تحليل تقنية حماية التآكل في الفصلات الكهربائية ذات الجهد العالي

تعتبر الفواصل الكهربائية ذات الجهد العالي أجهزة حماية أساسية في الأنظمة الكهربائية الصناعية. عادةً ما يتم تثبيت هذه الفواصل داخل وخارج المنشآت، وهي معرضة للتآكل بسبب عدة عوامل أثناء التشغيل طويل الأمد. يحلل هذا البحث تقنيات الحماية من التآكل للفواصل الكهربائية ذات الجهد العالي بناءً على الظروف البيئية الطبيعية، والتصميم الداخلي الهيكلي، واستراتيجيات الطلاء الحامية، بهدف دعم التشغيل المستقر والموثوق به للشركات المعنية.

1. خلفية البحث

تعد الفواصل الكهربائية ذات الجهد العالي مكونات حماية أساسية في أنظمة الكهرباء بالشركات. نظرًا لنشرها النموذجي في البيئات الداخلية والخارجية، فهي تتعرض باستمرار لمختلف العوامل التآكلية مع مرور الوقت. يبحث هذا البحث في تقنيات حماية التآكل عن طريق فحص ثلاثة جوانب رئيسية: البيئة الطبيعية، والبناء الداخلي، والطلاء الحامي—تقديم إرشادات عملية لتحسين موثوقية المعدات ودعم العمليات الصناعية المستدامة.

العوامل المؤثرة في تآكل الفواصل الكهربائية ذات الجهد العالي

(1) العوامل البيئية الطبيعية
نظرًا لدورها الأساسي في ضمان تشغيل مستقر لنظام الطاقة، فإن الفواصل الكهربائية ذات الجهد العالي لديها متطلبات بيئية صارمة. عادةً ما يتم تثبيتها في مواقع بها:

• ارتفاع ≤ 1,000 متر

• درجة الحرارة المحيطة تتراوح بين –30 °س إلى +40 °س

• متوسط الرطوبة النسبية اليومي ≤ 95% رطوبة نسبية

في العديد من البيئات الصناعية ذات درجات الحرارة المحيطة المرتفعة، غالبًا ما يتم وضع الفواصل الكهربائية في الخارج. بما أن معظم مكونات الفواصل الكهربائية معدنية، فإن التعرض الطويل للرطوبة العالية والحرارة يسرع ردود الفعل التأكسدية بين سطوح المعادن والرطوبة الجوية. مما يؤدي إلى تدهور الأداء مع مرور الوقت. وفي المناطق ذات الاختلاف الكبير في درجات الحرارة اليومية، فإن التكاثف على سطوح المعادن يزيد بشكل كبير من التآكل.

بالإضافة إلى ذلك، في المناطق الصناعية التي يتم فيها حرق الفحم أو معالجة المواد الكيميائية وتطلق ملوثات (مثل SO₂، NOₓ، الكلوريدات)، فإن التلوث الجوي يزيد من تآكل الهياكل المعدنية. يجب على الشركات اختيار طلاء مضاد للتآكل مناسب أو جدولة استبدال المكونات في الوقت المناسب بناءً على الظروف البيئية المحلية.

(2) عوامل البنية المكونة
تتكون الفاصل الكهربائي ذو الجهد العالي عادةً من مجموعة قاعدة، وأجزاء موصلة، ومكونات عازلة، وآليات التشغيل/النقل. يمكن أن يؤدي التصميم الهيكلي السيء أو التركيب غير الصحيح إلى خلق فجوات أو مناطق ميتة حيث تتجمع الغبار والرطوبة والجسيمات التآكلية—مسببة الصدأ في المناطق الحيوية.

خلال التشغيل، تعتبر ألواح الاتصال—واجهات رئيسية تربط بين العناصر الموصلة المختلفة—خاصةً عرضة للتآكل. عندما تأتي المعادن المختلفة مثل النحاس والألومنيوم والفولاذ في اتصال تحت الحمل، يحدث التآكل الكهروكيميائي. مما يزيد من مقاومة الاتصال، ويولد تسخين محلي، ويتسارع تدهور آليات النقل والتشغيل.

لذلك، أثناء الشراء والصيانة، يجب على الموظفين التحقق بدقة من المعلمات البعدية والكهربائية، وإجراء التجارب لتحديد سلامة الهيكل، وإعطاء الأولوية للفواصل الكهربائية ذات التصميم القوي والمقاومة للتآكل.

2. استراتيجيات حماية التآكل للفواصل الكهربائية ذات الجهد العالي

2.1 كشف كسور العازلات

تشكل فشل العازلات مخاطر شديدة على الأنظمة الكهربائية. قد تعاني العازلات الخزفية من التآكل والتقدم في العمر نتيجة الضغوط البيئية طويلة الأمد. بما أنها توفر الدعم الميكانيكي والعزل الكهربائي بين الأجزاء الموصلة وأجزاء النقل، يمكن أن يتسبب أي كسر في حدوث قصر دائرة، انقطاع التيار الكهربائي، وحتى مخاطر السلامة.

يعتبر الفحص بالموجات فوق الصوتية طريقة شائعة للكشف عن عيوب العازلات. على سبيل المثال، في العازلات الخزفية ذات الشكل العمودي، غالبًا ما تحدث الكسور عند 10–20 ملم تحت الحافة الحديد الزهر. يجب على المفتشين استخدام مسبارات فوق صوتية (≤5 ملم قطر) على الحافة والسطوح الاسطوانية المجاورة، مع تطابق انحناء المسبار مع ملف العازل. من خلال الجمع بين قيم K للمسبارات المائلة وقياس المسافة بين الحافة والسطح الأسطواني وتحليل بيانات انتشار الموجات الزاحفة، يمكن تحديد الشروخ الدقيقة بدقة. يتيح الكشف المبكر الاستبدال في الوقت المناسب عبر منصات العمل الجوية، مما يضمن تشغيل الفاصل الكهربائي دون انقطاع.

2.2 استبدال المكونات الرئيسية القائمة على الألومنيوم

تشمل المواد الشائعة لجسم الفاصل الكهربائي الألومنيوم والفولاذ والنحاس، كل منها يمتلك خصائص مقاومة للتآكل مختلفة (انظر الجدول 1). يظهر الألومنيوم مقاومة عالية للأكسدة والاستقرار الحراري. في درجات الحرارة المحيطة، يشكل طبقة أكسيد كثيفة ذاتية التشكيل من خلال التفاعل:

4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃

هذه الطبقة Al₂O₃ (عادةً بسمك 0.010–0.015 ميكرون) تحمي المعدن الأساسي بشكل فعال من التآكل الجوي والحراري. يمكن تخفيف الحساسية المتبقية للرطوبة باستخدام طلاء سطحي مائي.

في حالة السماح بالأداء الكهربائي، يجب استبدال المكونات الهيكلية الرئيسية عند ظهور أولى علامات الصدأ. في البيئات ذات الانبعاثات العالية من الكبريت/الكلوريدات (مثل محطات الطاقة)، يتطلب التآكل المتعدد العوامل من الرطوبة والغازات المنبعثة استخدام سبائك متقدمة—مثل الألومنيوم-النحاس أو الألومنيوم-الزنك—كخيارات مثلى للمكونات الحيوية.

2.3 تغليف مكونات الفولاذ بالزنك

لا توفر الطلاءات التقليدية الحماية الكافية ضد الملوثات الصناعية العدوانية مثل SO₂ والكلور. لذلك، يعتبر التغليف بالزنك بالغمر الساخن أو الكهربائي تقنية رئيسية لتخفيف التآكل لأجزاء الفولاذ في الفواصل الكهربائية.

الزنك اقتصادي ويوفر حماية كاثودية (تضحيوية) ممتازة ويشكل طبقة مقاومة للتآكل قوية. تتضمن عملية المجلفنة:

• إعداد السطح: الصقل أو التلميع لإزالة الشوائب والصدأ.

• إزالة الدهون: التنظيف القلوي باستخدام NaOH وNa₂CO₃، تليه شطف شامل بالماء الساخن.

• التقطير: الغمر في محلول حمضي لإجراء تآكل قوي، ثم شطف بالماء والتجفيف.

• الترسيب الكهربائي: استخدام حمام من الزنك يعتمد على كلوريد البوتاسيوم المحايد (مع مواد مضيئة ومليّنة) عند درجة حرارة 25-35 درجة مئوية، بمساعدة من هواء مضغوط؛ مدة الترسيب ≤ 30 دقيقة.

• التعقيم: غمر القطعة المطلية في محلول بدرجة حرارة الغرفة يتكون من حوالي 8-10 جرام/لتر حمض كبريتيك و200 جرام/لتر كرومات البوتاسيوم لتشكيل طبقة تحويلية كروماتية كثيفة.

• التنظيف النهائي والتجفيف: الشطف بمساعدة الموجات فوق الصوتية تليه التجفيف بالهواء الساخن.

بالنسبة للصيانة المستمرة، يجب على الفنيين استخدام مجموعات قطع غيار مصنعة مسبقاً، وتطبيق مواد تشحيم مستندة إلى ثنائي أكسيد الموليبدينوم (MoS₂) على آليات النقل والتشغيل، وتشحيم محامل القاعدة، وختم فجوات الاتصال في التجميعات الموصلة—وبذلك تعزيز المقاومة العامة للتآكل من خلال الفحص الروتيني والعناية.

3. الخلاصة

إن الفصلات ذات الجهد العالي لا غنى عنها في أنظمة الطاقة الكهربائية للمؤسسات، مما يضمن التشغيل الموثوق لأجزاء العازلات وغيرها من المكونات الحرجة. ومع ذلك، فإن التعرض طويل الأمد للبيئات الطبيعية القاسية وأنماط التصميم غير المثلى يجعلها عرضة للتآكل. لمعالجة هذا، يقدم هذا البحث تحليل شامل لإجراءات الحماية من التآكل بما في ذلك كشف الكسر في العازلات، واستبدال المواد الاستراتيجي (مثل سبائك الألومنيوم)، وتقنيات حماية المعادن المتقدمة مثل المجلفنة. هذه الاستراتيجيات مجتمعة تعزز صمود وأمان ومدة التشغيل للفصلات ذات الجهد العالي في التطبيقات الصناعية الصعبة.