Analiza tehnologije zaštite od koroze u visokonaponskim prekidačima

Visokonaponski prekidači su ključni zaštitni uređaji u industrijskim električnim sustavima. Obično se instaliraju unutar i vani radnih mjesta, ovi prekidači tijekom dugotrajnog rada podložni su koroziji zbog različitih faktora. Ovaj rad analizira tehnologije zaštite od korozije visokonaponskih prekidača temeljene na prirodnim okolišnim uvjetima, internim strukturnim dizajnom i strategijama zaštitnih prevlaka, s ciljem podrške stabilnom i pouzdanom radu relevantnih poduzeća.

1. Pozadina istraživanja

Visokonaponski prekidači služe kao ključni zaštitni komponenti u električnim sustavima poduzeća. Zbog njihove tipične implementacije u unutarnjim i vanjskim okruženjima, kontinuirano su izloženi različitim korozijskim čimbenicima tokom vremena. Ovaj rad istražuje tehnike zaštite od korozije proučavajući tri ključna aspekta: prirodno okolište, interna konstrukcija i zaštitni prevlaci—pružajući praktične smjernice za poboljšanje pouzdanosti opreme i podršku održivim industrijskim operacijama.

Faktori korozije koji utječu na visokonaponske prekidače

(1) Prirodni okolišni faktori
Zbog svoje ključne uloge u osiguravanju stabilnog rada sustava snabdijevanja strujom, visokonaponski prekidači imaju stroge okolišne zahtjeve. Obično se instaliraju na lokacijama s:

• Nadmorska visina ≤ 1,000 m

• Ambientna temperatura u rasponu od –30 °C do +40 °C

• Dnevna prosječna relativna vlažnost ≤ 95% RH

U mnogim industrijskim postavkama s visokim ambientnim temperaturama, prekidači se često nameštaju vani. Budući da su većina komponenti prekidača metalički, dugotrajan izlaganost visokoj vlažnosti i temperaturi ubrzava oksidacijske reakcije između metalnih površina i atmosferske vlage. To dovodi do degradacije performansi tokom vremena. U regijama s velikim dnevnim oscilacijama temperature, kondenzacija na metalnim površinama značajno pogoršava koroziju.

Dodatno, u industrijskim područjima gdje se radi o spaljivanju ugljena ili kemijskom procesiranju s emitiranjem zagađivača (npr. SO₂, NOₓ, hloridi), atmosfersko zagađenje intenzificira koroziju metalnih struktura. Poduzeća bi trebala odabrati odgovarajuće protukorozijske prevlake ili planirati pravo vrijeme zamjene komponenti temeljeno na lokalnim okolišnim uvjetima.

(2) Faktori strukture komponenti
Visokonaponski prekidač obično se sastoji od bazne sklopne jedinice, provodnih dijelova, izolativnih komponenti i mehanizama upravljanja/pretvaranja. Loš strukturni dizajn ili nepravilan montaż mogu stvoriti praznine ili "mrtve zone" gdje se akumuliraju prašina, vlaga i korozijski čestice—koji na kraju uzrokuju ržavilo u ključnim područjima.

Tijekom rada, kontaktne ploče—ključni sučelja koji spajaju različite provodne elemente—posebno su osjetljivi. Kada se različiti metali poput bakra, aluminija i čelika dodirnu pod opterećenjem, javlja se galvanička (elektrokemijska) korozija. To povećava otpornost kontakta, generira lokalno zagrijavanje i ubrzava deteroraciju mehanizama pretvaranja i upravljanja.

Stoga, tijekom nabave i održavanja, osoblje mora točno provjeriti dimenzionalne i električne parametre, provesti probne pokuse kako bi procijenilo strukturnu integritet i prioriziralo prekidače s čvrstom, otpornom na koroziju dizajnom.

2. Strategije zaštite od korozije visokonaponskih prekidača

2.1 Detekcija loma izolatora

Povreda izolatora predstavlja ozbiljne rizike za električne sustave. Porcelanski izolatori, koji su izloženi dugotrajnom okolišnom stresu, mogu patiti od korozije i starjenja. Budući da pružaju ključnu mehaničku podršku i električnu izolaciju između provodnih i prenosnih dijelova, bilo kakav lom može pokrenuti kratki spojevi, ispad struje ili čak sigurnosne rizike.

Ulazni testiranje je široko prihvaćena metoda za detektiranje defekata izolatora. Na primjer, u stupovitim porcelanskim izolatorima, lomi se često javljaju 10–20 mm ispod litine flange. Inspektor treba koristiti ulazne probe (≤5 mm promjera) na flangu i susjedne valjkaste površine, uskladijavajući zakrivljenost probe s profilom izolatora. Kombinirajući K-vrijednosti kutnih zondi s mjerenjima razmaka između flange i valjka, te analizirajući podatke o širenju valova kripanja, mikro-lomi se mogu precizno identificirati. Rana detekcija omogućuje pravo vrijeme zamjene putem aerodroma za rad, osiguravajući neprekidni rad prekidača.

2.2 Zamjena glavnih komponenti temeljenih na aluminiju

Uobičajeni materijali za tela prekidača uključuju aluminij, čelik i bakar, svaki s određenim osobinama otupanosti na koroziju (vidi Tablicu 1). Aluminij pokazuje superiornu otupanost na oksidaciju i toplinsku stabilnost. Na ambientnim temperaturama, formira gusto, samopasivno oksidno sloje preko reakcije:

4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃

Ovaj Al₂O₃ film (obično 0,010–0,015 μm debel) efektivno štiti podlogni metal od atmosferske i toplinske korozije. Bilo kakvu osetljivost na ostatak vlage može se umanjiti hidrofobnim površinskim prevlacima.

Gdje električne performanse dopuštaju, glavne strukturne komponente trebale bi se zamijeniti pri prvih znakovima ržavila. U okruženjima s visokim emisijama sirovine/hlorida (npr. elektrane), višefaktorska korozija od vlage i dimnih plinova zahtijeva korištenje naprednih legura—poput aluminij-bakar ili aluminij-cink—kao optimalnih materijalnih izbora za ključne dijelove.

2.3 Galvaniziranje čeličnih komponenti

Konvencionalni bojni prevlaci nude nedovoljnu zaštitu od agresivnih industrijskih zagađivača poput SO₂ i hlora. Toplotno taloženje ili elektrogalvaniziranje stoga predstavlja primarnu tehniku mitigacije korozije za čelične dijelove u prekidačima.

Cink je ekonomičan, pruža odličnu katodičku (žrtvansku) zaštitu i stvara otporni sloj protiv korozije. Postupak galvanizacije uključuje:

• Priprema površine: šlifiranje ili poliranje za uklanjanje zubaca i ržave.

• Degrejanje: alkalinsko čišćenje s NaOH i Na₂CO₃, zatim temeljito spuljavanje vrućom vodom.

• Piklanje: potapanje u kiselu otopinu za jaku etčeriju, zatim spuljavanje vodom i sušenje.

• Elektroplakiranje: uporaba neutralne cinka baze na bazama kalijeva soli (s osvetljivačima i mekšivačima) pri 25–35 °C, pomoću miješanja sa stlačenim zrakom; trajanje plakiranja ≤ 30 minuta.

• Pasivacija: potapanje plakiranog dijela u otopinu sobne temperature od ~8–10 g/L sirotne kiseline i 200 g/L bikromata kalijeva kako bi se formirao gusto popločeni pretvorbeni sloj.

• Završno čišćenje & sušenje: spuljavanje pomoću ultrazvučnog asistenta, zatim sušenje toplim zrakom.

Za kontinuirano održavanje, tehničari trebaju koristiti predizrađene rezervne kompletne pakete, primijeniti maziva na bazi disulfida molibdena (MoS₂) na prenosne i operativne mehanizme, maziti podstavke i zatvoriti kontaktne razmake u provodnim sklopovima — time unaprijeđujući opće otpornost na koroziju putem redovitih pregleda i brige.

3. Zaključak

Visokonaponski prekidači su neophodni u električnim sustavima IEE-Business-a, osiguravajući pouzdan rad izolatora i drugih ključnih komponenti. Međutim, dugotrajna izlaganja teškim prirodnim uvjetima i podoptimalni strukturni dizajni čine ih osjetljivima na koroziju. Da bi se to riješilo, ovaj rad nudi kompleksnu analizu mjera za zaštitu od korozije — uključujući otkrivanje loma izolatora, strategijsku zamjenu materijala (npr. legure aluminija) i napredne tehnike zaštite metala poput galvanizacije. Ove strategije zajedno unaprijeđuju otpornost, sigurnost i operativni životni vijek visokonaponskih prekidača u zahtjevnim industrijskim aplikacijama.