سطح اکسیژن در محیط زیر ۱۹.۵٪ بیفتد، خفگی ممکن است رخ دهد که تهدیدی برای ایمنی کارکنان است.
ناهماهنگی فشار نیز یکی از خرابی‌های رایج دیگر است که عمدتاً ناشی از نقص در تنظیم شیر الکترومغناطیسی یا نقص در پوشش‌ها است. فشار عملیاتی واحدهای حلقه اصلی عایق‌بندی شده با نیتروژن معمولاً بین ۰.۱۲ تا ۰.۱۳ مگاپاسکال حفظ می‌شود، با فشار مطلق نامی کمتر از ۰.۲ مگاپاسکال. وقتی فشار کمتر از ۹۰٪ فشار نامی (حدود ۰.۱۱ مگاپاسکال) می‌شود، عملکرد عایق سیستم به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد و نیاز به پرکردن مجدد یا تعمیر فوری دارد. در شرایط ضربه ولتاژ بالا، مقاومت الکتریکی نیتروژن "پدیده کوه" را نشان می‌دهد، که در آن رابطه بین فشار و مقاومت عایق فقط در میدان‌های الکتریکی یکنواخت یا کمی ناهموار خطی است، که کنترل فشار را پیچیده‌تر می‌کند.
برای حل خرابی‌های سیستم گاز، واحدهای حلقه اصلی محیط زیست‌دوستانه مدرن معمولاً با سیستم‌های پیشرفته نظارت بر گاز مجهز می‌شوند، از جمله سنسورهای فشار، تشخیص‌دهنده‌های نشت گاز و ماژول‌های نظارت بر رطوبت. به عنوان مثال، فناوری حسگر بی‌سیم امکان نظارت چندبعدی در زمان واقعی بر دمای، فشار، نشت و محتوای رطوبت در کمره گاز را فراهم می‌کند، که به طور قابل توجهی قابلیت هشدار خرابی را افزایش می‌دهد. کاربردهای عملی نشان می‌دهند که نصب چنین سیستم‌های نظارتی می‌تواند نرخ خرابی‌های نشت گاز را بیش از ۷۵٪ کاهش دهد و چرخه تعمیرات تجهیزات را به ۳-۵ سال تمدید کند.
2. خرابی‌های مرتبط با میدان الکتریکی
انتشار جزئی و خرابی ناشی از توزیع ناهموار میدان الکتریکی دومین دسته اصلی خرابی‌ها در واحدهای حلقه اصلی عایق‌بندی شده با گاز محیط زیست‌دوستانه هستند. این موضوع عمدتاً به این دلیل است که مقاومت عایقی نیتروژن فقط حدود یک‌سوم SF₆ است. در میدان‌های الکتریکی ناهموار، عملکرد عایقی نیتروژن به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد و آن را مستعد پدیده‌های تخلیه می‌کند.
نشانه‌های خاص خرابی‌های مرتبط با میدان الکتریکی شامل تخلیه در مسمارهای اتصال بوش، تحریف میدان الکتریکی در اطراف فلانژ‌ها و تخلیه سطحی روی عایق‌ها است. تحقیقات نشان می‌دهد که شدت میدان الکتریکی در این نقاط خرابی می‌تواند به ۵.۴ کیلوولت/میلی‌متر برسد، که بسیار بیشتر از آستانه‌های ایمنی است. به عنوان مثال، نصب پوشش‌های محافظ روی سر مسمارها می‌تواند شدت میدان الکتریکی را به ۲.۳ کیلوولت/میلی‌متر کاهش دهد و به طور قابل توجهی خطر تخلیه را کاهش دهد.
دلایل خرابی‌های میدان الکتریکی عمدتاً شامل سه عامل است: اولاً، مقاومت عایقی پایین نیتروژن (حدود یک‌سوم SF₆)، که نیاز به طراحی دقیق‌تر میدان الکتریکی دارد؛ ثانیاً، ساختار داخلی پیچیده کمره گاز که نقاط تمرکز میدان الکتریکی را به راحتی ایجاد می‌کند؛ و ثالثاً، طراحی فشرده واحدهای حلقه اصلی محیط زیست‌دوستانه که معمولاً فاصله بین فاز‌ها یا زمین کمتری نسبت به تجهیزات سنتی دارند، که عدم یکنواختی میدان الکتریکی را تشدید می‌کند. در واحدهای حلقه اصلی محیط زیست‌دوستانه، فاصله هوا بین رسانه‌ها و فاز یا زمین معمولاً بیش از ۱۲۵ میلی‌متر نیست، که بسیار کمتر از بیش از ۳۵۰ میلی‌متر در واحدهای عایق‌بندی شده با SF₆ است، که کنترل میدان الکتریکی به خصوص مهم است.
حل مشکلات میدان الکتریکی نیاز به بهینه‌سازی طراحی دارد. استفاده از لباس‌های عایقی پتانسیل یکسان و بهینه‌سازی شکل بوش‌ها و طراحی فلانژ‌ها از طریق شبیه‌سازی میدان الکتریکی می‌تواند خطر تخلیه جزئی را کاهش دهد. علاوه بر این، افزایش شعاع‌های زاویه‌ای الکترود (زاویه R) و استفاده از میله‌های دایره‌ای برای کاهش ضریب ناهمواری میدان الکتریکی نیز روش‌های مؤثری هستند. در طول تولید، باید مطمئن شد که شدت میدان الکتریکی سطح بخش‌های زنده و عایق‌ها معیارهای استاندارد را برآورده کند، به ویژه کنترل تخلیه جزئی اجزای رزین اپوکسی.
3. خرابی‌های ناشی از مشکلات تảnش حرارتی
سومین نوع خرابی اساسی که واحدهای حلقه اصلی عایق‌بندی شده با گاز محیط زیست‌دوستانه با آن مواجه هستند، گرم شدن بیش از حد ناشی از کمبود تảnش حرارتی است. عملکرد تảnش حرارتی نیتروژن به طور قابل توجهی ضعیف‌تر از گاز SF₆ است، و این ویژگی به خصوص در شرایط عملیاتی با بار بالا برجسته است. وقتی جریان بیش از ۲۱۰۰ آمپر باشد، ظرفیت تảnش حرارتی واحدهای حلقه اصلی عایق‌بندی شده با نیتروژن کافی نیست و به راحتی می‌تواند منجر به تیرگی مواد عایقی و خرابی اتصالات شود.
نشانه‌های خاص کمبود تảnش حرارتی شامل گرم شدن اتصالات کابل، افزایش دما در اتصالات میله‌های اصلی و کربن‌زدن مواد عایقی است. به عنوان مثال، یک حادثه شدید که شامل سوختن یک اتصال کابل بود، تحلیل شد و مشخص شد که ناشی از ترکیب نصب نامناسب و کمبود تảnش حرارتی است. در طول عملیات بلندمدت، گرم شدن منجر به کاهش عملکرد مواد عایقی می‌شود و یک چرخه خلافی را ایجاد می‌کند که در نهایت منجر به کوتاه شدن یا انفجار می‌شود.
دلایل کمبود تảnش حرارتی عمدتاً شامل سه جنبه است: اولاً، هدایت حرارتی نیتروژن فقط یک‌چهارم SF₆ است که منجر به هدایت حرارتی ضعیف می‌شود؛ ثانیاً، طراحی فشرده واحدهای حلقه اصلی محیط زیست‌دوستانه محدودیت‌هایی بر فضای کمره گاز ایجاد می‌کند و تبدیل حرارتی طبیعی را محدود می‌کند؛ و ثالثاً، گرمای تولید شده در شرایط عملیاتی با بار بالا به سختی می‌تواند به طور مؤثر تبدیل شود و منجر به افزایش دما در نقاط محلی می‌شود.
در سال‌های اخیر، راه‌حل‌های نوآورانه‌ای برای حل مشکلات تảnش حرارتی ظاهر شده‌اند. پوشش‌های تبريد تابشی می‌توانند دمای سطح واحدهای حلقه اصلی را در طول روز ۳۰.۹ درجه سانتی‌گراد کاهش دهند و خصوصیات مکانیکی خوب، مقاومت در برابر تیرگی و فرسودگی را دارند. دستگاه‌های تبريد هوشمند و خشک‌کننده توسعه یافته، از طریق همکاری موتورهای پنکه و خشک‌کننده‌ها، می‌توانند دمای واحدهای حلقه اصلی را ۴۰٪ و رطوبت آنها را ۵۸٪ کاهش دهند و به طور مؤثر مشکلات کمبود تانش حرارتی را حل کنند. علاوه بر این، بهینه‌سازی طراحی تهویه کمره گاز و استفاده از مواد عایقی با هدایت حرارتی بالا روش‌های بهبود معمول هستند.
4. خرابی‌های اجزای مکانیکی
چهارمین خرابی رایج در واحدهای حلقه اصلی عایق‌بندی شده با گاز محیط زیست‌دوستانه خرابی اجزای مکانیکی است که عمدتاً شامل گیر کردن مکانیزم‌های عملیاتی، فرسودگی بخش‌های انتقال و تیرگی اجزای پوششی است. اگرچه طراحی مسدود شده کمره گاز تأثیر محیط‌های مرطوب را بر اجزای مکانیکی کاهش می‌دهد، اما مسدود شدن بلندمدت ممکن است منجر به تجمع رطوبت داخلی شود و قابلیت اطمینان مکانیزم‌های عملیاتی را تحت تأثیر قرار دهد.
نشانه‌های خاص خرابی‌های مکانیکی شامل عدم باز شدن یا بسته شدن، گیر کردن فنر و فرسودگی میله‌های انتقال است. به عنوان مثال، چندین مورد گیر کردن مکانیزم‌های عملیاتی ناشی از تیرگی اجزای مکانیکی ثبت شده است که معمولاً مربوط به دوره‌های طولانی عدم فعالیت یا نگهداری ناکافی است. در تجهیزات محیط زیست‌دوستانه، خرابی‌های مکانیکی ممکن است نیز مرتبط با فضای داخلی فشرده کمره گاز و طرح پیچیده اجزا باشد.
دلایل خرابی‌های مکانیکی عمدتاً شامل: اولاً، مسدود شدن بلندمدت ممکن است وضعیت لیوبریکاسیون مکانیزم‌های عملیاتی را تحت تأثیر قرار دهد؛ ثانیاً، طراحی فشرده افزایش دشواری نصب و پیچیدگی نگهداری اجزای مکانیکی را ایجاد می‌کند؛ و ثالثاً، تجهیزات محیط زیست‌دوستانه نیاز به مقاومت مکانیکی بالاتر برای تحمل خطر تغییر شکل کمره گاز دارند.
بهینه‌سازی استراتژی‌های لیوبریکاسیون کلیدی برای حل خرابی‌های اجزای مکانیکی است. توصیه می‌شود از گریس‌های پلی‌اوره‌ای (مانند گریس Kl) استفاده شود که دارای تطبیق‌پذیری بسیار خوب در دمای بالا و پایین (-۴۰ درجه سانتی‌گراد تا +۱۲۰ درجه سانتی‌گراد)، مقاومت در برابر قوس الکتریکی و عمر طولانی (بیش از ۱۰ سال) هستند. علاوه بر این، نگهداری منظم (مانند تعویض گریس هر ۳ سال یکبار) و اجتناب از گریس‌های ناسازگار (مانند گریس‌های کلسیمی یا سدیمی) نیز تدابیر مهمی برای پیشگیری از خرابی‌های مکانیکی هستند.
