35kV Açık Hava Vakum Kesici Direk Porselen Kılıfının Arıza Analizi

ZW7 - 40.5 açık hava vakum kesici, arkaıyı söndürme ortamı olarak vakumu kullanır. Arkaıyı söndürme odasının hareketli ucu, krank kol ve yalıtım çubuğu aracılığıyla işletme mekanizmasının çıkış şaftına bağlıdır. Kesicinin genel yapısı seramik tüp sütun tipindedir.

Üst seramik tüp, arkaıyı söndürme odası seramik tübüdür ve alt olan destek seramik tübüdür. Üç fazlı seramik tüpler bir çerçeveye monte edilmiştir ve üç fazlı akım transformatörleri alt destek seramik tüplerin içine monte edilmiş ve kesicinin ana devresine bağlanmıştır (Gösterildiği gibi Şekil 1). Hem üst hem de alt seramik tüpler, mükemmel yalıtım özelliklerine sahip vakum-yalıtım silikon yağ ile doldurulmuştur.

Yüksek gerilimli kesicilerin seramik tüpleri genellikle yüksek miktarda alümina seramikten yapılmıştır, bu tür seramikler iyi kimyasal istikrar, muhteşem yalıtım performansı ve yüksek mekanik dayanımı sunar. Seramik tüplerin performansı, tüm ekipmanın ömrüyle doğrudan ilişkilidir. Açık hava kesicilerindeki yaygın hata nedenleri arasında flanç çatlamaları, seramik tüp bükülmesi ve çatlaklar, çimentonun genişlemesi, yaşlanması, paslanması vb. bulunmaktadır. Belirli bir 110kV hatta yedi adet kesici arızası meydana gelmiş, bu arızalardan seramik tüp çatlama arızaları %41'ini oluşturmuştur.

Hata Durumu

Bir 110kV traktörde, 35kV kesicinin A fazı seramik tüpü patladı. Üçüncü şili ve alt flanç arasındaki seramik tüpün bir kısmı düşüp dışarı fırladı ve içerideki yalıtım silikon yağı sızdı, bu durum ekipmanın kapatılmasına zorladı. Hatalı kesicinin yerinde yapılan inceleme, hatanın doğrudan nedeninin kesicinin destek seramik tüpünün içindeki yüksek gerilimli iletkenin seramik tüp ile reaksiyona girmesi ve salınan yüksek sıcaklık arkunun seramik tüpün patlamasına ve içerideki yalıtım silikon yağının dışarı sızmasına neden olması olduğunu göstermiştir.

Örnek Analizi

Makroskopik İnceleme

Şili seramik tüpünden iki tipik örnek alındı ve inceleme sonuçları şu şekildedir:

Şekil 2, alan üzerinden alınan 1 numaralı örneğin makroskopik görünümünü göstermektedir. Örneğin seramik tüpünün iç duvarında büyük alanlarda ark yanma izleri bulunmaktadır. Yaklaşık 50.89mm uzunluğunda bir bölgede, seramik tüpün kırık yüzeyinin çoğu gri renktedir ve bazı alanların yüzeyinde karbon birikintisi bulunmaktadır. Kesit morfolojisi diğer kısımlardan anlamlı derecede farklıdır. 1 numaralı örneğin üç parçası ayrı ayrı incelendi, bunlar Şekil 2b, 2c ve 2d'de gösterilmiştir.

Şekil 2b'den görüldüğü üzere, örneğin iç duvarındaki glazür yanmış ve erimiş, çeşitli büyüklükte çok sayıda delik oluşmuştur. Uç yüzey kenarında pürüzsüz bir yüzey bulunmakta, bu glazür erimesi izinden farklı olup, glazürün yokluğu veya eşitsiz malzeme dağılımını göstermektedir. Şekil 2c'de, şili köküne yakın kırmızı alanın yüzeyi düz, sert, yüzeyde birçok küçük delik bulunmakta, ark ve tabanı gri beyaz renktedir.

Kırmızı materyal eşit dağılmış değil, yüzey düzensiz, yerel bir kabarcık var ve kenar, seramik vücutla belirgin siyah bir sınır oluşturmaktadır, bu da bu bölgedeki materyalin normal olmadığını göstermektedir. Şekil 2d, şili kesitin normal bölgesinin yerel büyütülmüş bir görüntüsüdür. Görüntüden görüldüğü üzere, örneğin yüzeyinde birçok küçük delik vardır ve en büyük deliğin çapı yaklaşık 0.1mm'dir.

Şekil 3, 2 numaralı örneğin makroskopik görünümünü göstermektedir. Örneğin iç duvarında yerel ark yanma ve glazürsüz bir bölge izleri bulunmaktadır, Şekil 3a'nın 1 ve 2 kısımlarında belirtilmiştir. Glazür, yüksek sıcaklık yanması sonucu erimektense, ark yanma bölgesinde birçok delik bulunduğunu göstermektedir. İç duvarın 2 noktası, yaklaşık 17.92 mm uzunluğunda ve 2 mm derinliğinde bir yüzey çöküntüsüne sahiptir. Bu alanın rengi, seramik vücutla aynı gri beyaz renkte, bu da yüzeyin glazürsüz olduğunu ve orijinal üretim hatasını göstermektedir.

Şekil 3b, 2 numaralı örneğin yan görünümünü göstermektedir. Görüntüden, örneğin yan kısmının bir bölümü, düz ve pürüzsüz bir yüzeye sahip olduğunu, normal kırık yüzeyin sert ve pürüzlü yüzeyine karşıt olduğunu görebiliriz. Bu, seramik vücutun bu bölümünde süreksizlik olduğunu, başka bir orijinal üretim hatasını göstermektedir.

Örneklerin makroskopik inceleme sonuçlarından, hatalı seramik tüpün eşitsiz malzeme dağılımı, süreksiz seramik vücut, glazürsüz yüzey ve birçok küçük delik dahil olmak üzere birkaç orijinal üretim hatasına sahip olduğu sonucuna varılabilir.

SEM Mikromorfoloji Analizi

Normal kesit, kırmızı renkli bölge, pürüzsüz yüzeyli bölge ve seramik tüpün iç salınma yüzeyinden örnekler üzerinde SEM analizi yapıldı. Örneklerin tarama mikroskopik görüntüleri Şekil 4'te sunulmaktadır.

Şekil 4a'ya göre, seramik tüpün normal kesitinden alınan örneğin yüzeyi, yönlendirilmiş kırılma dokusuyla pürüzsüzdür. Üzerinde birçok delik eşit olarak dağılmış, bu, seramik tüpün poröz ve nispeten düşük yoğunluğa sahip olduğunu göstermektedir.

Şekil 4b, kırmızı renkli bölgeden alınan örneğin de birçok deliğe sahip olduğunu göstermektedir. Normal kesit örneğine kıyasla, bu delikler daha büyük, daha az sık ve seramik yoğunluğu nispeten yüksektir. Bu, seramik malzemenin tüp içinde eşitsiz pişirilmiş olduğunu göstermektedir.

Şekil 4c'den, pürüzsüz yüzeyli örneğin de birçok deliğe sahip olduğunu ve yüzeyinde birçok düzensiz çukur olduğunu görebiliriz. Buna rağmen, genel yüzey nispeten pürüzsüz ve düz görünüyor, bu da bu bölümün kırılmadan önce anormal özelliklere sahip olduğunu göstermektedir.

Şekil 4d, salınma kaynamış yüzeydeki glazürün pürüzsüz ancak birçok baloncuk ve çukura sahip olduğunu göstermektedir. Bu özellikler, salınma olayı sırasında üretilen yüksek sıcaklıklar sonucu glazürün erime sürecinde gazların salınmasına atfedilir.

SEM Mikromorfoloji Analizi

Normal kesit, kırmızı renkli bölge, pürüzsüz yüzeyli bölge ve seramik tüpün iç salınma yüzeyinden örnekler üzerinde SEM analizi yapıldı. Örneklerin tarama mikroskopik görüntüleri Şekil 4'te sunulmaktadır.

Şekil 4a'ya göre, seramik tüpün normal kesitinden alınan örneğin yüzeyi, yönlendirilmiş kırılma dokusuyla pürüzsüzdür. Üzerinde birçok delik eşit olarak dağılmış, bu, seramik tüpün poröz ve nispeten düşük yoğunluğa sahip olduğunu göstermektedir.

Şekil 4b, kırmızı renkli bölgeden alınan örneğin de birçok deliğe sahip olduğunu göstermektedir. Normal kesit örneğine kıyasla, bu delikler daha büyük, daha az sık ve seramik yoğunluğu nispeten yüksektir. Bu, seramik malzemenin tüp içinde eşitsiz pişirilmiş olduğunu göstermektedir.

Şekil 4c'den, pürüzsüz yüzeyli örneğin de birçok deliğe sahip olduğunu ve yüzeyinde birçok düzensiz çukur olduğunu görebiliriz. Buna rağmen, genel yüzey nispeten pürüzsüz ve düz görünüyor, bu da bu bölümün kırılmadan önce anormal özelliklere sahip olduğunu göstermektedir.

Şekil 4d, salınma kaynamış yüzeydeki glazürün pürüzsüz ancak birçok baloncuk ve çukura sahip olduğunu göstermektedir. Bu özellikler, salınma olayı sırasında üretilen yüksek sıcaklıklar sonucu glazürün erime sürecinde gazların salınmasına atfedilir.

SEM mikromorfoloji analizi sonucunda, seramik tüpün gevşek yapı, düşük yoğunluk ve anormal kesitler dahil olmak üzere kendi kendine defektleri olduğu sonucuna varılabilir.

Enerji Spektrumu Analizi

Yukarıda açıklanan gibi, örnekten dört farklı konumda yüzey elementlerinin ve dağılımlarının enerji spektrumu analizi yapıldı. Şekil 5, yüzey element dağılım diyagramının detaylı bir örneğini göstermektedir. Normal kesit, pürüzsüz yüzey ve seramik tüpün salınma kısmından alınan örneklerin yüzeyindeki elementler, çoğunlukla oksijen (O), silikon (Si) ve alüminyum (Al) dan oluşmaktadır.

Genel olarak, bu örneklerin yüzeyindeki element dağılımı nispeten homojendir. Ancak, kırmızı renkli bölgeden alınan örnek yüzeyindeki element dağılımı homojen değildir. Bu örneğin sağ alt bölgesinde, oksijen (O), alüminyum (Al) ve potasyum (K) içerikleri önemli ölçüde artarken, silikon (Si) element dağılımı nispeten tutarlı kalır. Bu, bu bölgenin pişirme sürecinde O, Al ve K elementlerinin homojen dağılmadığını göstermektedir.

Ayrıca, dört örnek arasındaki ana element içerikleri karşılaştırıldı ve sonuçlar Tablo 1'de sunulmuştur. Normal kesit örneğin yüzeyindeki oksijen (O) element içeriği, diğer üç örneğe kıyasla belirgin bir şekilde daha yüksek, silikon (Si) element içeriği ise daha düşüktür. Bu, seramik tüp örneğinin farklı bölgelerinde materyal bileşiminde eşitsiz dağılım olduğunu göstermektedir.

Kırmızı bölgeden alınan örneklerde, silikon (Si) içeriği nispeten yüksek ve oksijen (O) içeriği en düşüktür. Ayrıca, seramik tüpün iç duvar salınma kısmının yüzeyinde önemli miktarda bakır (Cu) tespit edilmiştir. Bu, salınma sürecinde seramik tüp içindeki bronzun yüksek sıcaklıklarda eriyip buharlaşması ve ardından seramik tüpün iç yüzeyine çökelmesi sonucudur.

Örnek Yüzey Element Dağılım Taraması

Enerji spektrumu analizine dayanarak, seramik tüpün pişirme sürecinde çeşitli elementlerin dağılımının oldukça homojen olmadığını kesin bir şekilde söyleyebiliriz. Bu homojensizlik, seramik tüpün farklı bölgelerindeki materyallerin önemli ölçüde farklı olduğunu doğrudan ima etmektedir.

Sonuç ve Öneriler

Sonuç

Makroskopik inceleme, SEM mikromorfoloji analizi ve enerji spektrumu analizi sonucunda, seramik tüpün, nispeten gevşek yapı, iç stratifikasyon, eşitsiz bileşim ve mikroporozite gibi özellikleri olduğu belirlenmiştir. Ayrıca, seramik tüpün iç yüzeyinde yerel olarak glazürsüz alanlar ve üretimin düşük kalitesi gibi kendi kendine defektleri bulunmaktadır.

Bu makroskopik ve mikroskopik defektler nedeniyle, seramik tüpün uzun vadeli açık hava operasyonu sırasında dış nem ve gazlar yavaş yavaş tüpe sızmaktadır. Bu sızıntı, seramik tüpün yalıtım performansını azaltmaktadır. Elektrik alan etkisi altında, iç iletken ile seramik tüpün zayıf alanları arasında elektrik salınması gerçekleşmektedir. Salınma, seramik tüpün içinde yerel yüksek sıcaklıklar oluşturur ve yalıtım silikon yağının performansını bozar. Sonunda, iç basınç etkisiyle seramik tüp patlamaktadır.

Öneriler

• Seramik tüp üreticileri, seramik tüplerin pişirme sürecinde kalite kontrolünü artırmalı ve sürekli yüksek kaliteli ürün çıkışı sağlamalıdır.

• Seramik tüp ürünlerinin taşınması sırasında uygun koruma önlemleri alınmalıdır. Bu, seramik tüplerin ciddi titreşimlere veya çarpışmalara maruz kalmasını önlemek için önemlidir.

• Ürün kullanıcıları, stokladıkları ekipmanların seramik tüplerinin kalite örneklemesi denetimini güçlendirmelidir. Bu uygulama, stoklanmış ekipmanın kalitesinin gereken standartlara uyduğunu garanti eder.

• Ekipman grubunun işlem durumuna dikkat edilmelidir. Özellikle, silikon yağ sızıntısı veya seramik tüp çatlakları olan ekipmanlar için, hemen elektrik kesme bakım ve kusur tespiti yapılmalıdır, bu sayede potansiyel arızalar önlenir ve elektrik sisteminin güvenli ve güvenilir işlemesi sağlanır.