Korrosion und Schutzmaßnahmen für Hochspannungs-Abschalteinrichtungen

Hochspannungs-Abschalter werden äußerst weit verbreitet eingesetzt, weshalb auf mögliche Probleme, die mit ihnen auftreten können, große Aufmerksamkeit gelegt wird. Unter den verschiedenen Fehlern ist die Korrosion von Hochspannungs-Abschaltern ein Hauptanliegen. In Anbetracht dieser Situation analysiert dieser Artikel die Zusammensetzung von Hochspannungs-Abschaltern, Arten der Korrosion und Fehler, die durch Korrosion verursacht werden. Es werden auch die Ursachen für die Korrosion von Abschaltern untersucht und theoretische Grundlagen sowie praktische Techniken zur Korrosionsschutz untersucht.

1. Hochspannungs-Abschalter und Korrosionsanalyse
1.1 Strukturale Zusammensetzung von Hochspannungs-Abschaltern
Ein Hochspannungs-Abschalter besteht aus fünf Teilen: Trägerbasis, leitfähiger Teil, Isolator, Übertragungsmechanismus und Bedienmechanismus. Die Trägerbasis bildet das strukturelle Fundament des Abschalters, indem sie alle anderen Komponenten als eine integrierte Einheit stützt und fixiert. Der leitfähige Teil gewährleistet eine effiziente Stromleitung im Schaltkreis. Die Isolatoren bieten elektrische Isolation zwischen lebenden und geerdeten Teilen. Der Übertragungsmechanismus arbeitet durch den Isolator, um Bewegung an die Kontakte zu übertragen, was die Öffnungs- und Schließvorgänge des Abschalters ermöglicht.

Um Sicherheit zu gewährleisten, müssen Abschalter einen klar sichtbaren Öffnungsspalt haben, und es muss eine zuverlässige Isolation zwischen allen Trennstellen bestehen. Outdoor-Abschalter müssen unter verschiedenen Umweltbedingungen wie Wind, Regen, Schnee, Staub und Luftverschmutzung sicher Öffnen und Schließen können. Darüber hinaus muss eine zuverlässige mechanische Verriegelung zwischen dem Abschalter und dem Erdungsschalter installiert sein, um sicherzustellen, dass die Bediener sicheren Betriebsabläufen folgen.

Zum Beispiel erfordern Hochspannungs-Abschalter bei Öffnen oder Schließen keine schnelle Operation, so dass sie direkt von einem Motor angetrieben werden können. Im Gegensatz dazu sind Leistungsschalter (Hoch- oder Niederspannung) so konzipiert, dass sie Schaltkreise unter Last verbinden oder trennen und müssen schnell operieren – langsame oder schrittweise Öffnen/Schließen würde Bögen verursachen. Daher verwenden Leistungsschalter Energiespeicher-Motoren, die mit Federn gekoppelt sind, um kinetische Energie zu speichern, die bei Bedarf sofort freigesetzt wird.

1.2 Klassifizierung der Abschalterkorrosion
Laut Berichten wird die Korrosion von Hochspannungs-Abschaltern im Allgemeinen durch Temperatur und Feuchtigkeit, atmosphärische Schadstoffe und Staub, Material Eigenschaften der Komponenten und Herstellungsprozesse beeinflusst. Metalle reagieren mit Wasser und Sauerstoff in der Atmosphäre, und hohe Temperaturen oder große tägliche Temperaturschwankungen beschleunigen diese Reaktion. Hohe Feuchtigkeit und Temperatur verschlimmern die Metallkorrosion erheblich, wodurch die Korrosion in solchen Regionen besonders stark ist.

Atmosphärische Schadstoffe enthalten hoch korrodierende Substanzen, die sich mit Feuchtigkeit auf Metalloberflächen verbinden, um saure Elektrolyte zu bilden, was die elektrochemische Korrosion beschleunigt. Mit der raschen Entwicklung energieintensiver Industrien in China hat sich die Luftverschmutzung verschlimmert, Säureregen wurde stärker, und die Schadstoffkonzentrationen sind gestiegen, was einen Teufelskreis schafft, der die Korrosion metallischer Bauteile verstärkt.

Das Material selbst ist ein weiterer wichtiger Faktor, der die Korrosion beeinflusst. Manche Metalle sind korrosionsbeständig, während andere anfällig für feuchtigkeitsbedingte Korrosion sind; daher bestimmt die Materialauswahl direkt die Anfälligkeit für Korrosion. Während der Herstellung können ungleichmäßige Druck- oder Wärmeverhältnisse zu nicht-uniformen Elektrodenpotentialen führen, was die Korrosion weiter beschleunigt. Zum Beispiel werden die Basisstreben von Abschaltern oft mit heißer Zinkabscheidung hergestellt, doch ist das Rosten dieser Streben häufig – sowohl aufgrund der Betriebsumgebungsbedingungen als auch der Fabrikqualität.

Komponenten minderer Qualität können während des Betriebs, wenn sie Säureregen oder Salznebel ausgesetzt sind, elektrochemische Reaktionen erfahren, spröde werden und unter externem Druck brechen, was potenziell zu vollständigen Brüchen führen kann.

1.3 Fehler, die durch die Korrosion von Abschalterkomponenten verursacht werden
Von einer geringfügigen Perspektive aus betrachtet, beeinflusst Korrosion zunächst das Aussehen des Produkts. Schwere Rostbildung ist das am häufigsten gemeldete Problem von Benutzern, da ein rostbeflecktes Äußeres ein psychologisches Gefühl der Unsicherheit erzeugt. Darüber hinaus kann Korrosion zu Formänderungen oder Volumenreduktionen metallischer Komponenten führen, was zu Schäden oder Brüchen führt.

Drehende Teile und Übertragungsketten können blockiert werden; jede Blockierung im Mechanismus kann das gesamte Gerät blockieren, was im Extremfall sogar zu Brüchen in der Verkoppelung führen kann.

Korrosion erhöht auch den Kontaktwiderstand bis zu einem gewissen Grad. Höhere Kontaktwiderstände führen zu Erwärmung an den Kontaktpunkten, was die Metalloxidation weiter beschleunigt und das Risiko eines Versagens der elektrischen Leitung erhöht. Eine lange Energispeicherung unter diesen Bedingungen kann zu schweren Verbrennungen im Schaltkreis des Hochspannungs-Abschalters führen, was potenziell zu elektrischen Sicherheitsunfällen mit irreversiblen Folgen führen kann.

2.Theoretische und praktische Analyse von Hochspannungs-Abschaltern
2.1 Analyse der Komponentenkorrosion
Da die Hauptkomponenten von Abschaltern metallisch sind, können die Ursachen für die Korrosion von Abschaltern weitgehend als Ursachen für die Metallkorrosion verstanden werden. Die Metallkorrosion wird sowohl von internen als auch von externen Faktoren beeinflusst.

Theoretisch beeinflussen Umgebungstemperatur und -feuchtigkeit die Geschwindigkeit der chemischen Korrosion von Metallen. Darüber hinaus spielen die Zusammensetzung der Lösungen, die die Metalloberfläche berühren, und der pH-Wert dieser Lösungen entscheidende Rollen. Diese Faktoren hängen hauptsächlich von Schadstoffen und PM2.5-Partikeln ab, die von der Atmosphäre an die Metalloberfläche haften.

Interne Faktoren umfassen die physikalisch-chemischen Eigenschaften und die Mikrostruktur des Metallmaterials selbst. Wenn ein Bauteil aus einem korrosionsanfälligen Material hergestellt wird, muss bei der Installation und Platzierung des Abzweigschalters besondere Sorgfalt walten, einschließlich einer sorgfältigen Auswahl seines Installationsortes. Reaktive Metalle verlieren Elektronen leicht, was zu Materialverlust oder galvanischer Korrosion führt. Somit ist die Korrosion von Hochspannungsabzweigschaltern unvermeidlich – sie kann nur durch maximale Schutzmaßnahmen gemildert werden.

Beispielsweise müssen die Verbindungen auf beiden Seiten des Hochspannungsabzweigschalters sicher und zuverlässig sein, um die Korrosion des Bauteils zu verhindern. Die Verbindungen zwischen den Metallteilen sind grundlegend und entscheidend und erfordern besondere Aufmerksamkeit.

2.2 Theoretische Schutzansätze
Von internen Perspektiven aus bietet die Auswahl von Materialien mit hoher Korrosionsbeständigkeit für Metallkomponenten – während gleichzeitig andere Leistungsanforderungen erfüllt werden – grundlegende Schutzmaßnahmen gegen Korrosion.

Von externer Perspektive aus sollten wasserdichte und expositionsreduzierende Designs implementiert werden, um den Kontakt zwischen Metallteilen und feuchter Luft oder anderen ungünstigen Faktoren zu minimieren und Probleme wie Wassersammelstellen und übermäßige atmosphärische Exposition zu vermeiden.

Für den gesamten Abzweigschalter sollten Abdichtungs- und Schutzmaßnahmen an Dreh- und Wälzlagerungen angewendet werden, um Störungen durch Wetterbedingungen oder Wasserintrusion zu vermeiden. Zuverlässige Schutzschichten sollten auf Oberflächen aufgetragen werden; unterschiedliche Beschichtungen sollten basierend auf Metalltyp, Komponentenfunktion und Anwendungsumgebung ausgewählt werden, wobei immer Sicherheit, Betriebswirtschaftlichkeit und Wirtschaftlichkeit priorisiert werden.

Leitfähige Substanzen, die extern auf Abzweigschalter aufgetragen werden, müssen den Komponentenspezifikationen entsprechen, um einen Widerstandsanstieg zu vermeiden. Bei schwerer Korrosion sollte die Einheit zur Wartung demontiert werden: Kontaktoberflächen gereinigt, Bolzen justiert und beschädigte Teile repariert oder ersetzt.

Theoretische Schutzstrategien bieten eine solide Grundlage für die praktische Korrosionsschutzpraxis, wobei Theorie und Praxis eng miteinander verbunden und sich gegenseitig ständig verstärken.

2.3 Praktische Korrosionsschutztechniken
Normalerweise ist der stationäre Kontakt mit der Energiequelle verbunden, und der bewegliche Kontakt mit der Last. Für in Empfangskästen mit Kabelspeisung installierte Abzweigschalter ist jedoch die Energiequelle an der Seite des beweglichen Kontakts angeschlossen – eine Konfiguration, die als „Rückwärtsversorgung“ bekannt ist.

Während der Routinewartung sollten regelmäßig allgemeine Inspektionen durchgeführt werden. Dies umfasst kleinere oder ad-hoc-Reparaturen, die in der Regel durch dynamisches Management und Routinewartungsprinzipien implementiert werden, wobei gezielte Reparaturen für identifizierte Mängel oder Störungen geplant werden.

Während der Hauptüberholungen wird eine demontagebasierte Wartung durchgeführt, bei der eine umfassende Inspektion der Ausrüstung, insbesondere auf korrosionsanfällige Metallteile, erfolgt. Defekte Komponenten werden entweder ersetzt oder unter Verwendung geeigneter Techniken repariert.

Interne Mechanismen sollten regelmäßig überprüft und gereinigt werden. Hebel und andere Übertragungsglieder sollten gereinigt, poliert und geschmiert werden. Beschichtungen sollten auf korrodierten äußeren Oberflächen erneut aufgetragen, und zusätzliche Schmierung und Schutzvorrichtungen sollten an Lagerungen installiert werden.

Diese wichtigen Wartungsverfahren müssen den technischen Spezifikationen und den Herstellerrichtlinien strikt folgen, um sicherzustellen, dass die Ausrüstung nach der Wartung ihre ursprüngliche technische Leistung wiederherstellt. Basierend auf den in diesem Artikel diskutierten Korrosionsursachen sollten regelmäßige Inspektionen an anfälligen Bereichen durchgeführt und Hauptüberholungen in festgelegten Intervallen vorgenommen werden.

3. Schlussfolgerung
Hochspannungsabzweigschalter spielen in unserem täglichen Leben eine bedeutende Rolle, indem sie das Umschalten von Schaltkreisen lösen. Allerdings kann die Korrosion dieser Abzweigschalter zu ernsten Folgen führen. Daher müssen Schutzmaßnahmen sowohl durch theoretische Forschung als auch durch praktische Umsetzung entwickelt werden, um die sichere und zuverlässige Anwendung von Hochspannungsabzweigschaltern zu fördern.