35kV屋外真空回路遮断器支柱絶縁子の故障分析
ZW7 - 40.5屋外真空遮断器は、真空を消弧媒体として使用します。消弧室の可動端は、操作機構の出力軸とクランクアームおよび絶縁連結棒を通じて接続されています。遮断器の全体構造は磁器支柱型です。
上部の磁器支柱は消弧室の磁器支柱として機能し、下部のものは支持磁器支柱として機能します。3相の磁器支柱はフレームに取り付けられ、3相の電流変換器は下部の支持磁器支柱内に設置され、遮断器の主回路に接続されます（図1参照）。上下の磁器支柱は、優れた絶縁性を持つ真空絶縁シリコーングリースで満たされています。
高圧遮断器の磁器支柱は通常、高い化学安定性、優れた絶縁性能、および高い機械強度を持つ高強度アルミナセラミックで作られています。セラミック支柱の性能は、設備全体の寿命に直接関連しています。屋外遮断器の一般的な故障原因には、フランジの亀裂、磁器支柱の変形や亀裂、セメントの膨張、劣化、錆びなどがあります。ある110kV送電線では、7つの遮断器故障が発生し、そのうち磁器支柱の亀裂故障が41%を占めています。
故障状況
110kV変電所において、35kV遮断器のA相磁器袖が破裂しました。第3段と下部フランジの間の一部の磁器袖が落下し飛散し、内部の絶縁シリコーングリースが漏れ出し、設備を停止せざるを得ませんでした。故障した遮断器の現場検査によると、故障の直接的な原因は、遮断器の支持磁器袖内の高圧導体が磁器袖と反応し、放電によって生成された高温アークが磁器袖を破裂させ、内部の絶縁シリコーングリースが流出したことでした。
サンプリング分析
マクロ観察
シェッド磁器支柱から2つの典型的なサンプルを採取し、検査結果は以下の通りです。
図2は、現地で採取されたサンプル1のマクロ形態を示しています。サンプルの磁器袖の内壁には大面積のアーク焼け跡があります。約50.89mmの長さの断面では、磁器袖の断面は大部分が灰色で、一部の表面には煤が付着しています。この断面の形態は他の部分とは著しく異なります。サンプル1の3つの部分はそれぞれ図2b、2c、2dで示されています。
図2bから、サンプルの内壁の釉薬が焼けて溶け、様々な大きさの穴が形成されていることがわかります。端面の端には滑らかな表面があり、これは釉薬が溶けた痕跡とは異なり、釉薬がないか材料が均一でないことを示しています。図2cでは、シェッドの根元の赤い部分は表面が滑らかで硬質であり、表面には多数の小さな孔があり、背面と底面は灰白色です。
赤い材料は不均一に分布しており、表面は凹凸があり、局所的に盛り上がり、磁器本体との境界が黒く明確に見えます。これは、この領域の材料が異常であることを示唆しています。図2dは、シェッド断面の正常領域の局所拡大画像です。図から、サンプルの表面には多くの小さな孔があり、最大の孔の直径は約0.1mmです。
図3はサンプル2#のマクロ形態を示しています。サンプルの内壁には局所的なアーク焼け跡と無釉薬領域が見られます（図3aの部位1と部位2）。特に、アーク焼け跡の釉薬には多くの孔があり、これは高温での焼けによる釉薬の溶けによるものです。内壁の部位2には約17.92mmの長さと2mmの深さの表面陥没があります。この領域の色は磁器本体と同じ灰白色で、これは表面に釉薬がないことを示し、元々の製造上の欠陥です。
図3bはサンプル2#の側面のマクロ形態を示しています。図から、サンプルの側面の一部が円形で滑らかな表面を持っていることがわかり、これは粗い通常の断面とは対照的です。これは、この部分の磁器本体が連続していないことを示し、また別の元々の製造上の欠陥です。
サンプルのマクロ観察結果から、故障した磁器支柱には材料の不均一性、磁器本体の連続性の欠如、無釉薬表面、多数の小さな孔などのいくつかの元々の製造上の欠陥があることが結論づけられます。
走査電子顕微鏡（SEM）による微細構造分析
磁器支柱の正常断面、赤色領域、滑らかな表面領域、内側放電表面からのサンプルに対してSEM分析を行いました。サンプルの走査電子顕微鏡画像は図4に示されています。
図4aから、磁器支柱の正常断面からのサンプルは、方向性のある割れ目パターンを持つ荒い表面を持っています。多くの孔が均等に分布しており、これは磁器支柱の磁器が多孔質で密度が比較的低いことを示唆しています。
図4bは、赤色領域からのサンプルも多くの孔を持っていることがわかります。正常断面サンプルと比較して、これらの孔はサイズが大きく、密集度が低く、磁器の密度は比較的高いです。これは磁器支柱内の磁器材料の非均一な焼成を示しています。
図4cから、滑らかな表面のサンプルも多くの孔を持ち、表面には多くの不均一な穴が散在しています。しかし、全体としては表面は比較的滑らかで平坦であり、これはこの部分の異常特性が破断前に存在していたことを示しています。
図4dは、放出焼け表面の釉薬が滑らかですが、多くの泡と穴が点在していることがわかります。これらの特徴は、放出時に発生する高温により釉薬が溶け、ガスが放出される過程で形成されたものです。
走査電子顕微鏡（SEM）による微細構造分析
磁器支柱の正常断面、赤色領域、滑らかな表面領域、内側放電表面からのサンプルに対してSEM分析を行いました。サンプルの走査電子顕微鏡画像は図4に示されています。
図4aから、磁器支柱の正常断面からのサンプルは、方向性のある割れ目パターンを持つ荒い表面を持っています。多くの孔が均等に分布しており、これは磁器支柱の磁器が多孔質で密度が比較的低いことを示唆しています。
図4bは、赤色領域からのサンプルも多くの孔を持っていることがわかります。正常断面サンプルと比較して、これらの孔はサイズが大きく、密集度が低く、磁器の密度は比較的高いです。これは磁器支柱内の磁器材料の非均一な焼成を示しています。
図4cから、滑らかな表面のサンプルも多くの孔を持ち、表面には多くの不均一な穴が散在しています。しかし、全体としては表面は比較的滑らかで平坦であり、これはこの部分の異常特性が破断前に存在していたことを示しています。
図4dは、放出焼け表面の釉薬が滑らかですが、多くの泡と穴が点在していることがわかります。これらの特徴は、放出時に発生する高温により釉薬が溶け、ガスが放出される過程で形成されたものです。
SEM微細構造分析から、磁器袖には磁器構造の緩さ、低密度、異常な断面などの固有の欠陥があることが結論づけられます。
エネルギー分散分析
上記のように、サンプルの異なる4つの位置の表面元素とその分布についてエネルギー分散分析を行いました。図5は表面元素分布図の詳細な例を示しています。磁器袖の正常断面、滑らかな表面、放出部分からのサンプルの表面元素は主に酸素（O）、ケイ素（Si）、アルミニウム（Al）で構成されています。
全体的に、これらのサンプルの表面の元素分布は比較的均一です。しかし、赤色領域からのサンプルの表面の元素分布は不均一です。このサンプルの右下の領域では、酸素（O）、アルミニウム（Al）、カリウム（K）の含量が大幅に増加していますが、ケイ素（Si）元素の分布は比較的一貫しています。これは、この領域の焼成過程でO、Al、K元素の分布が均一でなかったことを示しています。
さらに、4つのサンプルの主要元素含量を比較し、結果は表1に示されています。正常断面サンプルの表面の酸素（O）元素含量は他の3つのサンプルよりも著しく高く、一方でケイ素（Si）元素含量は低いです。これは、磁器袖サンプルの異なる部分での材料組成が不均一であることを示しています。
赤色領域からのサンプルは比較的高いケイ素（Si）含量と最も低い酸素（O）含量を持っています。また、磁器袖の内壁放出部分の表面には大量の銅（Cu）が検出されました。これは、放出過程で磁器袖内のブロンズが高温で溶け蒸発し、スパッタリングと堆積によって磁器袖の内表面に付着したためです。
サンプル表面元素の走査分布
エネルギー分散分析に基づいて、磁器袖の焼成過程で各種元素の分布が非常に不均一であることが堅実に結論づけられます。この不均一性は、磁器袖内の異なる部分の材料が著しく異なることを直接示しています。
結論と提案
結論
マクロ観察、SEM微細構造分析、エネルギー分散分析を通じて、磁器袖は比較的緩い構造、内部層別化、不均一な組成、微小孔の存在などの特性を持つことが判明しました。また、磁器袖の内表面には局所的な無釉薬領域や製造プロセスの品質が劣っているなどの固有の欠陥があります。
これらのマクロおよびマイクロの欠陥により、長期の屋外運転中に外部の湿気やガスが徐々に磁器袖内に浸透し、磁器袖の絶縁性能が低下します。電界の影響下で、内部導体と磁器袖の弱い部分間に電気放電が発生し、磁器袖内で局所的な高温が発生し、絶縁シリコーングリースの性能が悪化します。最終的に、内部圧力の作用により磁器袖が破裂します。
提案
磁器袖メーカーは、磁器袖の焼成過程における品質管理を強化し、一貫して高品質な製品を供給する必要があります。
磁器袖製品の輸送中に適切な保護措置を講じる必要があります。これは、激しい振動や衝突による磁器袖の損傷を防ぐために重要です。
製品ユーザーは、入荷設備の磁器袖に対する品質サンプリング検査を強化することをお勧めします。これにより、倉庫に保管された設備の品質が必要な基準を満たしていることが確認できます。
設備の運転状況に十分注意を払うべきです。特に、既にシリコーングリースの漏れや磁器袖の亀裂が見られる設備については、迅速に停電メンテナンスと欠陥検査を行い、潜在的な故障を防ぎ、電気システムの安全かつ信頼性の高い運転を確保する必要があります。
