Korozja i praktyki ochronne wysokowoltowych rozłączników

Wysokie napięcie odłączacze są niezwykle szeroko stosowane, dlatego ludzie zwracają dużą uwagę na potencjalne problemy, które mogą się z nimi pojawić. Spośród różnych uszkodzeń korozja wysokonapięciowych odłączaczy jest głównym problemem. W świetle tej sytuacji, ten artykuł analizuje skład wysokonapięciowych odłączaczy, rodzaje korozji i uszkodzenia spowodowane korozją. Przedstawia również przyczyny korozji odłączaczy oraz bada teoretyczne podstawy i praktyczne techniki ochrony przed korozją.

1. Odłączacz wysokiego napięcia i analiza korozji
1.1 Strukturalny skład odłączaczy wysokiego napięcia
Odłączacz wysokiego napięcia składa się z pięciu części: podstawy nośnej, części przewodzącej, izolatora, mechanizmu przekazującego i mechanizmu obsługi. Podstawa nośna tworzy strukturalne podłoże odłączacza, wspierając i mocując wszystkie inne komponenty jako jednolitą jednostkę. Część przewodząca zapewnia efektywną przewodność prądu w obwodzie. Izolatory zapewniają elektryczną izolację między czynnymi częściami a częścią ziemną. Mechanizm przekazujący działa przez izolator, przekazując ruch do kontaktów, umożliwiając otwieranie i zamykanie odłączacza.

Aby zapewnić bezpieczeństwo, odłączacze muszą mieć wyraźnie widoczny otwarty rozstęp, a między wszystkimi punktami rozłączenia musi istnieć niezawodna izolacja. Odłączacze zewnętrzne muszą niezawodnie wykonywać operacje otwierania i zamykania w różnych warunkach środowiskowych, takich jak wiatr, deszcz, śnieg, kurz i zanieczyszczenie powietrza. Ponadto, pomiędzy odłączaczem a przełącznikiem ziemnym musi być zainstalowany niezawodny zamek mechaniczny, aby zapewnić, że operatorzy przestrzegają bezpiecznych sekwencji operacyjnych.

Na przykład, odłączacze wysokiego napięcia nie wymagają szybkiego działania podczas otwierania lub zamykania, więc mogą być bezpośrednio napędzane przez silnik. Z drugiej strony, przełączniki (wysokiego lub niskiego napięcia) są zaprojektowane do łączenia lub rozłączania obwodów pod obciążeniem i muszą działać szybko—powolne lub stopniowe otwieranie/zamykanie powodowałoby łukowanie. Dlatego przełączniki używają silników akumulujących energię połączone z sprężynami, aby przechowywać energię kinetyczną, która jest natychmiast uwolniona, gdy jest potrzebna.

1.2 Klasyfikacja korozji odłączaczy
Według raportów, korozja odłączaczy wysokiego napięcia jest ogólnie wpływana przez temperaturę i wilgotność, zanieczyszczenia atmosferyczne i kurz, właściwości materiałowe komponentów oraz procesy produkcyjne. Metale reagują z wodą i tlenem w atmosferze, a wysokie temperatury lub duże wahania temperatury dobowe przyspieszają tę reakcję. Wysoka wilgotność i temperatura znacznie nasilają korozję metali, co sprawia, że korozja jest szczególnie dotkliwa w takich regionach.

Zanieczyszczenia atmosferyczne zawierają highly corrosive substances, które łączą się z wilgocią na powierzchni metalowej, tworząc kwasowe elektrolity, co przyspiesza korozję elektrochemiczną. Wraz z szybkim rozwojem energetycznie intensywnych przemysłów w Chinach, zanieczyszczenie atmosferyczne się pogorszyło, kwaśne deszcze stały się bardziej dotkliwe, a poziom zanieczyszczeń wzrósł, tworząc vicious cycle, który nasila korozję komponentów metalowych.

Materiał sam w sobie to kolejny główny czynnik wpływający na korozję. Niektóre metale są odpornie na korozję, podczas gdy inne są podatne na korozję spowodowaną wilgocią; zatem wybór materiału bezpośrednio określa podatność na korozję. W trakcie produkcji nierównomierny ciśnienie lub ciepło może powodować nierównomierne potencjały elektrodowe, co dalej przyspiesza korozję. Na przykład, belki bazowe odłączaczy są często wytwarzane przy użyciu galwanizacji gorącą wanną, jednak rdzenie tych belek są powszechne—związane zarówno z warunkami eksploatacyjnymi, jak i jakością produkcji w fabryce.

Komponenty niskiej jakości mogą podlegać reakcjom elektrochemicznym, gdy są narażone na kwaśne deszcze lub osad solny podczas eksploatacji, stając się kruche i pękające pod wpływem zewnętrznego napięcia, co może prowadzić do całkowitego złamania.

1.3 Usterki spowodowane korozją komponentów odłączacza
Z mniejszej perspektywy, korozja wpływa najpierw na wygląd produktu. Poważne rdzenie są najczęściej zgłaszane przez użytkowników, ponieważ rdzawe zewnętrzne tworzą wrażenie braku bezpieczeństwa. Ponadto, korozja może powodować deformację wymiarową lub zmniejszenie komponentów metalowych, prowadząc do ich uszkodzenia lub złamania.

Części obracające się i łańcuchy przekazujące mogą doświadczyć blokady; każda blokada w mechanizmie może spowodować zakleszczenie całego urządzenia, co w skrajnych przypadkach może prowadzić do niezdolności do działania lub nawet do złamań sprzężeń.

Korozja również zwiększa opór kontaktowy w pewnym stopniu. Wyższy opór kontaktowy prowadzi do nagrzewania się punktów kontaktowych, co dalej przyspiesza utlenianie metali i zwiększa ryzyko awarii przewodzenia elektrycznego. Długotrwałe podłączenie do sieci w takich warunkach może prowadzić do poważnego wypalenia obwodu odłączacza wysokiego napięcia, co potencjalnie może wywołać wypadki bezpieczeństwa elektrycznego z nieodwracalnymi konsekwencjami.

2. Teoretyczna i praktyczna analiza odłączaczy wysokiego napięcia
2.1 Analiza korozji komponentów
Ponieważ główne komponenty odłączaczy są metalowe, przyczyny korozji odłączaczy mogą być w dużej mierze zrozumiane jako przyczyny korozji metali. Korozja metali jest wpływana zarówno przez czynniki wewnętrzne, jak i zewnętrzne.

Teoretycznie, temperatura i wilgotność środowiska wpływają na tempo korozji chemicznej metali. Ponadto, skład roztworów stykających się z powierzchnią metalową oraz wartość pH tych roztworów odgrywają kluczową rolę. Te czynniki są głównie związane z zanieczyszczeniami i cząsteczkami PM2.5 przyłączającymi się do powierzchni metalowej z atmosfery.

Wewnętrzne czynniki obejmują fizykochemiczne właściwości i mikrostrukturę samego materiału metalicznego. Jeśli komponent jest wykonany z materiału podatnego na korozję, należy zwrócić szczególną uwagę na instalację i rozmieszczenie odłącznika, w tym staranne doboru miejsca instalacji. Reaktywne metale łatwo tracą elektrony, co prowadzi do utraty materiału lub korozji galwanicznej. Zatem korozja wysokonapiowych odłączników jest nieunikniona—może być jedynie zmniejszona dzięki maksymalnym środkom ochronnym.

Na przykład połączenia po obu stronach wysokonapiowego odłącznika muszą być solidne i niezawodne, aby zapobiec korozji komponentów. Połączenia między częściami metalowymi są fundamentalne i kluczowe, wymagają więc szczególnej uwagi.

2.2 Teoretyczne podejścia ochronne
Z wewnętrznej perspektywy, wybór materiałów o lepszej odporności na korozję dla komponentów metalowych—spełniając jednocześnie inne wymagania dotyczące wydajności—zapewnia podstawową ochronę przed korozją.

Z zewnętrznej perspektywy, powinny być wprowadzone konstrukcje wodoszczelne i ograniczające narażenie, aby minimalizować kontakt części metalowych z wilgotnym powietrzem lub innymi szkodliwymi czynnikami, unikając problemów takich jak nagromadzenie wody i nadmierne narażenie na atmosferę.

Dla całego odłącznika powinny być stosowane uszczelnienia i środki ochronne w łożyskach obrotowych i przekładniowych, aby zapobiec zakłóceniom spowodowanym warunkami pogodowymi lub nawodnieniem. Na powierzchniach powinny być stosowane niezawodne pokrycia ochronne; różne pokrycia powinny być wybierane w zależności od rodzaju metalu, funkcji komponentu i środowiska zastosowania, zawsze kładąc nacisk na bezpieczeństwo, efektywność operacyjną i ekonomiczność.

Prowadzące substancje stosowane zewnętrznie na odłącznikach muszą spełniać specyfikacje komponentów, aby zapobiec wzrostowi oporu. Gdy korozja staje się silna, jednostka powinna być rozmontowana w celu konserwacji: powierzchnie stykowe powinny zostać wyczyszczone, śruby dostosowane, a uszkodzone części naprawione lub wymienione.

Teoretyczne strategie ochronne stanowią solidne podstawy dla praktycznej ochrony przed korozją, teoria i praktyka są ze sobą ściśle związane i wzajemnie się wzmacniają.

2.3 Praktyczne techniki ochrony przed korozją
Zazwyczaj kontakt nieruchomy jest podłączony do źródła energii, a kontakt ruchomy do obciążenia. Jednak dla odłączników zamontowanych w szafach odbiorczych z doprowadzeniem kablowym, źródło energii jest podłączone do strony kontaktu ruchomego—konfiguracja ta jest powszechnie znana jako „odwrócone doprowadzenie”.

Podczas rutynowej konserwacji powinny być regularnie przeprowadzane ogólne kontrole. Obejmują one drobne lub ad hoc naprawy, zazwyczaj realizowane poprzez dynamiczne zarządzanie i zasady rutynowej konserwacji, z planowanymi naprawami skierowanymi na zidentyfikowane defekty lub awarie.

Podczas wielkich przeglądów przeprowadza się konserwację polegającą na rozmontowaniu, obejmującą kompleksowe badanie sprzętu, z szczególnym uwzględnieniem części metalowych podatnych na korozję. Uszkodzone komponenty są albo wymieniane, albo naprawiane przy użyciu odpowiednich technik.

Mechanizmy wewnętrzne powinny być regularnie sprawdzane i czyszczone. Dźwignie i inne elementy napędowe powinny być czyszczone, polerowane i smarowane. Na zewnętrzne powierzchnie podległe korozji powinny być ponownie nanoszone pokrycia ochronne, a dodatkowe smary i urządzenia ochronne powinny być montowane w łożyskach.

Te kluczowe procedury konserwacyjne muszą ścisłe przestrzegać specyfikacji technicznych i wytycznych producenta, aby zapewnić, że sprzęt po serwisie odzyska swoją pierwotną wydajność techniczną. Na podstawie omówionych w tym artykule przyczyn korozji, powinny być regularnie przeprowadzane rutynowe kontrole obszarów podatnych, a wielkie przeglądy powinny być wykonane w określonych odstępach czasu.

3. Podsumowanie
Wysokonapiowe odłączniki odgrywają istotną rolę w codziennym życiu, rozwiązując problemy przełączania obwodów. Jednak korozja tych odłączników może prowadzić do poważnych konsekwencji. Dlatego środki ochronne muszą być opracowywane zarówno poprzez badania teoretyczne, jak i praktyczne wdrożenie, aby promować bezpieczne i niezawodne zastosowanie wysokonapiowych odłączników.