حماية آلية التشغيل لقواطع الدائرة الفراغية الخارجية

في السنوات الأخيرة، شهدت مفاتيح الدائرة الكهربائية ذات الضغط المتوسط التي تعمل بالفراغ تطوراً كبيراً وحققت نتائج ملحوظة، خاصة في فئة الجهد 12 كيلوفولت، حيث تحمل مفاتيح الدائرة التي تعمل بالفراغ ميزة مطلقة. حالياً، الآليات التشغيلية الشائعة المجهزة لمفاتيح الدائرة الخارجية بجهد 12 كيلوفولت هي في الغالب آليات تشغيلية ربيعية.

حالياً، غالباً ما يركز المنتجات من مفاتيح الدائرة الخارجية التي تعمل بالفراغ على تصميم وحماية الدائرة الرئيسية للمفتاح مع إهمال عمر الخدمة للآلية التشغيلية أثناء التشغيل. في النهاية، يتم عكس عمر الخدمة الكامل للمفتاح في عمليات الفتح والإغلاق للملامسات، وهذه العمليات يتم تحقيقها عبر الآلية التشغيلية. لذا، فإن أداء العمل والموثوقية والجودة للآلية التشغيلية تلعب دوراً حاسماً في أداء العمل والموثوقية للمفتاح.

الأسباب الرئيسية لفشل الآلية الربيعية

أنماط وأسباب الفشل أثناء تشغيل المفتاح

خلال التشغيل الطويل الأمد للمفتاح، تشمل أنماط فشل الآلية رفض الآلية للفتح والإغلاق، وكذلك الفتح والإغلاق غير التام. الأسباب الرئيسية هي كالتالي: تلف مكونات المفتاح والآلية، تآكل مكونات المفتاح والآلية، جودة التجميع بين الآلية والمفتاح، وأعطال المكونات الكهربائية الثانوية.

• أسباب تلف المكونات: أولاً، قوة المكونات غير كافية خلال عملية التصميم. ثانياً، هناك أخطاء تشغيلية من قبل المشغلين. ثالثاً، تنخفض قوة المكونات بسبب التآكل.

• تآكل المكونات: يؤدي تآكل مكونات المفتاح والآلية إلى انسداد المكونات، مما يزيد من مقاومة النظام. في حالة التآكل، لا يمكن للقوى اللازمة للفتح والإغلاق للمفتاح عند خروجه من المصنع أن تلبي القوى اللازمة للفتح والإغلاق للمفتاح، مما يؤدي إلى الفتح والإغلاق غير التام. خاصة، سيفشل الربيع العائد أو الربيع الشدوي المستخدم بشكل واسع في الآلية الربيعية بسبب التآكل، مما يؤدي إلى تعطل الآلية.

• جودة التجميع: جودة تجميع الآلية والمفتاح، بما في ذلك ما إذا كانت مكونات التثبيت مثبتة بشكل موثوق وما إذا كان المفتاح معدلاً بشكل صحيح، ستؤثر على تشغيل المفتاح.

• أعطال المكونات الكهربائية الثانوية: المحولات المساعدة والمفاتيح المساعدة والأطراف المستخدمة في الآلية الربيعية. إذا كانت جودة أي من هذه المكونات ضعيفة أو الاتصال غير موثوق، سيؤثر ذلك على التشغيل الطبيعي للمفتاح ونقل الإشارات، وقد يؤدي حتى إلى حوادث أخرى. بالإضافة إلى تعرض المكونات الثانوية للتآكل بسبب الرطوبة، قد تفشل أيضاً في التحويل بشكل طبيعي بسبب تآكل مكونات الآلية وتوقف حركة الآلية، مما يؤدي إلى حرق المحرك أو جهاز القطع.

من التحليل أعلاه، من بين الأسباب الأربعة الرئيسية، تؤثر مشكلة تآكل الآلية على ثلاثة منها. مشكلة تآكل الآلية هي العامل الرئيسي المؤثر على العمر الطويل والموثوقية العالية للمفتاح.

الأسباب الرئيسية لتآكل الآلية

تآكل مكونات الآلية هو السبب الرئيسي لفشل الآلية الربيعية. التآكل الشديد على سطح المكونات يؤثر بشدة على مظهر المنتج، ويقلل من القوة الميكانيكية لمكونات النقل، ويؤثر على أداء المنتج. الأسباب الأساسية لتآكل المكونات هي نوعية المواد المستخدمة في المكونات، التصميم الهيكلي، عملية التصنيع، وخاصة المعالجة السطحية للمكونات، والتي لا تستطيع التكيف مع الظروف البيئية والمناخية القاسية.

• تأثير نوعية المواد المعدنية: المواد الشائعة الاستخدام في المنتج هي الحديد والفولاذ والنحاس والألومنيوم وسبائكها. الفولاذ والنحاس هما المواد الرئيسية في الآلية. فقد ثبت أن مكونات الفولاذ التي تعتمد فقط على طبقة الزنك البالغة سمكها 15 μm لا تستطيع مقاومة تآكل الرطوبة لفترة طويلة. النحاس الأصفر سيتعرض للتآكل بواسطة فقدان الزنك في بيئة الهواء الرطب، وسيتم ملء الفجوات الموجودة في الأكمام النحاسية الشائعة في الآلية بمسحوق النحاس الذي يتكون نتيجة للتآكل، مما يجعل محور الدبوس غير قادر على الدوران.

• تأثير تصميم المنتج والهيكلية المكونات والتكنولوجيا التصنيعية: قد تتعرض الكرات الدوارة للتآكل بسبب عدم وجود ختم جيد، مما يسمح برطوبة اختراق الكرات. قد يحدث الصدأ بسبب دخول الماء والتكتل والترسب. بالإضافة إلى ذلك، الفجوات والزوايا الميتة والحفر والسطح الخشن للمكونات ونقاط الاتصال بين المكونات هي جميعها مناطق عرضة للتآكل.

• تأثير تقنية الحماية السطحية للمعادن: معظم مكونات المنتج مغطاة بزنك أو طلاء كهربائي. في عملية التجميع الفعلية للآلية، لأجل دقة التحويل، غالباً ما يتم التضحية بالطلاء السطحي، ويجب إزالة الطلاء من السطح المتصل والسطح المقفل، مما يتناقض مع غرض المعالجة السطحية.

الإجراءات لحل مشكلة تآكل الآلية

لحل مشكلة تآكل المكونات، يستخدم المصنّعون عادةً العديد من المكونات المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ ويعززون ختم المفتاح والآلية. رغم أن استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ كمادة خام يمكن أن يحسن مقاومة التآكل، إلا أن سعر المادة مرتفع نسبياً، ومعالجة المكونات صعبة، وليس من السهل إنتاجها بكثرة. معظم الكرات الدوارة في الأجزاء القياسية مصنوعة من الفولاذ، ولا تستوفي متطلبات مقاومة التآكل. هذا الأسلوب يعالج الأعراض وليس السبب الجذري.

اعتماد بنية محكمة الإغلاق مشابهة لتلك الموجودة في ZW20A، دون ملء غاز SF6، واستخدام شكل عزل مركب، وملىء النيتروجين النقي لحماية المكونات هو خيار أكثر مثالية.

الخاتمة

ختاماً، يجب على الجيل الجديد من مفاتيح الدائرة الخارجية التي تعمل بالفراغ اعتماد العزل المركب لتقليل حجم جسم المفتاح وتحقيق الطلب على التصغير. يجب أن يكون جسم المفتاح وصندوق الآلية محكمين بشكل منفصل لتسهيل صيانة الآلية. يجب ملىء النيتروجين النقي لحماية المكونات.