تحلیل فناوری محافظت از خوردگی در قطع کننده های ولتاژ بالا

قطعات جدا کننده فشار بالا از دستگاه‌های محافظتی حیاتی در سیستم‌های برق صنعتی هستند. معمولاً این قطعات جدا کننده هم در داخل و هم در خارج از محل‌های کاری نصب می‌شوند و در طول عملکرد بلندمدت آسیب‌پذیر به فرسودگی از عوامل مختلف هستند. این مقاله تکنولوژی‌های محافظت از فرسودگی قطعات جدا کننده فشار بالا را بر اساس شرایط محیطی طبیعی، طراحی ساختاری داخلی و استراتژی‌های پوشش محافظ، با هدف حمایت از عملکرد پایدار و قابل اعتماد شرکت‌های مربوطه، تحلیل می‌کند.

۱. زمینه تحقیق

قطعات جدا کننده فشار بالا به عنوان جزء ضروری محافظ در سیستم‌های برق شرکت‌ها عمل می‌کنند. به دلیل نصب معمول آنها در محیط‌های داخلی و خارجی، آنها به طور مداوم در طول زمان به عوامل مختلف فرسایشی مواجه می‌شوند. این مقاله با بررسی سه جنبه کلیدی: محیط طبیعی، ساختار داخلی و پوشش‌های محافظ، تکنیک‌های محافظت از فرسایش را بررسی می‌کند—ارائه راهنمای عملی برای افزایش قابلیت اطمینان تجهیزات و حمایت از عملیات صنعتی پایدار.

عوامل فرسایشی تأثیرگذار بر قطعات جدا کننده فشار بالا

(۱) عوامل محیطی طبیعی
با توجه به نقش مهم آنها در تضمین عملکرد پایدار سیستم برق، قطعات جدا کننده فشار بالا دارای نیازهای محیطی سختگیرانه هستند. معمولاً آنها در مکان‌هایی با مشخصات زیر نصب می‌شوند:

• ارتفاع ≤ ۱,۰۰۰ متر

• دما محیطی در محدوده –۳۰ درجه سانتیگراد تا +۴۰ درجه سانتیگراد

• رطوبت نسبی متوسط روزانه ≤ ۹۵٪ RH

در بسیاری از محیط‌های صنعتی با دمای محیطی بالا، قطعات جدا کننده معمولاً در خارج نصب می‌شوند. چون بیشتر قطعات جدا کننده از مواد فلزی ساخته شده‌اند، تعرض طولانی مدت به رطوبت و دمای بالا واکنش‌های اکسیداسیون بین سطوح فلزی و رطوبت جوی را تسریع می‌کند. این منجر به کاهش عملکرد در طول زمان می‌شود. در مناطقی با تغییرات دمایی روزانه زیاد، تراکم روی سطوح فلزی فرسایش را به طور قابل توجهی تشدید می‌کند.

علاوه بر این، در مناطق صنعتی که سوختن زغال سنگ یا پردازش شیمیایی آلودگی‌های جوی (مانند SO₂، NOₓ، کلریدها) را آزاد می‌کند، آلودگی جوی فرسایش ساختارهای فلزی را تشدید می‌کند. شرکت‌ها باید بر اساس شرایط محیطی محلی، پوشش‌های ضد فرسایش مناسب را انتخاب کنند یا جایگزینی به موقع قطعات را برنامه‌ریزی کنند.

(۲) عوامل ساختاری قطعات
یک قطعه جدا کننده فشار بالا معمولاً شامل مجموعه پایه، قطعات رسانا، قطعات عایق و مکانیزم‌های عملیاتی/انتقالی است. طراحی ساختاری ضعیف یا نصب نادرست می‌تواند شکاف‌ها یا مناطق مرده‌ای ایجاد کند که در آن غبار، رطوبت و ذرات فرسایشی تجمع می‌یابند—در نهایت منجر به زنگ‌زدن در نقاط حیاتی می‌شود.

در طول عملیات، صفحات تماس—رابط‌های کلیدی که عناصر رسانا را به یکدیگر متصل می‌کنند—به خصوص آسیب‌پذیر هستند. وقتی فلزات متفاوت مانند مس، آلومینیوم و فولاد تحت بار با یکدیگر تماس می‌یابند، فرسایش گالوانیک (الکتروشیمیایی) رخ می‌دهد. این امر مقاومت تماس را افزایش می‌دهد، گرمای محلی ایجاد می‌کند و فرسودگی مکانیزم‌های انتقال و عملیاتی را تسریع می‌کند.

بنابراین، در زمان خرید و نگهداری، کارکنان باید پارامترهای ابعادی و الکتریکی را به طور دقیق تأیید کنند، آزمایش‌های آزمایشی برای ارزیابی تمامیت ساختاری انجام دهند و قطعات جدا کننده با طراحی‌های مقاوم و ضد فرسایش را اولویت بخشند.

۲. استراتژی‌های محافظت از فرسایش قطعات جدا کننده فشار بالا

۲.۱ تشخیص شکست عایق

شکست عایق تهدیدهای جدی برای سیستم‌های برق ایجاد می‌کند. عایقهای سرامیکی، که به تنش محیطی طولانی مدت مواجه می‌شوند، ممکن است فرسایش و پیری داشته باشند. از آنجا که آنها پشتیبانی مکانیکی و عایق الکتریکی بین قطعات رسانا و انتقالی ارائه می‌دهند، هر شکست می‌تواند موجب کوتاه شدن مدار، قطع برق یا حتی خطرات ایمنی شود.

آزمون اولتراسونیک یک روش گسترده برای تشخیص نقص‌های عایق است. به عنوان مثال، در عایقهای سرامیکی ستونی، شکست‌ها معمولاً ۱۰–۲۰ میلی‌متر زیر لبه فولادی رخ می‌دهند. بازرسان باید از سوند‌های اولتراسونیک (≤۵ میلی‌متر قطر) روی لبه و سطوح استوانه‌ای مجاور استفاده کنند و انحنای سوند را با پروفیل عایق تنظیم کنند. با ترکیب K-مقدار سوند‌های زاویه‌دار و اندازه‌گیری فاصله لبه تا استوانه و تجزیه و تحلیل داده‌های انتشار موج خزشی، می‌توان شکست‌های میکروسکوپی را به طور دقیق شناسایی کرد. تشخیص زودهنگام امکان جایگزینی به موقع از طریق پلتفرم‌های هوایی را فراهم می‌کند و عملکرد بدون وقفه قطعه جدا کننده را تضمین می‌کند.

۲.۲ جایگزینی قطعات اصلی بر اساس آلومینیوم

مواد رایج برای بدنه قطعات جدا کننده شامل آلومینیوم، فولاد و مس هستند، هر یک با خواص مقاومت به فرسایش متمایز (جدول ۱). آلومینیوم مقاومت به اکسیداسیون و پایداری حرارتی برجسته‌ای دارد. در دمای محیط، از طریق واکنش زیر یک لایه اکسید چگال و خودپایدار می‌سازد:

۴Al + ۳O₂ → ۲Al₂O₃

این لایه Al₂O₃ (معمولاً ۰.۰۱۰–۰.۰۱۵ میکرون ضخامت) به طور مؤثر سطح فلز زیرین را از فرسایش جوی و حرارتی محافظت می‌کند. حساسیت باقی‌مانده به رطوبت می‌تواند با پوشش‌های سطحی هیدروفوبیک کاهش یابد.

در محیط‌هایی با انتشار بالای سولفور/کلرید (مانند نیروگاه‌ها)، فرسایش چند عاملی از رطوبت و گازهای دودکش نیاز به استفاده از آلیاژهای پیشرفته—مانند آلومینیوم-مس یا آلومینیوم-زنک—به عنوان انتخاب‌های ماده بهینه برای قطعات حیاتی دارد.

۲.۳ گالوانیزه کردن قطعات فولادی

پوشش‌های رنگی معمولی محافظت کافی علیه آلاینده‌های صنعتی عدیمی مانند SO₂ و کلر ندارند. بنابراین گالوانیزه کردن داغ یا الکترونیکی روش اصلی کاهش فرسایش برای قطعات فولادی در قطعات جدا کننده است.

زینک از نظر هزینه‌ای اقتصادی است، محافظت کاتدی (فداکارانه) بسیار خوبی ارائه می‌دهد و لایه‌ای مقاوم در برابر فرسودگی تشکیل می‌دهد. فرآیند روکش دهی زینک شامل موارد زیر است:

• تهیه سطح: پولیش یا جوش برای حذف تیغچه‌ها و زنگ.

• پاکسازی از روغن: تمیز کردن با استفاده از NaOH و Na₂CO₃، به دنبال شستشوی دقیق با آب گرم.

• ترکیب در محلول اسیدی برای اترینگ قوی، سپس شستشوی آب و خشک کردن.

• الکتروپلیتنگ: استفاده از حمام زینک مبتنی بر کلرید پتاسیم (با روشن‌کننده‌ها و نرم‌کننده‌ها) در دمای ۲۵–۳۵ درجه سانتیگراد، با کمک آشفتگی هوای فشرده؛ مدت زمان پلاتینگ ≤ ۳۰ دقیقه.

• بی‌اثر کردن: غوطه‌ور کردن قطعه پلاتینگ شده در محلول دمای اتاق شامل حدود ۸–۱۰ گرم/لیتر اسید سولفوریک و ۲۰۰ گرم/لیتر دی‌کرومات پتاسیم برای تشکیل پوشش تبدیلی کرومی متراکم.

• تمیز کردن نهایی و خشک کردن: شستشوی پس از پلتونیک با کمک امواج فراصوت و سپس خشک کردن با هوا گرم.

برای نگهداری مداوم، فنی‌ان باید از کیت‌های جایگزین پیش‌ساخته استفاده کنند، گریس‌های مبتنی بر دی‌سولفید مولیبدن (MoS₂) را به مکانیزم‌های انتقال و عملیاتی اعمال کنند، محورهای پایه را چرب کنند و شکاف‌های تماس در مجموعه‌های هدایت‌کننده را ببندند—بنابراین مقاومت کلی در برابر فرسودگی را از طریق بازرسی و مراقبت معمولی افزایش می‌دهند.

۳. نتیجه‌گیری

قطعات جداکننده ولتاژ بالا در سیستم‌های الکتریکی شرکت‌های برق ضروری هستند و عملکرد قابل اعتماد عایق‌ها و سایر مؤلفه‌های مهم را تضمین می‌کنند. با این حال، مواجهه طولانی‌مدت با محیط‌های طبیعی سخت و طراحی‌های ساختاری نامناسب آن‌ها را در معرض فرسودگی قرار می‌دهد. برای مقابله با این مشکل، این مقاله تجزیه و تحلیل جامعی از اقدامات محافظت از فرسودگی ارائه می‌دهد—شامل تشخیص شکست عایق‌ها، جایگزینی استراتژیک مواد (مانند آلیاژهای آلومینیوم) و تکنیک‌های پیشرفته محافظت از فلزات مانند روکش دهی زینک. این استراتژی‌ها به طور کلی طول عمر عملیاتی، ایمنی و تحمل قطعات جداکننده ولتاژ بالا را در کاربردهای صنعتی سخت افزایش می‌دهند.