Ymmärtäminen ja hallinta epäkohtia tyynnyrikaasulla eristettyihin rengasmaunuohjauksissa
1. Kaasujärjestelmän vikat
Ympäristöystävällisissä kaasuylityksellä varustetuissa rengasmittausyksiköissä kriittisin vika on liittyen kaasujärjestelmään, pääasiassa kaasun vuodostumiseen ja painepoikkeamiin. Typpiin perustuvien kaasuylityksellä varustettujen rengasmittausyksiköiden kaasun vuoto johtuu pääasiassa tiivistemateriaalin ikääntymisestä ja hitausprosessin puutteista. Tilastot osoittavat, että noin 65 % kaasuvuotovikoista on ympärileikkauksen ikääntymisen seurauksia, kun taas 30 % johtuu riittämättömästä hitaudesta. Kaasun vuoto vaikuttaa paitsi eristyskykyyn myös turvallisuuteen äärimmäisissä olosuhteissa. Kun tyypin pitoisuus kasvaa, mikä aiheuttaa ympäristön happipitoisuuden laskemaan alle 19,5 %, voi tulla hengityshaasteita, mikä uhkaa henkilöstön turvallisuutta.
Painepoikkeamat ovat toinen yleinen vika, joka johtuu pääasiassa sähkömagneettisten venttiilien säätövirheisiin tai tiivisteiden epäonnistumiseen. Typpiin perustuvien kaasuylityksellä varustettujen rengasmittausyksiköiden toimintapaine on yleensä välillä 0,12–0,13 MPa, eikä suurinta absoluuttista painetta saa ylittää 0,2 MPa. Kun paine laskee alle 90 % suurimmasta sallitusta arvosta (noin 0,11 MPa), järjestelmän eristyskyky heikkenee merkittävästi, mikä edellyttää välitöntä täyttöä tai huoltoa. Korkeajänniteimpulssien aikana tyypin dielektrinen vahvuus näyttää "humpuvaikutusta", jossa paineen ja eristyskyvyn välinen suhde on lineaarinen vain tasaisissa tai hieman epätasaisissa sähkökentissä, mikä tekee painehallinnasta monimutkaisempaa.
Kaasujärjestelmän vikojen ratkaisemiseksi nykyaikaiset ympäristöystävälliset rengasmittausyksiköt on yleensä varustettu edistyneillä kaasunvalvontajärjestelmillä, mukaan lukien paineenanturit, kaasunvuoto-anturit ja kosteudenvalvontaohjaimet. Esimerkiksi langattoman anturiteknologian avulla voidaan toteuttaa monitasoinen reaaliaikainen valvonta lämpötilalle, paineelle, kaasunvuodolle ja kosteudelle kaasukammiossa, mikä parantaa huomattavasti vika-alarajien kykyä. Käytännön sovellukset osoittavat, että tällaisten valvontajärjestelmien asentaminen voi vähentää kaasuvuotovirheiden määrää yli 75 % ja pidentää laitteen huoltosykliä 3–5 vuoteen.
2. Sähkökenttäviat
Osa-irtopuhja ja rikkoutuminen epätasaisen sähkökentän levityksen takia ovat toinen suuri vika-ryhmä ympäristöystävällisissä kaasuylityksellä varustetuissa rengasmittausyksiköissä. Tämä johtuu siitä, että tyypin eristyskyky on vain noin kolmasosa SF₆-kaasun verrattuna. Epätasaisissa sähkökentissä tyypin eristyskyky heikkenee merkittävästi, mikä tekee siitä altisena puhjetuksille.
Sähkökenttävioiden konkreettiset ilmaisut ovat sähköpuhjet ruuviyhteyksissä, sähkökentän vääristyminen flängissä sekä pintapuhjet eristyksessä. Tutkimukset osoittavat, että näissä viakoissa sähkökentän intensiteetti voi nousta 5,4 kV/mm, mikä ylittää turvallisuusrajan. Esimerkiksi ruuvenpään asentaminen suojakansiin voi vähentää sähkökentän intensiteettia 2,3 kV/mm, mikä vähentää huomattavasti puhjetusriskiä.
Sähkökenttävioiden pääasialliset syyt sisältävät kolme tekijää: ensiksi, tyypin alhainen eristyskyky (noin kolmasosa SF₆:sta), mikä vaatii tarkemman sähkökentän suunnittelun; toiseksi, kaasukammion monimutkainen sisäinen rakenne, joka muodostaa helposti sähkökentän keskittymispisteitä; ja kolmanneksi, ympäristöystävällisten rengasmittausyksiköiden tiivis suunnittelu, jossa vaiheiden välimatka on yleensä pienempi kuin perinteisissä laitteissa, mikä lisää sähkökentän epätasaisuutta. Ympäristöystävällisissä rengasmittausyksiköissä johtojen ja vaiheiden tai maan välinen ilmatila on yleensä enintään 125 mm, mikä on paljon pienempi kuin yli 350 mm SF₆-eristyksellä varustetuissa yksiköissä, mikä tekee sähkökentän hallinnasta erityisen tärkeää.
Sähkökenttäongelmien ratkaisemiseksi tarvitaan suunnittelun optimointia. Potentiaalieristyksen käyttö, pistokkeiden muodon ja flängien suunnitelman optimointi sähkökenttäsimulaation avulla voivat vähentää osa-irtopuhjetusriskiä. Lisäksi sähköden kulma (R-kulma) voidaan suurentaa ja pyöreät johtimet käyttää, mikä vähentää sähkökentän epätasaisuuden kerrointa. Valmistuksen aikana on tärkeää varmistaa, että elävien osien ja eristyksen pintasähkökentän intensiteetti vastaa standardivaatimuksia, erityisesti epoksiharjakomponenttien osa-irtopuhjetuksen hallinta.
3. Lämpötilan levittämisen riittämättömyydestä aiheutuvat viat
Kolmas suuri vika-ryhmä, jota ympäristöystävälliset kaasuylityksellä varustetut rengasmittausyksiköt kohtaavat, on ylikuumeneminen lämpötilan levittämisen riittämättömyyden vuoksi. Tyypin lämpötilan levittämiskyky on huomattavasti heikompi kuin SF₆-kaasun, mikä on erityisen tuntuvaa korkeampiin kuormituksiin liittyvissä olosuhteissa. Kun virta ylittää 2100 A, tyypin eristyksellä varustettujen rengasmittausyksiköiden lämpötilan levittämiskyky ei ole riittävä, mikä aiheuttaa helposti eristyksen ikääntymisen ja yhteyksien epäonnistumisen.
Lämpötilan levittämisen riittämättömyyden konkreettiset ilmaisut ovat kapeiden yhteyksien ylikuumeneminen, johtimien yhteyksien lämpötilan nousu ja eristysmateriaalien karbonisoituminen. Esimerkiksi vakava onnettomuus, jossa kapea yhteys poltui, analysoitiin ja havaittiin, että sen syy oli huonon asennuksen yhdistelmä lämpötilan levittämisen riittämättömyyteen. Pitkäaikaisessa toiminnassa ylikuumeneminen johtaa eristysmateriaalien tehon heikkenemiseen, mikä luo kielteisen syklin, joka lopulta johtaa lyhytsulkuun tai räjähdysriskiin.
Lämpötilan levittämisen ongelmien pääasialliset syyt sisältävät kolme näkökohtaa: ensiksi, tyypin lämmönjohtavuus on vain neljäsosa SF₆:sta, mikä johtaa huonoon lämmönjohtavuuteen; toiseksi, ympäristöystävällisten rengasmittausyksiköiden tiivis suunnittelu rajoittaa kaasukammion tilaa, mikä estää luonnollisen konvektiivisen jähdytyksen; ja kolmanneksi, korkean kuormituksen aikana tuotettu lämpö on vaikea levittää tehokkaasti, mikä johtaa paikallisiin lämpötilan nousuihin.
Viime vuosina on kehitetty useita innovatiivisia ratkaisuja lämpötilan levittämisen ongelmiin. Radiatiiviset jähdytyspeitetykset voivat vähentää rengasmittausyksiköiden pintalämpötilaa 30,9 °C päiväaikana, tarjaten hyvät mekaaniset ominaisuudet, ikeäkestävyyden ja korroosiokestävyyden. Kehitettyjen älykkäiden jähdytys- ja kuivatuslaitteiden avulla, faneja ja kuivaimia yhteistyössä, voidaan vähentää rengasmittausyksiköiden lämpötilaa 40 % ja kosteutta 58 %, mikä ratkaisee tehokkaasti lämpötilan levittämisen riittämättömyyden. Lisäksi kaasukammion ilmanvaihtosuunnitelman optimointi ja korkean lämmönjohtavuuden eristyksen käyttö ovat yleisiä parannusmenetelmiä.
4. Mekaanisten komponenttien viat
Neljäs yleinen vika-ryhmä ympäristöystävällisissä kaasuylityksellä varustetuissa rengasmittausyksiköissä on mekaanisten komponenttien epäonnistuminen, pääasiassa toimintamekanismin jumittuminen, siirtokomponenttien kuluminen ja tiivistekomponenttien ikääntyminen. Vaikka kaasukammion suljettu suunnittelu vähentää kostavan ympäristön vaikutusta mekaanisiin komponentteihin, pitkäaikainen sulkeminen voi myös johtaa sisäiseen kosteuteen, mikä vaikuttaa toimintamekanismin luotettavuuteen.
Mekaanisten vioiden konkreettiset ilmaisut ovat avaamisen tai sulkeutumisen epäonnistuminen, kehän jumittuminen ja siirtovaunun kuluminen. Esimerkiksi on kirjattu useita tapauksia, joissa toimintamekanismit ovat jumittuneet mekaanisten komponenttien ikääntymisen vuoksi, jotka ovat yleensä liittyneet pitkiin käyttöhetkiin tai riittämättömään huoltoon. Ympäristöystävällisessä laitteessa mekaaniset viat voivat myös liittyä kaasukammion tiiviiseen sisätilaan ja monimutkaiseen komponenttiasetteluun.
Mekaanisten komponenttien vika-ongelmien pääasialliset syyt sisältävät: ensiksi, pitkäaikainen sulkeminen voi vaikuttaa toimintamekanismin lijuutustilaan; toiseksi, tiivis suunnittelu lisää mekaanisten komponenttien asennuksen vaikeuden ja huollon monimutkaisuuden; ja kolmanneksi, ympäristöystävällisellä laitteella on korkeammat vaatimukset mekaaniseen vahvuuteen, jotta se voi kestää kaasukammion muodostumisriskejä.
Liukulausekkeiden optimointi on avainmekanismi mekaanisten komponenttien vika-ongelmien ratkaisemiseksi. Suositellaan polyurea-pohjaisten rasvan (kuten Kl-rasva) käyttöä, jolla on erinomainen sopeutuvuus korkeisiin ja alhaisiin lämpötiloihin (-40 °C +120 °C), kaarileikkauskyky ja pitkä käyttöikä (yli 10 vuotta). Lisäksi säännöllinen huolto (esim. rasvan vaihto joka kolmas vuosi) ja epäyhteensopivien liukulausekkeiden (kuten kalsium- tai natriumperustainen rasva) välttäminen ovat myös tärkeitä toimenpiteitä mekaanisten vika-ongelmien ehkäisemiseksi.
