การเข้าใจและการจัดการข้อผิดพลาดในวงจรป้อนหลักที่ใช้ไนโตรเจนเป็นฉนวน

1. ข้อผิดพลาดของระบบแก๊ส

ประเภทของข้อผิดพลาดที่สำคัญที่สุดในวงจรหลักแบบใช้แก๊สเป็นฉนวนที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมคือข้อผิดพลาดที่เกี่ยวข้องกับระบบแก๊ส โดยเฉพาะอย่างยิ่งการรั่วไหลของแก๊สและการผิดปกติของความดัน การรั่วไหลของแก๊สในวงจรหลักแบบใช้ไนโตรเจนเป็นฉนวนส่วนใหญ่มาจากวัสดุปะเก็นที่เสื่อมสภาพและข้อบกพร่องในการเชื่อม เชิงสถิติระบุว่าประมาณ 65% ของข้อผิดพลาดจากการรั่วไหลของแก๊สเกี่ยวข้องกับการเสื่อมสภาพของโอริง ในขณะที่ 30% เกิดจากความไม่เพียงพอในการเชื่อม การรั่วไหลของแก๊สไม่เพียงแต่จะส่งผลต่อสมรรถนะของฉนวนเท่านั้น แต่ยังสามารถนำไปสู่ปัญหาด้านความปลอดภัยในสถานการณ์ที่รุนแรง เมื่อความเข้มข้นของไนโตรเจนเพิ่มขึ้นทำให้ระดับออกซิเจนในสภาพแวดล้อมลดลงต่ำกว่า 19.5% อาจเกิดภาวะขาดอากาศหายใจ ซึ่งเป็นภัยคุกคามต่อความปลอดภัยของพนักงาน

การผิดปกติของความดันเป็นอีกประเภทของข้อผิดพลาดที่พบบ่อย ซึ่งเกิดจากความล้มเหลวในการควบคุมวาล์วแม่เหล็กไฟฟ้าหรือการผิดปกติของปะเก็น ความดันการทำงานของวงจรหลักแบบใช้ไนโตรเจนเป็นฉนวนโดยทั่วไปจะถูกควบคุมไว้ระหว่าง 0.12 ถึง 0.13 MPa ด้วยความดันสัมบูรณ์ที่กำหนดไม่เกิน 0.2 MPa เมื่อความดันลดลงต่ำกว่า 90% ของค่าที่กำหนด (ประมาณ 0.11 MPa) สมรรถนะของฉนวนของระบบจะลดลงอย่างมาก จำเป็นต้องเติมแก๊สใหม่หรือบำรุงรักษาทันที ในสภาพความดันสูง ความแข็งแรงของฉนวนของไนโตรเจนมี "ปรากฏการณ์เนิน" ความสัมพันธ์ระหว่างความดันและความแข็งแรงของฉนวนเป็นเชิงเส้นเฉพาะในสนามไฟฟ้าที่สม่ำเสมอหรือเล็กน้อยไม่สม่ำเสมอ ทำให้การควบคุมความดันซับซ้อนมากขึ้น

ในการจัดการกับข้อผิดพลาดของระบบแก๊ส วงจรหลักที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมรุ่นใหม่โดยทั่วไปจะมาพร้อมกับระบบตรวจสอบแก๊สขั้นสูง รวมถึงเซ็นเซอร์วัดความดัน ตัวตรวจจับการรั่วไหลของแก๊ส และโมดูลตรวจสอบความชื้น ตัวอย่างเช่น เทคโนโลยีการสัมผัสแบบไร้สายช่วยให้สามารถตรวจสอบหลายมิติได้ในเวลาจริง อาทิ อุณหภูมิ ความดัน การรั่วไหล และความชื้นภายในห้องแก๊ส ซึ่งช่วยเพิ่มความสามารถในการเตือนภัยข้อผิดพลาดได้อย่างมาก การใช้งานจริงแสดงให้เห็นว่าการติดตั้งระบบตรวจสอบดังกล่าวสามารถลดอัตราการรั่วไหลของแก๊สได้มากกว่า 75% และขยายรอบการบำรุงรักษาอุปกรณ์เป็น 3-5 ปี

2. ข้อผิดพลาดที่เกี่ยวข้องกับสนามไฟฟ้า

การปล่อยประจุและแตกตัวที่เกิดจากความไม่สม่ำเสมอของสนามไฟฟ้าเป็นประเภทข้อผิดพลาดลำดับที่สองในวงจรหลักแบบใช้แก๊สเป็นฉนวนที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม สาเหตุหลักคือความแข็งแรงของฉนวนของไนโตรเจนเพียงหนึ่งในสามของแก๊ส SF₆ ในสนามไฟฟ้าที่ไม่สม่ำเสมอ สมรรถนะของฉนวนของไนโตรเจนจะลดลงอย่างมาก ทำให้เกิดการปล่อยประจุได้ง่าย

การแสดงออกของข้อผิดพลาดที่เกี่ยวข้องกับสนามไฟฟ้าประกอบด้วยการปล่อยประจุที่สกรูต่อเชื่อมของปลอก การบิดเบี้ยวของสนามไฟฟ้าบริเวณฝา และการลัดวงจรบนพื้นผิวของฉนวน งานวิจัยระบุว่าความเข้มของสนามไฟฟ้าสูงสุดที่จุดเหล่านี้สามารถสูงถึง 5.4 kV/mm ซึ่งสูงกว่าขีดจำกัดความปลอดภัย ตัวอย่างเช่น การติดตั้งฝาครอบป้องกันบนหัวสกรูสามารถลดความเข้มของสนามไฟฟ้าลงเหลือ 2.3 kV/mm ซึ่งลดความเสี่ยงของการปล่อยประจุได้อย่างมาก

สาเหตุของข้อผิดพลาดที่เกี่ยวข้องกับสนามไฟฟ้ามีสามปัจจัยหลัก: แรกคือ ความแข็งแรงของฉนวนของไนโตรเจนที่ต่ำ (ประมาณหนึ่งในสามของ SF₆) ทำให้ต้องออกแบบสนามไฟฟ้าอย่างละเอียด สองคือ โครงสร้างภายในห้องแก๊สที่ซับซ้อน ซึ่งสามารถทำให้เกิดจุดสะสมของสนามไฟฟ้าได้ง่าย และสามคือ การออกแบบที่กะทัดรัดของวงจรหลักที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ซึ่งมักมีระยะห่างระหว่างเฟสที่เล็กกว่าอุปกรณ์แบบดั้งเดิม ทำให้ความไม่สม่ำเสมอของสนามไฟฟ้าเพิ่มขึ้น ในวงจรหลักที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ระยะทางระหว่างสายนำและเฟสหรือพื้นดินโดยทั่วไปไม่เกิน 125 มม. ซึ่งเล็กกว่ามากกว่า 350 มม. ในวงจรหลักที่ใช้ SF₆ เป็นฉนวน ทำให้การควบคุมสนามไฟฟ้าเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่ง

การแก้ไขปัญหาที่เกี่ยวข้องกับสนามไฟฟ้าต้องการการปรับปรุงการออกแบบ การใช้ปลอกฉนวนที่มีศักย์เท่ากันและการปรับปรุงรูปทรงของปลอกและฝาผ่านการจำลองสนามไฟฟ้าสามารถลดความเสี่ยงของการปล่อยประจุได้ นอกจากนี้ การเพิ่มรัศมีของขอบของขั้วไฟฟ้า (R angles) และการใช้แท่งสายไฟกลมเพื่อลดค่าสัมประสิทธิ์ความไม่สม่ำเสมอของสนามไฟฟ้าก็เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพเช่นกัน ในระหว่างการผลิต ควรตรวจสอบให้แน่ใจว่าความเข้มของสนามไฟฟ้าบนพื้นผิวของส่วนที่มีไฟฟ้าและฉนวนตรงตามมาตรฐานที่กำหนด โดยเฉพาะอย่างยิ่งการควบคุมการปล่อยประจุของส่วนประกอบเรซินอีพ็อกซี่

3. ข้อผิดพลาดที่เกิดจากปัญหาการกระจายความร้อน

ประเภทข้อผิดพลาดลำดับที่สามที่วงจรหลักแบบใช้แก๊สเป็นฉนวนที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมต้องเผชิญคือการร้อนเกินเนื่องจากการกระจายความร้อนไม่เพียงพอ สมรรถนะในการกระจายความร้อนของไนโตรเจนนั้นต่ำกว่าแก๊ส SF₆ อย่างมาก ซึ่งเป็นลักษณะที่เด่นชัดโดยเฉพาะในสภาพการทำงานที่โหลดสูง เมื่อกระแสไฟฟ้าเกิน 2100 A สมรรถนะในการกระจายความร้อนของวงจรหลักที่ใช้ไนโตรเจนเป็นฉนวนจะไม่เพียงพอ ทำให้เกิดการเสื่อมสภาพของวัสดุฉนวนและการชำรุดของส่วนต่อเชื่อมได้ง่าย

การแสดงออกของปัญหาการกระจายความร้อนไม่เพียงพอประกอบด้วยการร้อนเกินของจุดต่อสายเคเบิล การเพิ่มอุณหภูมิที่จุดต่อสายไฟ และการคาร์บอนไนซ์ของวัสดุฉนวน ตัวอย่างเช่น กรณีอุบัติเหตุร้ายแรงจากการไหม้ของจุดต่อสายเคเบิลที่ได้รับการวิเคราะห์พบว่าเกิดจากความผิดพลาดในการติดตั้งและการกระจายความร้อนไม่เพียงพอ ในระยะยาว การร้อนเกินจะทำให้สมรรถนะของวัสดุฉนวนลดลง สร้างวงจรป้อนกลับที่ร้ายแรง ทำให้เกิดการลัดวงจรหรือการระเบิดในที่สุด

สาเหตุของปัญหาการกระจายความร้อนมีสามด้านหลัก: แรกคือ ความนำความร้อนของไนโตรเจนเพียงหนึ่งในสี่ของ SF₆ ทำให้การนำความร้อนไม่ดี สองคือ การออกแบบที่กะทัดรัดของวงจรหลักที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมจำกัดพื้นที่ภายในห้องแก๊ส ทำให้การกระจายความร้อนด้วยการพาความร้อนธรรมชาติไม่เพียงพอ และสามคือ ความร้อนที่เกิดจากการทำงานที่โหลดสูงยากที่จะกระจายออกไปอย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้เกิดการเพิ่มอุณหภูมิในบางจุด

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีโซลูชันที่มีนวัตกรรมใหม่ ๆ เพื่อแก้ไขปัญหาการกระจายความร้อน เช่น สารเคลือบที่ใช้สำหรับการกระจายความร้อนด้วยการแผ่รังสีสามารถลดอุณหภูมิพื้นผิวของวงจรหลักลง 30.9°C ในระหว่างวัน โดยมีคุณสมบัติเชิงกลที่ดี ทนต่อการเสื่อมสภาพ และทนต่อการกัดกร่อน ระบบทำความเย็นและลดความชื้นอัจฉริยะที่พัฒนาขึ้น ผ่านการทำงานร่วมกันของพัดลมและเครื่องลดความชื้น สามารถลดอุณหภูมิของวงจรหลักลง 40% และลดความชื้นลง 58% ทำให้สามารถแก้ไขปัญหาการกระจายความร้อนไม่เพียงพอได้อย่างมีประสิทธิภาพ นอกจากนี้ การปรับปรุงการออกแบบการระบายอากาศภายในห้องแก๊สและการใช้วัสดุฉนวนที่มีความนำความร้อนสูงเป็นวิธีการปรับปรุงที่พบบ่อย

4. ข้อผิดพลาดของส่วนประกอบกลไก

ข้อผิดพลาดลำดับที่สี่ที่พบบ่อยในวงจรหลักแบบใช้แก๊สเป็นฉนวนที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมคือข้อผิดพลาดของส่วนประกอบกลไก โดยเฉพาะอย่างยิ่งการติดขัดของกลไกการทำงาน การสึกหรอของส่วนส่งผ่าน และการเสื่อมสภาพของส่วนประกอบปะเก็น แม้ว่าการออกแบบห้องแก๊สที่ปิดสนิทจะลดผลกระทบของสภาพแวดล้อมที่ชื้นต่อส่วนประกอบกลไก แต่การปิดสนิทในระยะยาวอาจทำให้เกิดการสะสมความชื้นภายใน ทำให้ความน่าเชื่อถือของกลไกการทำงานลดลง

การแสดงออกของข้อผิดพลาดกลไกประกอบด้วยการไม่สามารถเปิดหรือปิด การติดขัดของสปริง และการสึกหรอของปิ้นส่งผ่าน ตัวอย่างเช่น มีการบันทึกกรณีการติดขัดของกลไกการทำงานเนื่องจากการเสื่อมสภาพของส่วนประกอบกลไก โดยทั่วไปเกี่ยวข้องกับระยะเวลาที่ไม่ได้ใช้งานนานหรือการบำรุงรักษาไม่เพียงพอ ในอุปกรณ์ที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ข้อผิดพลาดกลไกอาจเกี่ยวข้องกับพื้นที่ภายในห้องแก๊สที่แคบและโครงสร้างส่วนประกอบที่ซับซ้อน

สาเหตุของข้อผิดพลาดกลไกมีสามด้านหลัก: แรกคือ การปิดสนิทในระยะยาวอาจส่งผลต่อสภาพการหล่อลื่นของกลไกการทำงาน สองคือ การออกแบบที่กะทัดรัดทำให้การติดตั้งและบำรุงรักษาส่วนประกอบกลไกยากขึ้น และสามคือ อุปกรณ์ที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมีความต้องการสูงต่อความแข็งแรงของกลไกเพื่อทนทานต่อความเสี่ยงของการเปลี่ยนแปลงรูปทรงของห้องแก๊ส

การปรับปรุงกลยุทธ์การหล่อลื่นเป็นกุญแจสำคัญในการแก้ไขข้อผิดพลาดของส่วนประกอบกลไก แนะนำให้ใช้น้ำมันหล่อลื่นฐานโพลียูเรีย (เช่น น้ำมัน Kl) ซึ่งมีคุณสมบัติการปรับตัวที่ดีในอุณหภูมิสูงและต่ำ (-40°C ถึง +120°C) ทนต่อการอาร์กไฟฟ้า และมีอายุการใช้งานยาวนาน (มากกว่า 10 ปี) นอกจากนี้ การบำรุงรักษาอย่างสม่ำเสมอ (เช่น การเปลี่ยนน้ำมันหล่อลื่นทุก 3 ปี) และหลีกเลี่ยงน้ำมันหล่อลื่นที่ไม่เหมาะสม (เช่น น้ำมันฐานแคลเซียมหรือโซเดียม) ก็เป็นมาตรการสำคัญในการป้องกันข้อผิดพลาดกลไก