Razumevanje in upravljanje z napakami v krožnih glavnicah s dušikovim izoliranjem

1. Napake plinskega sistema

Najbolj kritična vrsta napake v okoljsko prijaznih plinskih izoliranih kolobarjih je povezana s plinskim sistemom, predvsem z učinki utrjevanja plina in anormalnostmi tlaka. Utrjevanje plina v dušikovsko izoliranih kolobarjih glavno izvira iz staranja materiala za utrjevanje in defektov pri varilnem procesu. Statistika kaže, da je približno 65% napak zaradi utrjevanja plina povezanih s staranjem O-obročij, medtem ko jih 30% povzroči nedostatečno varilo. Utrjevanje plina ne le vpliva na izolacijsko zmogljivost, ampak lahko v ekstremnih pogojih tudi povzroči varnostne težave. Ko se koncentracija dušika poveča, kar povzroči, da se raven kisika v okolju spusti pod 19,5%, se lahko zgodi udusitev, ki ogroža varnost osebja.

Anomalije tlaka predstavljajo drugo pogosto napako, ki je predvsem posledica neuspešnosti regulacije magnetniha ventilov ali napak pri utrjevanju. Operativni tlak dušikovsko izoliranih kolobarjih je običajno vzdržan med 0,12 in 0,13 MPa, z dovoljenim absolutnim tlakom, ki ne presega 0,2 MPa. Ko tlak pada pod 90% dovoljenega vrednosti (približno 0,11 MPa), se izolacijska zmogljivost sistema znatno zmanjša, kar zahteva takojšnjo popolnovenje ali vzdrževanje. Pod pogoji visokonapetostnega impulza dušikova dielektrična zmogljivost razkriva "vrhunski pojav", kjer je odnos med tlakom in izolacijsko zmogljivostjo linearen le v enakomernih ali malo neenakomernih električnih poljih, kar črne postavljanje tlaka bolj zapleteno.

Za reševanje napak plinskega sistema so sodobni okoljsko prijazni kolobarji običajno opremljeni z naprednimi sistemi za spremljanje plina, vključno z senzorji tlaka, detektorji utrjevanja plina in moduli za spremljanje vlage. Na primer, brezžična tehnologija omogoča večdimenzionalno realnočasno spremljanje temperature, tlaka, utrjevanja in vlažnosti znotraj plinske komore, kar znatno izboljša zmogljivosti opozarjanja na napake. Praktične uporabe kažejo, da namestitev takšnih sistemov za spremljanje lahko zmanjša stopnjo napak zaradi utrjevanja plina za več kot 75% in podaljša cikle vzdrževanja opreme na 3-5 let.

2. Napake, povezane z električnim poljem

Delna razsvetljava in propad zaradi neravnomernega porazdelitve električnega polja predstavljata drugo veliko skupino napak v okoljsko prijaznih plinskih izoliranih kolobarjih. To je predvsem zaradi dejstva, da je izolacijska zmogljivost dušika le približno ena tretjina zmogljivosti SF₆ plina. V neenakomernih električnih poljih se izolacijska zmogljivost dušika znatno zmanjša, kar ga naredi občutljivega za pojave razsvetljevanja.

Specifične manifestacije napak, povezanih z električnim poljem, vključujejo razsvetljevanje na vintih za pripeljavo, distorzijo električnega polja okoli flanšev in površinske razsvetljevanje na izolatorjih. Raziskave kažejo, da maksimalna intenziteta električnega polja na teh točkah nepopustnosti lahko doseže 5,4 kV/mm, kar je daleč nad varnostnimi pragovi. Na primer, namestitev ščitnih pokrovov na glavah vintov lahko zmanjša intenziteto električnega polja na 2,3 kV/mm, kar znatno zmanjša tveganje za razsvetljevanje.

Glavne vzroki za napake električnega polja vključujejo tri dejavnike: prvič, nizka izolacijska zmogljivost dušika (približno ena tretjina SF₆), kar zahteva bolj natančno načrtovanje električnega polja; drugič, kompleksna notranja struktura plinske komore, ki lahko enostavno ustvari točke koncentracije električnega polja; in tretjič, kompaktna struktura okoljsko prijaznih kolobarjev, ki običajno imajo manjše razdalje med fazami kot tradicionalna oprema, kar poslabša neenakomernost električnega polja. V okoljsko prijaznih kolobarjih je zračna razdalja med vodili in fazi ali talom običajno ne več kot 125 mm, kar je veliko manj kot preko 350 mm v SF₆ izoliranih enotah, kar črne kontrola električnega polja posebej pomembna.

Reševanje problemov električnega polja zahteva optimizacijo načrta. Uporaba izolatorskih rokavi z enakim potencialom in optimizacija oblik pripeljav ter flanšev preko simulacij električnega polja lahko zmanjša tveganje za delno razsvetljevanje. Poleg tega povečanje radij R kutov elektrod in uporaba okroglih vodil za zmanjšanje koeficienta neenakomernosti električnega polja sta tudi učinkovita metoda. Med proizvodnjo je ključno zagotoviti, da intenziteta električnega polja na površini živih delov in izolatorjev ustrezata standardnim zahtevam, zlasti kontrole delnega razsvetljevanja epoksidnih komponent.

3. Napake, povzročene z nesufficientnim ohlajevanjem

Tretja velika vrsta napak, s katerimi se soočajo okoljsko prijazni plinski izolirani kolobarji, je preseganje temperature zaradi nesufficientnega ohlajevanja. Zmogljivost ohlajevanja dušika je znatno slabša od zmogljivosti SF₆ plina, značilnost, ki je posebej izstopajoča pod pogoji visokega optiranja. Ko tok preseže 2100 A, postane zmogljivost ohlajevanja dušikovsko izoliranih kolobarjev nesufficientna, kar lahko vodi v staranje izolacijskega materiala in napake pri povezavah.

Specifične manifestacije nesufficientnega ohlajevanja vključujejo preseganje temperature pri pripeljavi kablove, temperaturno povečanje pri povezavah vodil in ugljenkanje izolacijskega materiala. Na primer, huda nesreča, ki je vključevala gorene pripeljave kablove, je bila analizirana in ugotovljeno, da je bila povzročena kombinacijo slabo izvedenih postopkov namestitve in nesufficientnega ohlajevanja. V dolgoročnem delovanju preseganje temperature vodi v zmanjšanje zmogljivosti izolacijskega materiala, kar ustvarja grozno krožnico, ki končno vodi v kratkoporočne krize ali eksplozije.

Glavne vzroki za probleme ohlajevanja vključujejo tri vidike: prvič, vodljivost toplote dušika je le ena četrtina vodljivosti toplote SF₆, kar vodi v slabo vodljivost toplote; drugič, kompaktna struktura okoljsko prijaznih kolobarjev omejuje prostor plinske komore, kar omejuje naravno konvekcijo ohlajevanja; in tretjič, toplota, ki je generirana med visoko optiranjem, je težko učinkovito disperzirana, kar vodi v lokalne povečanje temperature.

V zadnjih letih so se pojavile različne inovativne rešitve za reševanje problemov ohlajevanja. Radijalna ohladna pokrova lahko zmanjšajo površinsko temperaturo kolobarjev za 30,9°C med danom, ponujajo dobre mehanske lastnosti, odpornost na starenje in korozijo. Razviti inteligentni sistemi za ohlajevanje in suhanje, skozi koordinirano delovanje ventilatorjev in sušilnikov, lahko zmanjšajo temperature kolobarjev za 40% in vlago za 58%, učinkovito reševanje problemov nesufficientnega ohlajevanja. Poleg tega optimizacija dizajna ventilacije plinske komore in uporaba materialov s visoko vodljivostjo toplote za izolacijo so običajne metode za izboljšanje.

4. Napake mehanskih komponent

Četrta pogosta vrsta napak v okoljsko prijaznih plinskih izoliranih kolobarjih je propad mehanskih komponent, predvsem vključujejo zaklep operacijskega mehanizma, nošenje prenašalnih delov in staranje komponent za utrjevanje. Čeprav zategnjen dizajn plinske komore zmanjša vpliv vlage na mehanske komponente, lahko dolgoročno zategnjenost tudi vodi v nakopičevanje vlage znotraj, kar vpliva na zanesljivost operacijskega mehanizma.

Specifične manifestacije mehanskih napak vključujejo nezmožnost odpiranja ali zapiranja, zaklep prstna in nošenje valjkov prenašalnih vtičnic. Na primer, je bil zabeležen več primerov zaklepanja operacijskega mehanizma zaradi staranja mehanskih komponent, ki so običajno povezani z dolgočasno neaktivnostjo ali nesufficientnim vzdrževanjem. V okoljsko prijazni opremi lahko mehanske napake tudi povezane so z kompaktnim notranjim prostorom plinske komore in kompleksnim razporeditvom komponent.

Glavni vzroki za mehanske napake vključujejo: prvič, dolgoročna zategnjenost lahko vpliva na stanje smečenja operacijskega mehanizma; drugič, kompaktni dizajn poveča težave pri namestitvi in vzdrževanju mehanskih komponent; in tretjič, okoljsko prijazna oprema zahteva višje standarde mehanske zmogljivosti, da bi preprečila tveganje deformacije plinske komore.

Optimizacija strategij smečenja je ključna za reševanje napak mehanskih komponent. Predlagamo uporabo smeče na osnovi poliuretanov (na primer, Kl smeč), ki ponuja odlično prilagodljivost pri visokih in nizkih temperaturah (-40°C do +120°C), odpornost na lok in dolgo življenjsko dobo (nad 10 let). Poleg tega redno vzdrževanje (na primer, menjavo smeče vsakih 3 let) in izogibanje nezdružljivim smečam (na primer, kalcijskim ali natrijevim smečam) so tudi pomembne mere za preprečevanje mehanskih napak.