عمليات التآكل وممارسات الحماية للمفاصيل الكهربائية ذات الجهد العالي

تُستخدم المفاتيح العازلة للتيار العالي على نطاق واسع جدًا، وبالتالي يولي الناس اهتمامًا كبيرًا للمشاكل المحتملة التي قد تنشأ عنها. ومن بين الأعطال المختلفة، فإن تآكل المفاتيح العازلة للتيار العالي يُعد من القضايا المهمة. وفي ضوء هذا الوضع، يقوم هذا المقال بتحليل تركيب المفاتيح العازلة للتيار العالي وأنواع التآكل والأعطال الناتجة عن التآكل. كما يستعرض أسباب تآكل المفتاح العازل ويدرس الأسس النظرية والتقنيات العملية لحماية المفاتيح من التآكل.

1. المفتاح العازل للتيار العالي وتحليل التآكل
1.1 التركيب الهيكلي للمفاتيح العازلة للتيار العالي
يتكون المفتاح العازل للتيار العالي من خمسة أجزاء: القاعدة الداعمة، الجزء الموصل، العازل، آلية النقل، وآلية التشغيل. وتُشكل القاعدة الداعمة الأساس الهيكلي للمفتاح العازل، حيث تقوم بدعم وتثبيت جميع المكونات الأخرى كوحدة متكاملة. ويضمن الجزء الموصل التوصيل الفعال للتيار في الدائرة. وتوفر العوازل عزلًا كهربائيًا بين الأجزاء المشحونة والأجزاء المأرضة. وتعمل آلية النقل من خلال العازل على نقل الحركة إلى نقاط التلامس، مما يمكّن من عمليات فتح وإغلاق المفتاح العازل.

ولضمان السلامة، يجب أن يكون للمفاتيح العازلة فجوة مفتوحة مرئية بوضوح، ويجب أن يوجد عزل موثوق بين جميع نقاط القطع. ويجب أن تكون المفاتيح العازلة الخارجية قادرة على أداء عمليات الفتح والإغلاق بشكل موثوق تحت مختلف الظروف البيئية مثل الرياح والأمطار والثلوج والغبار والتلوث الجوي. بالإضافة إلى ذلك، يجب تركيب قفل ميكانيكي موثوق بين المفتاح العازل ومفتاح التأريض لضمان اتباع المشغلين لتسلسل عمليات آمن.

على سبيل المثال، لا تتطلب المفاتيح العازلة للتيار العالي تشغيلًا بسرعة عالية أثناء الفتح أو الإغلاق، وبالتالي يمكن تشغيلها مباشرة بواسطة محرك. بالمقابل، تم تصميم المفاتيح الكهربائية (عالية أو منخفضة الجهد) لربط أو فصل الدوائر تحت الحمل ويجب أن تعمل بسرعة — حيث يؤدي الفتح أو الإغلاق البطيء أو التدريجي إلى حدوث قوس كهربائي. ولذلك، تستخدم المفاتيح الكهربائية محركات تخزن الطاقة متزامنة مع نوابض لتخزين الطاقة الحركية، والتي يتم إطلاقها فورًا عند الحاجة.

1.2 تصنيف تآكل المفاتيح العازلة
وفقًا للتقارير، فإن تآكل المفاتيح العازلة للتيار العالي يتأثر عمومًا بدرجة الحرارة والرطوبة، والملوثات الجوية والغبار، وخصائص المواد المكوّنة، وعمليات التصنيع. فتلتحم المعادن مع الماء والأكسجين في الجو، وتساعد درجات الحرارة العالية أو التغيرات اليومية الكبيرة في درجات الحرارة على تسريع هذه التفاعلات. وتكثف الرطوبة العالية ودرجة الحرارة من تآكل المعادن، ما يجعل التآكل شديدًا بشكل خاص في هذه المناطق.

تحتوي الملوثات الجوية على مواد شديدة التآكل تتحد مع الرطوبة على الأسطح المعدنية لتكوين إلكتروليتات حمضية، مما يسرع من عملية التآكل الكهروكيميائي. ومع التطور السريع للصناعات كثيفة الاستهلاك للطاقة في الصين، تفاقم التلوث الجوي، وازداد تأثير الأمطار الحمضية، وارتفع مستوى الملوثات، ما خلق دورةً سيئة تزيد من تآكل المكونات المعدنية.

والمواد نفسها عامل آخر رئيسي يؤثر في التآكل. فبعض المعادن مقاومة للتآكل، بينما تكون أخرى عرضة للتآكل الناتج عن الرطوبة؛ وبالتالي فإن اختيار المادة يحدد بشكل مباشر مدى عرضتها للتآكل. أثناء التصنيع، يمكن أن يؤدي الضغط أو الحرارة غير المنتظمة إلى اختلاف في جهود الأقطاب، ما يسرع من التآكل أكثر. على سبيل المثال، غالبًا ما تُصنع عوارض قواعد المفاتيح العازلة باستخدام طلاء الغمس الساخن بالزنك، ومع ذلك فإن صدأ هذه العوارض أمر شائع — ويرتبط ذلك بكل من ظروف البيئة التشغيلية وجودة التصنيع في المصنع.

قد تتعرض المكونات ذات الجودة المنخفضة لتفاعلات كهروكيميائية عند تعرضها للأمطار الحمضية أو رذاذ الملح أثناء التشغيل، ما يجعلها هشة وتشقق تحت تأثير إجهادات خارجية، وقد يؤدي إلى كسر كامل.

1.3 الأعطال الناتجة عن تآكل مكونات المفتاح العازل
من منظور طفيف، يؤثر التآكل أولًا على مظهر المنتج. ويُعد الصدأ الشديد هو المشكلة الأكثر شيوعًا التي يبلغ عنها المستخدمون، حيث يخلق انطباعًا نفسيًا بعدم الأمان عند رؤية هيكل خارجي مصاب بالصدأ. علاوة على ذلك، يمكن أن يؤدي التآكل إلى تشوه أبعادي أو تقليل في مكونات معدنية، ما يؤدي إلى تلف أو كسر.

قد تواجه الأجزاء الدوارة وسلسلة النقل انسدادًا؛ وأي انسداد في الآلية يمكن أن يتسبب في تعطل الجهاز بالكامل، ما يجعله غير قابل للتشغيل في الحالات الشديدة أو حتى يؤدي إلى كسر الوصلة.

كما يزيد التآكل من مقاومة التلامس إلى حدٍ ما. وتقود مقاومة التلامس الأعلى إلى تسخين عند نقاط التلامس، ما يسرع بدوره أكسدة المعادن ويزيد من خطر فشل التوصيل الكهربائي. ويمكن أن يؤدي التشغيل المستمر تحت هذه الظروف إلى احتراق شديد في دائرة المفتاح العازل للتيار العالي، ما قد يؤدي إلى حوادث كهربائية بأضرار لا يمكن إصلاحها.

2. التحليل النظري والعملي للمفاتيح العازلة للتيار العالي
2.1 تحليل تآكل المكونات
بما أن المكونات الرئيسية للمفاتيح العازلة معدنية، يمكن فهم أسباب تآكل المفتاح العازل على نحو كبير باعتبارها أسباب تآكل المعادن. ويتأثر تآكل المعادن بعوامل داخلية وخارجية.

نظريًا، تؤثر درجة حرارة ورطوبة البيئة على معدل التآكل الكيميائي للمعادن. بالإضافة إلى ذلك، تلعب تركيبة المحاليل التي تتلامس مع سطح المعدن وقيمة الأس الهيدروجيني (pH) لهذه المحاليل أدوارًا حاسمة. وترتبط هذه العوامل أساسًا بالملوثات والجزيئات PM2.5 التي تلتصق بسطح المعدن من الجو.

تشمل العوامل الداخلية خصائص وبنية المعدن نفسه. إذا تم صنع مكون من مادة عرضة للتآكل، يجب أن يُؤخذ الحذر بعين الاعتبار عند تثبيت وموقع الفاصل، بما في ذلك اختيار موقع التثبيت بعناية. تفقد المعادن النشطة الإلكترونات بسهولة، مما يؤدي إلى فقدان المادة أو التآكل الجلفاني. وهكذا، فإن تآكل الفواصل الكهربائية ذات الجهد العالي أمر لا مفر منه - يمكن فقط تخفيفه من خلال اتخاذ أقصى درجات الإجراءات الوقائية.

على سبيل المثال، يجب أن تكون الاتصالات على كلا جانبي الفاصل الكهربائي ذو الجهد العالي آمنة ومعتمدة لمنع تآكل المكون. تعتبر الاتصالات بين الأجزاء المعدنية أساسية وحاسمة وتتطلب اهتمامًا خاصًا.

2.2 الأساليب النظرية للحماية
من وجهة نظر داخلية، اختيار المواد التي تتمتع بمقاومة عالية للتآكل للأجزاء المعدنية - مع استيفاء متطلبات الأداء الأخرى - يوفر حماية أساسية ضد التآكل.

من الناحية الخارجية، يجب تنفيذ تصميمات مقاومة للماء وحد من التعرض لتقليل الاتصال بين الأجزاء المعدنية والهواء الرطب أو العوامل الضارة الأخرى، لتجنب مشاكل مثل تراكم الماء والتعرض المفرط للجو.

بالنسبة للفاصل بشكل عام، يجب تطبيق إجراءات الختم والحماية في المحامل الدوارة والناقلة لمنع العوائق الناجمة عن الظروف الجوية أو تسرب المياه. يجب تطبيق طلاءات واقية موثوقة على السطوح؛ يجب اختيار طلاءات مختلفة بناءً على نوع المعدن ووظيفة المكون وبيئة التطبيق، مع أولوية دائمًا للسلامة وكفاءة التشغيل والجدوى الاقتصادية.

يجب أن تتوافق المواد الموصلة المستخدمة خارجيًا على الفواصل الكهربائية مع مواصفات المكون لمنع زيادة المقاومة. عندما يصبح التآكل شديدًا بشكل عام، يجب فك الوحدة للصيانة: تنظيف سطوح الاتصال، ضبط البراغي، وإصلاح أو استبدال الأجزاء التالفة.

توفر استراتيجيات الحماية النظرية أساسًا متينًا للوقاية العملية من التآكل، حيث تكون النظرية والممارسة مترابطتين ومتعزيزتين تدريجيًا لبعضهما البعض.

2.3 تقنيات حماية التآكل العملية
عادةً ما يكون الاتصال الثابت متصلاً بالمدخل الكهربائي، والاتصال المتحرك متصلاً بالحمولة. ومع ذلك، بالنسبة للفواصل الكهربائية المثبتة في خزانات الاستقبال ذات التغذية الكبلية، يتم ربط المدخل الكهربائي بجانب الاتصال المتحرك - وهو تكوين معروف باسم "التغذية العكسية".

خلال الصيانة الروتينية، يجب إجراء فحوصات عامة بشكل منتظم. هذا يتضمن إصلاحات صغيرة أو عشوائية، عادةً ما يتم تنفيذها من خلال مبادئ الإدارة الديناميكية والصيانة الروتينية، مع جدولة الإصلاحات المستهدفة لأي عيوب أو أعطال تم تحديدها.

خلال الإصلاحات الكبرى، يتم إجراء صيانة مستندة على الفك، والتي تتضمن فحصًا شاملًا للمعدات مع التركيز بشكل خاص على الأجزاء المعدنية المعرضة للتآكل. يتم استبدال أو إصلاح المكونات التالفة باستخدام تقنيات مناسبة.

يجب فحص وتنظيف الآليات الداخلية بشكل دوري. يجب تنظيف وتلميع وتشحيم المقابض وغيرها من روابط النقل. يجب إعادة تطبيق الطلاءات الواقية على السطوح الخارجية المتآكلة، وتثبيت أجهزة التشحيم والحماية الإضافية في المحامل.

يجب أن تتبع هذه الإجراءات الأساسية للصيانة المواصفات التقنية والإرشادات المصنعة بدقة لضمان استعادة المعدات لأدائها الفني الأصلي بعد الخدمة. بناءً على أسباب التآكل المتناولة في هذا البحث، يجب إجراء فحوصات روتينية بشكل منتظم على المناطق الهشة، وإجراء الإصلاحات الكبرى في فترات زمنية محددة.

3. الخاتمة
تلعب الفواصل الكهربائية ذات الجهد العالي دورًا مهمًا في الحياة اليومية من خلال حل مشاكل التبديل الدائري. ومع ذلك، يمكن أن يؤدي تآكل هذه الفواصل إلى عواقب وخيمة. لذلك، يجب وضع إجراءات وقائية من خلال البحث النظري والتنفيذ العملي لتعزيز التطبيق الآمن والموثوق للفواصل الكهربائية ذات الجهد العالي.