تحلیل خطا در شیرکنتربرکر خلاء ۳۵ کیلوولت بیرون از ساختمان با استوانه سرامیکی
ZW7 - 40.5 بیرونی مدار قطع کننده خلاء از خلاء به عنوان ماده خاموش کننده القایی استفاده می‌کند. سر متحرک حفره خاموش کننده با میله تجهیزات عملیاتی از طریق یک بازو و یک میله عایق متصل می‌شود. ساختار کلی مدار قطع کننده از نوع ستون سرامیکی است.
سرامیک بالایی به عنوان سرامیک حفره خاموش کننده عمل می‌کند و پایینی به عنوان سرامیک پشتیبان عمل می‌کند. سه فاز سرامیک روی یک قاب نصب شده‌اند و ترانسفورماتورهای جریان سه فاز در داخل سرامیک پشتیبان پایینی نصب شده و به مدار اصلی مدار قطع کننده (مانند نمودار 1) متصل می‌شوند. هم سرامیک بالایی و هم پایینی با چربی سیلیکونی عایق خلاء با خواص عایق بسیار خوب پر شده‌اند.
سرامیک مدار قطع کننده‌های فشار بالا معمولاً از سرامیک آلومینا مقاوم ساخته شده‌اند که دارای ثبات شیمیایی خوب، عملکرد عایق بسیار خوب و قدرت مکانیکی بالا هستند. عملکرد سرامیک‌ها به طور مستقیم با عمر مفید کل تجهیزات مرتبط است. علل شایع خرابی مدار قطع کننده‌های بیرونی شامل شکستن فلانژ، تغییر شکل و شکستن سرامیک، انبساط سیمان، تخریب، زنگ زدن و غیره است. در یک خط انتقال 110kV مشخص، هفت خرابی مدار قطع کننده رخ داده است که خرابی‌های شکستن سرامیک 41٪ آن را تشکیل می‌دهند.
وضعیت خرابی
در یک زیرстанسیون 110kV، سرامیک A فاز یک مدار قطع کننده 35kV پاره شد. بخشی از سرامیک بین سومین پرده و فلانژ پایین جدا شد و پرت شد و چربی سیلیکونی عایق داخلی لکه‌دار شد و تجهیزات مجبور به توقف شدند. بررسی محلی مدار قطع کننده خراب نشان می‌دهد که علت مستقیم خرابی واکنش رسانای فشار بالای داخل سرامیک پشتیبان مدار قطع کننده با سرامیک است و قوس دمای بالا تولید شده توسط دسج باعث پارگی سرامیک و جریان خروجی چربی سیلیکونی عایق داخلی شده است.
تحلیل نمونه برداری
بررسی ماکروسکوپی
دو نمونه نمونه برداری از سرامیک پرده‌دار به دست آمد و نتایج بررسی به شرح زیر است:
شکل 2 نشان دهنده حالت ماکروسکوپی نمونه 1 گرفته شده در محل است. آثار سوزن بزرگ مساحتی در دیواره داخلی سرامیک نمونه وجود دارد. در طول یک بخش حدود 50.89mm، سطح شکسته سرامیک بیشتر خاکستری است و رسوبات سوخته روی سطح برخی مناطق وجود دارد. حالت برش به طور قابل توجهی با بخش‌های دیگر متفاوت است. سه بخش نمونه 1 به طور جداگانه بررسی شدند، مانند شکل 2b، 2c و 2d.
همانطور که از شکل 2b پیداست، روکش داخلی نمونه سوزنده و ذوب شده و بسیاری از لکه‌های مختلف اندازه را تشکیل داده است. سطح صافی در لبه سطح پایانی وجود دارد که متفاوت از نشانه ذوب روکش است و نشان می‌دهد که روکش یا مواد غیر یکنواخت وجود دارد. در شکل 2c، منطقه قرمز در ریشه پرده دارای سطح صاف، بافت سخت، بسیاری از سوراخ‌های کوچک روی سطح، با پشت و پایین خاکستری است.
مواد قرمز به طور نامساوی توزیع شده‌اند، سطح نامساوی است، یک برجستگی محلی وجود دارد و لبه آن با مرز سیاه واضح با بدن سرامیک، نشان می‌دهد که مواد در این منطقه غیرعادی است. شکل 2d تصویر بزرگ شده محلی از بخش نرمال پرده است. از شکل پیداست که بسیاری از سوراخ‌های کوچک روی سطح نمونه وجود دارد و بزرگترین سوراخ قطر تقریبی 0.1mm دارد.
شکل 3 حالت ماکروسکوپی نمونه 2# را نشان می‌دهد. در دیواره داخلی نمونه، علائم سوزن محلی و منطقه بدون روکش وجود دارد، مانند بخش‌های 1 و 2 شکل 3a. به وضوح، روکش در محل سوزن دارای بسیاری از سوراخ‌ها است که نتیجه ذوب روکش پس از سوزن در دمای بالا است. در محل 2 دیواره داخلی، یک فرورفتگی سطحی حدود 17.92 mm طول و 2 mm عمق وجود دارد. رنگ این منطقه با رنگ بدن سرامیک مطابقت دارد، خاکستری است، که نشان می‌دهد سطح بدون روکش است و نقص فرآیند اصلی را نشان می‌دهد.
شکل 3b حالت ماکروسکوپی جانبی نمونه 2# را نشان می‌دهد. از شکل پیداست که بخشی از جانب نمونه دارای سطح دایره‌ای و صاف است که با سطح برش نرمال خشن متفاوت است. این نشان می‌دهد که بدن سرامیک در این بخش مداوم نیست، نقص فرآیند اصلی دیگری است.
از نتایج بررسی ماکروسکوپی نمونه‌ها می‌توان نتیجه گرفت که سرامیک خراب دارای چندین نقص فرآیند اصلی است، از جمله مواد نامساوی، بدن سرامیک ناپیوسته، سطح بدون روکش و تعداد زیادی سوراخ کوچک.
تحلیل میکروسکوپ الکترونی (SEM) از حالت میکروسکوپی
تحلیل SEM روی نمونه‌های از بخش نرمال، منطقه رنگ قرمز، منطقه سطح صاف و سطح دسج داخلی سرامیک انجام شد. تصاویر میکروسکوپی نمونه‌ها در شکل 4 نمایش داده شده است.
همانطور که در شکل 4a نشان داده شده است، نمونه از بخش نرمال سرامیک دارای سطح خشن با الگوهای شکسته‌ی جهت‌دار است. تعداد قابل توجهی سوراخ به طور یکنواخت در آن توزیع شده است که نشان می‌دهد سرامیک سرامیک دارای ساختار پر سوراخ و چگالی نسبتاً پایین است.
شکل 4b نشان می‌دهد که نمونه از منطقه رنگ قرمز نیز دارای تعداد زیادی سوراخ است. در مقایسه با نمونه بخش نرمال، این سوراخ‌ها از نظر اندازه بزرگتر، کمتر چگال و چگالی سرامیک نسبتاً بالاتر است. این نشان می‌دهد که سرامیک مورد نظر در سرامیک به طور یکنواخت سینتر نشده است.
از شکل 4c می‌توان دید که نمونه سطح صاف نیز دارای تعداد زیادی سوراخ است، همراه با بسیاری از لکه‌های نامساوی پراکنده روی سطح آن. با این حال، سطح کلی نسبتاً صاف و مسطح است که نشان می‌دهد ویژگی‌های غیرعادی این بخش قبل از شکست وجود داشته است.
شکل 4d نشان می‌دهد که روکش روی سطح دسج سوزنده صاف است اما با تعداد زیادی حباب و لکه دار است. این ویژگی‌ها به دلیل آزاد شدن گازها در طول فرآیند ذوب روکش، که توسط دمای بالا تولید شده در طول واقعه دسج، ایجاد شده است.
تحلیل میکروسکوپ الکترونی (SEM) از حالت میکروسکوپی
تحلیل SEM روی نمونه‌های از بخش نرمال، منطقه رنگ قرمز، منطقه سطح صاف و سطح دسج داخلی سرامیک انجام شد. تصاویر میکروسکوپی نمونه‌ها در شکل 4 نمایش داده شده است.
همانطور که در شکل 4a نشان داده شده است، نمونه از بخش نرمال سرامیک دارای سطح خشن با الگوهای شکسته‌ی جهت‌دار است. تعداد قابل توجهی سوراخ به طور یکنواخت در آن توزیع شده است که نشان می‌دهد سرامیک سرامیک دارای ساختار پر سوراخ و چگالی نسبتاً پایین است.
شکل 4b نشان می‌دهد که نمونه از منطقه رنگ قرمز نیز دارای تعداد زیادی سوراخ است. در مقایسه با نمونه بخش نرمال، این سوراخ‌ها از نظر اندازه بزرگتر، کمتر چگال و چگالی سرامیک نسبتاً بالاتر است. این نشان می‌دهد که سرامیک مورد نظر در سرامیک به طور یکنواخت سینتر نشده است.
از شکل 4c می‌توان دید که نمونه سطح صاف نیز دارای تعداد زیادی سوراخ است، همراه با بسیاری از لکه‌های نامساوی پراکنده روی سطح آن. با این حال، سطح کلی نسبتاً صاف و مسطح است که نشان می‌دهد ویژگی‌های غیرعادی این بخش قبل از شکست وجود داشته است.
شکل 4d نشان می‌دهد که روکش روی سطح دسج سوزنده صاف است اما با تعداد زیادی حباب و لکه دار است. این ویژگی‌ها به دلیل آزاد شدن گازها در طول فرآیند ذوب روکش، که توسط دمای بالا تولید شده در طول واقعه دسج، ایجاد شده است.
از طریق تحلیل میکروسکوپی SEM، می‌توان نتیجه گرفت که سرامیک دارای نقص‌های ذاتی مانند ساختار سرامیک پر و چگالی پایین و بخش‌های غیرعادی است.
تحلیل طیف انرژی
همانطور که در بالا توصیف شد، تحلیل طیف انرژی روی عناصر سطحی و توزیع آنها در چهار مکان مختلف نمونه انجام شد. شکل 5 نمودار دقیقی از توزیع عناصر سطحی را نشان می‌دهد. عناصر روی سطح نمونه‌های از بخش نرمال، سطح صاف و بخش دسج سرامیک عمدتاً شامل اکسیژن (O)، سیلیکون (Si) و آلومینیوم (Al) هستند.
کلیاً، توزیع عناصر روی سطح این نمونه‌ها نسبتاً یکنواخت است. با این حال، توزیع عناصر روی سطح نمونه از منطقه رنگ قرمز نامساوی است. در منطقه راست-پایین این نمونه، مقدار اکسیژن (O)، آلومینیوم (Al) و پتاسیم (K) به طور قابل توجهی افزایش یافته است، در حالی که توزیع عناصر سیلیکون (Si) نسبتاً یکنواخت مانده است. این نشان می‌دهد که در طول فرآیند سینتر این منطقه، توزیع عناصر O، Al و K یکنواخت نبوده است.
همچنین، مقایسه محتوای عناصر اصلی چهار نمونه انجام شد و نتایج در جدول 1 ارائه شده است. مقدار عناصر اکسیژن (O) روی سطح نمونه بخش نرمال به طور قابل توجهی بیشتر از سایر سه نمونه است، در حالی که محتوای عناصر سیلیکون (Si) کمتر است. این نشان می‌دهد که ترکیب مواد در بخش‌های مختلف نمونه سرامیک به طور نامساوی متفاوت است.
نمونه‌های از منطقه قرمز دارای محتوای سیلیکون (Si) نسبتاً بالا و کمترین محتوای اکسیژن (O) هستند. علاوه بر این، مقدار قابل توجهی مس (Cu) روی سطح بخش داخلی دیواره سرامیک شناسایی شده است. این به دلیل ذوب و تبخیر برنز داخل سرامیک در دمای بالا در طول فرآیند دسج، به دنبال آن اسپاترینگ و رسوب روی سطح داخلی سرامیک است.
توزیع عناصر سطحی نمونه‌ها
با توجه به تحلیل طیف انرژی، می‌توان با قاطعیت نتیجه گرفت که در طول فرآیند سینتر سرامیک، توزیع عناصر مختلف بسیار نامساوی است. این نامساوی مستقیماً نشان می‌دهد که مواد بخش‌های مختلف سرامیک اختلاف قابل توجهی دارند.
نتیجه‌گیری و پیشنهادات
نتیجه‌گیری
با بررسی ماکروسکوپی، تحلیل میکروسکوپی SEM و تحلیل طیف انرژی، مشخص شده است که سرامیک دارای ویژگی‌هایی مانند ساختار نسبتاً پر، لایه‌بندی داخلی، ترکیب نامساوی و وجود میکروباز است. علاوه بر این، نقص‌های ذاتی روی سطح داخلی سرامیک وجود دارد، از جمله مناطق محلی بدون روکش و کیفیت فرآیند تولید ضعیف.
به دلیل این نقص‌های ماکروسکوپی و میکروسکوپی در سرامیک، در طول عملیات بیرونی بلندمدت آن، رطوبت و گازهای خارجی به تدریج به داخل سرامیک نفوذ می‌کنند. این نفوذ منجر به تضعیف عملکرد عایقی سرامیک می‌شود. تحت تأثیر میدان الکتریکی، دسج بین رسانای داخلی و نقاط ضعیف سرامیک رخ می‌دهد. دسج دمای محلی بالا در داخل سرامیک ایجاد می‌کند و عملکرد چربی سیلیکونی عایق را تضعیف می‌کند. در نهایت، تحت تأثیر فشار داخلی، سرامیک پاره می‌شود.
پیشنهادات
تولیدکنندگان سرامیک باید کنترل کیفیت در طول فرآیند سینتر سرامیک را افزایش دهند تا محصولات با کیفیت یکنواخت و بالا تولید شوند.
در حین حمل و نقل محصولات سرامیک، اقدامات محافظتی مناسب باید اتخاذ شود. این موضوع برای جلوگیری از ارتعاشات شدید یا برخوردی که ممکن است سرامیک را خراب کند، بسیار مهم است.
کاربران محصول توصیه می‌شود که نمونه برداری کیفیت سرامیک تجهیزات ورودی را تقویت کنند. این عمل باعث می‌شود که کیفیت تجهیزات انباری با استانداردهای مورد نیاز مطابقت داشته باشد.
توجه بسیاری به وضعیت عملیاتی دسته تجهیزات باید شود. به ویژه برای تجهیزاتی که دارای نشت چربی سیلیکونی یا ترک‌های سرامیک هستند، باید به سرعت نگهداری قطع برق و آزمون عیب‌یابی انجام شود تا از خرابی‌های احتمالی جلوگیری شود و عملکرد ایمن و قابل اعتماد سیستم الکتریکی تضمین شود.
