چه عللی ممکن است باعث شکست در بلوک های ترمینال CT در تجهیزات GIS شوند

گاز-ایزوله شده کلیدزنی (GIS) ، اغلب به عنوان “SF₆ دستگاه الکتریکی ترکیبی” شناخته می‌شود، به دلیل قابلیت اطمینان بالا، حجم کوچک، سر و صدای کم و ضرر کم در سیستم‌های برق گسترده استفاده می‌شود. این دستگاه عناصر با ولتاژ بالا مانند کلیدزنها، کلیدهای زمین‌سازی سریع، ترانسفورماتورهای جریان و خطوط اصلی را در پوشش فلزی زمین‌داری که با گاز SF₆ پر شده است، قرار می‌دهد. هر دستگاه در یک کامره گازی جداگانه با فشارهای مختلف قرار دارد. بلوک ترمینال CT کامره‌های گازی را تقسیم می‌کند، اجزا را متصل می‌کند و نگهداری را آسان می‌کند. در یک ایستگاه تبدیل یافت که فشار کامره گازی CT 750kV حدود 0.05MPa در روز کاهش یافته است، این وضعیت حتی پس از پر کردن مجدد گاز هم ادامه داشت. بنابراین، ما شکست بلوک ترمینال CT را تحلیل کردیم.

1 مروری بر تحلیل شکست بلوک ترمینال
1.1 مروری بر موضوع

بلوک ترمینال در 23-06-2017 به کار گذاشته شد و در 06-11-2021 گاز ریخت و در 08-11-2021 ترک دیده شد. سطح مسطح طرف CT است و سطح محدب طرف غیر-CT است که شامل 12 سوراخ پیچ خارجی است. طرف CT سه دایره از پست‌های ترمینال مسی زرد (1، 8، 15 از داخل) دارد؛ دایره بیرونی طرف غیر-CT شامل 15 پست (A1-A5، B1-B5، C1-C5 به ترتیب عکس عقربه‌های ساعت) است که در دایره‌های میانی با طرف CT همخوانی دارد.

1.2 بازرسی ماکروسکوپی

یک ترک حدود 30 سانتی‌متری روی سطح محدب، در محل تغییر مسیر لبه بلند، یافت شد که به دو بخش تقسیم شده بود: یک ترک طولانی با باز شدن گسترده (A1-B1) و یک ترک کوتاه با باز شدن کم (C5-A1، تقریباً قابل مشاهده). تست نفوذی انجام شد تا ترک‌های بیشتر را بررسی کند.

1.3 تست نفوذی

تست نفوذی روی هر دو سطح بلوک ترمینال انجام شد:

• سطح محدب: دو ترک یافت شد که با بازرسی ماکروسکوپی در شکل و طول (240mm و 60mm) همخوانی داشت. ترک کوتاه پس از تست واضح شد و ترک دیگری یافت نشد.

• سطح مسطح: دو ترک با طول‌های مختلف (تقریباً 20mm و 8mm) در حلقه بسته‌سازی داخلی یافت شد. این ترک‌ها عبوری نبودند و فاصله از انتهای یکی تا انتهای دیگر حدود 20mm بود.

1.4 بازرسی سطح شکسته

قطعه‌ای که از A4 برداشته شد نشان داد که ترک‌های عبوری طرف غیر-CT و ترک‌های غیرعبوری طرف CT وجود دارد. صفحات رسانای مربعی و مهره‌های شش‌ضلعی در داخل دارای تغییرات ساختاری ناگهانی بودند، با بازگشت نفوذ (فواصل بین قطعات فلزی و رزین اپوکسی). ترک‌های ریز (30 درجه نسبت به محور بلوک ترمینال) و سطوح تماس ناهموار و خال‌دار (با ترک‌های 45 درجه) دیده شد.

1.5 محاسبه نیرو

با گشتاور پیچ 25Nm توسط سازنده، با استفاده از T = kFd ((k = 0.15)، نیروی پیش‌بار عمودی تک‌پیچ 13.9kN بود. شبیه‌سازی نیروی پیش‌بار حداکثر (پیچ M12، کلید گشتاور 50cm) گشتاور 220Nm (44Nm با کلید گشتاور 10cm) را نشان داد که نیروی پیش‌بار را به 24.4kN (1.76× استاندارد) افزایش داد. ترک 30 درجه‌ای با طول 31.78mm دارای یک اتصال ناپیوسته 10.78mm (افزایش تنش رزین) بود. نیروی پیش‌بار بیش از حد و تمرکز تنش باعث شروع و گسترش ترک در رزین شد.

2 دلایل شکست

تنش خمشی بیش از حد روی ساختار ناپیوسته صندلی (سوراخ پیچ لبه-پست ترمینال) باعث شکست عبوری شد. استفاده از ابزارهای نادرست/فشردن بیش از حد باعث شد که نیروی پیش‌بار پیچ بیش از حد باشد. فشار گاز طرف CT تنش خمشی را افزایش داد. پیوند ضعیف فلز-رزین (فواصل) مساحت برش را کاهش داد و باعث تمرکز تنش شد. این عوامل با هم باعث شکست بلوک ترمینال و ریختن گاز شدند.

3 اقدامات پیشگیرانه

استفاده از کلید گشتاور بر اساس مشخصات سازنده برای جلوگیری از فشردن بیش از حد. دنبال کردن فرآیندهای پر کردن گاز برای جلوگیری از اختلاف فشار. بهینه‌سازی طراحی/گدازش بلوک ترمینال برای جلوگیری از فواصل/قلم‌های تیز موجب تنش. تقویت بررسی‌های کیفیت برای رد محصولات معیوب.

4 نتیجه‌گیری

شکست بلوک ترمینال CT در دستگاه‌های SF₆ نتیجه فشردن نادرست پیچ‌ها (نیروی پیش‌بار بیش از حد) بود. اقدامات پیشنهادی برای دیگر کاربران برق راهنمایی می‌کنند.