Anàlisi de la tecnologia de protecció contra la corrosió en interruptors d'alta tensió

Els interruptors de alta tensió són dispositius protectors crítics en els sistemes elèctrics industrials. Normalment instal·lats tant a l'interior com a l'exterior dels llocs de treball, aquests interruptors són propensos a la corrosió per diversos factors durant la seva operació a llarg termini. Aquest article analitza les tecnologies de protecció contra la corrosió per a interruptors de alta tensió basades en les condicions ambientals naturals, el disseny estructural intern i les estratègies de revestiment protector, amb l'objectiu de suportar l'operació estable i fiable de les empreses rellevants.

1. Context de la Recerca

Els interruptors de alta tensió serveixen com components de protecció essencials en els sistemes elèctrics empresarials. Degut a la seva implantació típica tant en entorns interiors com exteriors, estan exposats de manera contínua a diversos agents corrosius al llarg del temps. Aquest article investiga les tècniques de protecció contra la corrosió examinant tres aspectes clau: l'entorn natural, la construcció interna i els revestiments protectors—ofereix orientació pràctica per millorar la fiabilitat de l'equipament i suportar les operacions industrials sostenibles.

Factors de Corrosió que Afecten els Interruptors de Alta Tensió

(1) Factors Ambientals Naturals
Degut al seu paper crític en assegurar l'operació estable del sistema elèctric, els interruptors de alta tensió tenen requisits ambientals estrictes. Normalment es instal·len en ubicacions amb:

• Altitud ≤ 1.000 m

• Temperatura ambient entre –30 °C i +40 °C

• Humitat relativa mitjana diària ≤ 95% RH

En molts entorns industrials amb temperatures ambientals altes, els interruptors sovint es col·loquen a l'exterior. Com que la majoria de les parts dels interruptors són metàl·liques, la exposició prolongada a una humitat i temperatura altes accelera les reaccions d'oxidació entre les superfícies metàl·liques i l'humitat atmosfèrica. Això porta a una degradació del rendiment a llarg termini. En regions amb grans oscil·lacions de temperatura diurna, la condensació en les superfícies metàl·liques agrava significativament la corrosió.

Més endavant, en àrees industrials on la combustió de carbó o el processament químic liberen contaminants (p. ex., SO₂, NOₓ, clorurs), la contaminació atmosfèrica intensifica la corrosió de les estructures metàl·liques. Les empreses haurien de seleccionar revestiments anticorrosius adequats o programar substitucions oportunes de les parts basant-se en les condicions ambientals locals.

(2) Factors Estructurals dels Components
Un interruptor de alta tensió normalment consta d'un conjunt de base, parts conductores, components aïllants i mecanismes d'operació/transmissió. Un disseny estructural deficient o una instal·lació inadequada poden crear intervals o zones mortes on es acumulen pols, humitat i partícules corrosives—causant finalment la ferrugem en àrees crítiques.

Durant l'operació, les plaques de contacte—les interfícies clau que connecten diferents elements conductors—són especialment vulnerables. Quan metalls diferents com el cobre, l'alumini i l'acer entren en contacte sota càrrega, es produeix la corrosió galvànica (electroquímica). Això incrementa la resistència de contacte, genera calor localitzada i acelera la deterioració dels mecanismes de transmissió i operació.

Per tant, durant la contractació i manteniment, el personal ha de verificar amb precisió els paràmetres dimensionals i elèctrics, realitzar proves preliminars per avaluar la integritat estructural, i donar prioritat als interruptors amb dissenys robusts i resistent a la corrosió.

2. Estratègies de Protecció contra la Corrosió per a Interruptors de Alta Tensió

2.1 Detecció de Fractures en Aïllants

El fracàs dels aïllants representa riscos greus per als sistemes elèctrics. Els aïllants de porcellana, sotmesos a stress ambiental a llarg termini, poden patir corrosió i envejeciment. Ja que proporcionen suport mecànic crític i aïllament elèctric entre les parts conductores i de transmissió, qualsevol fractura pot desencadenar circuits curts, tallades de corrent o fins i tot perillosos.

La prova ultrasònica és un mètode ampliament adoptat per detectar defectes en aïllants. Per exemple, en aïllants de porcellana de tipus post, les fractures sovint ocorren a 10–20 mm sota la flanja de ferro fundit. Els inspeccionadors haurien d'utilitzar sondes ultrasòniques (≤5 mm de diàmetre) en la flanja i les superfícies cilíndriques adjacents, ajustant la curvatura de la sonda al perfil de l'aïllant. Combinant els valors K de les sondes angulars amb mesures de l'espaiat entre la flanja i el cilindre i analitzant les dades de propagació de ones de creup, es poden identificar amb precisió microfractures. La detecció precoç permet la substitució oportuna mitjançant plataformes de treball aeris, assegurant l'operació ininterrupta dels interruptors.

2.2 Substitució de Components Principals Basats en Alumini

Els materials comuns per als cossos dels interruptors inclouen alumini, acer i cobre, cadascun amb propietats de resistència a la corrosió distinctes (vegeu Taula 1). L'alumini presenta una superior resistència a l'oxidació i estabilitat tèrmica. A temperatures ambientals, forma una capa densa i autopassivadora d'òxid mitjançant la reacció:

4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃

Aquesta pel·lícula d'Al₂O₃ (normalment 0,010–0,015 μm d'espessor) protegeix eficientment el metall subjacent de la corrosió atmosfèrica i tèrmica. Qualsevol sensibilitat residual a l'humitat es pot mitigar amb revestiments superficials hidrofòbics.

Quan el rendiment elèctric ho permet, els components estructurals principals haurien de ser substituïts a la primera senyal de ferrugem. En entorns amb emissions elevades de sòl/clorur (p. ex., centrals elèctriques), la corrosió multifactorial per humitat i gasos de cimenea necessita l'ús d'allotges avançats—com ara alumini-cobre o alumini-zinc—com a opcions de material òptimes per a les parts crítiques.

2.3 Galvanització de Components d'Acer

Els revestiments de pintura convencionals ofereixen una protecció insuficient contra els contaminants industrials agressius com el SO₂ i el clor. Per tant, la galvanització a caldo o electrogalvanització és una tècnica principal de mitigació de la corrosió per a les parts d'acer en els interruptors.

El zinc és econòmic, proporciona una excel·lent protecció catòdica (sacrificial) i forma una capa duradora i resistenta a la corrosió. El procés de galvanització implica:

• Preparació de la superfície: Lixiviat o poliment per eliminar les barbes i la ferralla.

• Desengrasat: Neteja alcalina utilitzant NaOH i Na₂CO₃, seguida d'un enxaguig complet amb aigua calenta.

• Pickle: Immersió en solució àcida per un foradat fort, després enxaguig amb aigua i secatge.

• Electroplacatge: Utilitzant un bany de zinc basat en clorur de potassi neutre (amb brillants i ameixellants) a 25–35 °C, assistit per agitació d'aire comprimit; durada del placatge ≤ 30 minuts.

• Passivació: Immersió de la peça placada en una solució a temperatura ambiente d'uns ~8–10 g/L d'àcid sulfúric i 200 g/L de dicromat de potassi per formar una cobertura densa de cromat de conversió.

• Neteja final i secatge: Enxaguig assistit per ultrasons seguit de secatge amb aire calent.

Per a la manteniment continu, els tècnics haurien d'utilitzar kits de repòs pre-fabricats, aplicar lubrificants basats en disulfur de molibdè (MoS₂) als mecanismes de transmissió i operació, lubrificar els rodaments de base i sellar les fentes de contacte en els conjunts conductors—augmentant així la resistència global a la corrosió a través de l'inspecció i el cuidat rutinari.

3. Conclusió

Els interruptors de gran tensió són indispençables en els sistemes elèctrics de les empreses d'energia, assegurant el funcionament fiable dels aïllants i altres components crítics. No obstant això, la llarga exposició a entorns naturals adversos i dissenys estructurals subòptims els fa susceptibles a la corrosió. Per abordar això, aquest article presenta un anàlisi completa de les mesures de protecció contra la corrosió—inclòs el detecció de fractures en aïllants, la substitució estratègica de materials (p. ex., allaus d'alumini) i tècniques avançades de protecció metàl·lica com la galvanització. Aquestes estratègies augmenten colectivament la durabilitat, la seguretat i la vida útil operativa dels interruptors de gran tensió en aplicacions industrials exigents.