Analyse de la technologie de protection contre la corrosion dans les disjoncteurs haute tension

Les disjoncteurs haute tension sont des dispositifs de protection critiques dans les systèmes électriques industriels. Généralement installés à la fois en intérieur et en extérieur sur les sites de travail, ces disjoncteurs sont sujets à la corrosion par divers facteurs au cours d'une longue période d'exploitation. Cet article analyse les technologies de protection contre la corrosion pour les disjoncteurs haute tension en se basant sur les conditions naturelles, la conception structurelle interne et les stratégies de revêtement protecteur, visant à soutenir le fonctionnement stable et fiable des entreprises concernées.

1. Contexte de la recherche

Les disjoncteurs haute tension jouent un rôle essentiel de protection dans les systèmes électriques des entreprises. En raison de leur déploiement typique dans des environnements intérieurs et extérieurs, ils sont constamment exposés à divers agents corrosifs au fil du temps. Cet article examine les techniques de protection contre la corrosion en examinant trois aspects clés : l'environnement naturel, la construction interne et les revêtements protecteurs — fournissant des conseils pratiques pour améliorer la fiabilité des équipements et soutenir les opérations industrielles durables.

Facteurs de corrosion affectant les disjoncteurs haute tension

(1) Facteurs environnementaux naturels
Étant donné leur rôle crucial pour assurer le fonctionnement stable des systèmes électriques, les disjoncteurs haute tension ont des exigences environnementales strictes. Ils sont généralement installés dans des endroits avec :

• Altitude ≤ 1 000 m

• Température ambiante allant de –30 °C à +40 °C

• Humidité relative moyenne quotidienne ≤ 95% HR

Dans de nombreux environnements industriels à température ambiante élevée, les disjoncteurs sont souvent placés en extérieur. Comme la plupart des composants des disjoncteurs sont métalliques, une exposition prolongée à une forte humidité et à une température élevée accélère les réactions d'oxydation entre les surfaces métalliques et l'humidité atmosphérique. Cela entraîne une dégradation des performances au fil du temps. Dans les régions où les variations de température diurne sont importantes, la condensation sur les surfaces métalliques aggrave considérablement la corrosion.

De plus, dans les zones industrielles où la combustion du charbon ou le traitement chimique libèrent des polluants (par exemple, SO₂, NOₓ, chlorures), la contamination atmosphérique intensifie la corrosion des structures métalliques. Les entreprises devraient choisir des revêtements anticorrosion appropriés ou planifier des remplacements de composants en temps opportun en fonction des conditions environnementales locales.

(2) Facteurs structuraux des composants
Un disjoncteur haute tension est généralement composé d'un ensemble de base, de parties conductrices, de composants isolants et de mécanismes d'opération/transmission. Une conception structurelle inadéquate ou une installation incorrecte peuvent créer des espaces ou des zones mortes où la poussière, l'humidité et les particules corrosives s'accumulent, provoquant finalement la rouille dans les zones critiques.

Lors de l'exploitation, les plaques de contact, qui sont des interfaces clés reliant différents éléments conducteurs, sont particulièrement vulnérables. Lorsque des métaux différents tels que le cuivre, l'aluminium et l'acier entrent en contact sous charge, une corrosion galvanique (électrochimique) se produit. Cela augmente la résistance de contact, génère un chauffage localisé et accélère la détérioration des mécanismes de transmission et d'opération.

Par conséquent, lors de l'achat et de la maintenance, le personnel doit vérifier avec précision les paramètres dimensionnels et électriques, effectuer des essais pour évaluer l'intégrité structurelle et privilégier les disjoncteurs dotés de conceptions robustes et résistantes à la corrosion.

2. Stratégies de protection contre la corrosion pour les disjoncteurs haute tension

2.1 Détection de la fracture des isolateurs

La défaillance des isolateurs pose des risques graves pour les systèmes électriques. Les isolateurs en porcelaine, soumis à un stress environnemental à long terme, peuvent subir la corrosion et le vieillissement. Comme ils fournissent un support mécanique critique et une isolation électrique entre les parties conductrices et de transmission, toute fracture peut déclencher des courts-circuits, des pannes de courant ou même des dangers de sécurité.

Le contrôle ultrasonore est une méthode largement adoptée pour détecter les défauts des isolateurs. Par exemple, dans les isolateurs en porcelaine de type poteau, les fractures se produisent généralement à 10–20 mm sous la bride en fonte. Les inspecteurs devraient utiliser des sondes ultrasonores (≤5 mm de diamètre) sur la bride et les surfaces cylindriques adjacentes, en adaptant la courbure de la sonde au profil de l'isolateur. En combinant les valeurs K des sondes angulaires avec les mesures de l'espacement entre la bride et le cylindre et en analysant les données de propagation des ondes rampantes, les microfissures peuvent être identifiées avec précision. La détection précoce permet un remplacement en temps opportun via des plateformes de travail aériennes, assurant un fonctionnement continu du disjoncteur.

2.2 Remplacement des composants principaux à base d'aluminium

Les matériaux courants pour les corps des disjoncteurs incluent l'aluminium, l'acier et le cuivre, chacun ayant des propriétés de résistance à la corrosion distinctes (voir Tableau 1). L'aluminium présente une résistance supérieure à l'oxydation et une stabilité thermique. À température ambiante, il forme une couche dense d'oxyde auto-passivante via la réaction :

4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃

Cette couche d'Al₂O₃ (généralement de 0,010 à 0,015 μm d'épaisseur) protège efficacement le métal sous-jacent de la corrosion atmosphérique et thermique. Toute sensibilité résiduelle à l'humidité peut être atténuée par des revêtements hydrophobes de surface.

Lorsque les performances électriques le permettent, les composants structurels principaux devraient être remplacés dès les premiers signes de rouille. Dans des environnements à fortes émissions de soufre/chlorure (par exemple, les centrales électriques), la corrosion multifactorielle due à l'humidité et aux gaz de cheminée nécessite l'utilisation d'alliages avancés, tels que l'aluminium-cuivre ou l'aluminium-zinc, comme choix de matériaux optimaux pour les parties critiques.

2.3 Galvanisation des composants en acier

Les revêtements peints conventionnels offrent une protection insuffisante contre les polluants industriels agressifs tels que le SO₂ et le chlore. La galvanisation à chaud ou à froid est donc une technique de lutte contre la corrosion primaire pour les pièces en acier dans les disjoncteurs.

Le zinc est économique, offre une excellente protection cathodique (sacrificielle) et forme une couche durable résistante à la corrosion. Le processus de galvanisation comprend :

• Préparation de la surface : Meulage ou polissage pour éliminer les arêtes vives et la rouille.

• Dégraissage : Nettoyage alcalin utilisant du NaOH et du Na₂CO₃, suivi d'un rinçage à l'eau chaude complet.

• Piqûre : Immersion dans une solution acide pour un décapage intense, puis rinçage à l'eau et séchage.

• Électrolyse : Utilisation d'un bain de zinc neutre à base de chlorure de potassium (avec des brillants et des adoucissants) à 25–35 °C, assisté par agitation à l'air comprimé ; durée de dépôt ≤ 30 minutes.

• Passivation : Immerger la pièce plaquée dans une solution à température ambiante contenant environ 8–10 g/L d'acide sulfurique et 200 g/L de dichromate de potassium pour former un revêtement de conversion chromate dense.

• Nettoyage final & séchage : Rinçage assisté par ultrasons suivi d'un séchage à l'air chaud.

Pour l'entretien continu, les techniciens devraient utiliser des kits de rechange préfabriqués, appliquer des lubrifiants à base de disulfure de molybdène (MoS₂) sur les mécanismes de transmission et d'exploitation, lubrifier les paliers de base et sceller les interstices de contact dans les ensembles conducteurs—ainsi renforçant la résistance globale à la corrosion par des inspections et des soins réguliers.

3. Conclusion

Les disjoncteurs haute tension sont indispensables dans les systèmes électriques des entreprises de l'énergie, assurant le fonctionnement fiable des isolateurs et d'autres composants critiques. Cependant, une exposition à long terme à des conditions naturelles difficiles et des conceptions structurelles sous-optimales les rendent sensibles à la corrosion. Pour y remédier, cet article présente une analyse complète des mesures de protection contre la corrosion—y compris la détection des fractures des isolateurs, le remplacement stratégique des matériaux (par exemple, les alliages d'aluminium) et des techniques avancées de protection des métaux comme la galvanisation. Ces stratégies renforcent collectivement la durabilité, la sécurité et la durée de vie opérationnelle des disjoncteurs haute tension dans des applications industrielles exigeantes.