高電圧分離スイッチにおける腐食保護技術の分析

高電圧遮断器は、産業用電気システムにおける重要な保護装置です。通常、作業現場の室内および屋外に設置され、長期運転中に複数の要因による腐食にさらされます。この論文では、自然環境条件、内部構造設計、保護コーティング戦略に基づいて高電圧遮断器の腐食保護技術を分析し、関連企業の安定かつ信頼性のある運転を支援することを目的としています。

1. 研究背景

高電圧遮断器は、企業の電気システムにおいて重要な保護部品です。室内および屋外の両方で典型的に配置されるため、時間とともに様々な腐食剤に継続的に曝露されます。この論文では、自然環境、内部構造、保護コーティングという3つの主要な側面を調査し、設備の信頼性向上と持続可能な産業運転をサポートするための実践的な指導を提供します。

高電圧遮断器に影響を与える腐食要因

(1) 自然環境要因
安定した電力システム運転を確保するための重要な役割により、高電圧遮断器には厳しい環境要件があります。これらは通常、以下の条件を持つ場所に設置されます：

• 標高 ≤ 1,000 m

• 周囲温度：–30 °C から +40 °C

• 日平均相対湿度 ≤ 95% RH

多くの工業環境では、周囲温度が高い場合、遮断器は通常屋外に設置されます。遮断器の大部分が金属製であるため、高湿度と高温に長時間曝露されると、金属表面と大気中の湿気との間の酸化反応が加速され、時間とともに性能が低下します。昼夜の温度差が大きい地域では、金属表面での凝結が腐食を著しく悪化させます。

さらに、石炭燃焼や化学処理によって汚染物質（例：SO₂、NOₓ、塩化物）が放出される工業地域では、大気汚染が金属構造の腐食を強化します。企業は、地元の環境条件に基づいて適切な防食コーティングを選択するか、定期的な部品交換をスケジュールする必要があります。

(2) 部品構造要因
高電圧遮断器は通常、基台アセンブリ、導電部、絶縁部品、操作/伝送機構で構成されています。不良な構造設計または不適切な設置により、塵、湿気、腐食粒子が蓄積する隙間や死区画が生じ、最終的に重要な部分で錆が発生します。

運転中に、異なる導電要素を接続する重要なインターフェースである接触板は特に脆弱です。銅、アルミニウム、鋼などの異種金属が負荷下で接触すると、ガルバニック（電気化学的）腐食が発生します。これにより接触抵抗が増加し、局所的な熱が発生し、伝送および操作機構の劣化が加速します。

したがって、調達およびメンテナンスの際には、人員は寸法および電気パラメータを正確に確認し、試運転を行い構造の整合性を評価し、堅牢で腐食に強い設計の遮断器を優先する必要があります。

2. 高電圧遮断器の腐食保護戦略

2.1 絶縁体の破損検出

絶縁体の故障は電気システムにとって深刻なリスクをもたらします。長期間の環境ストレスにさらされた磁器絶縁体は、腐食や老化を引き起こす可能性があります。絶縁体は導電部と伝送部の間に重要な機械的支持と電気的絶縁を提供するため、その破損はショートサーキット、停電、さらには安全上の危険を引き起こす可能性があります。

超音波検査は絶縁体の欠陥検出に広く採用されている方法です。例えば、ポスト型磁器絶縁体では、鋳鉄フランジの下方10〜20 mmに一般的に亀裂が発生します。検査員は、フランジと隣接する円筒表面に超音波プローブ（直径≤5 mm）を使用し、プローブの曲率を絶縁体の形状に合わせます。傾斜プローブのK値とフランジから円筒までの距離を測定し、クリープ波の伝播データを分析することで、微細な亀裂を正確に識別できます。早期検出により、空中作業プラットフォームを用いたタイムリーな交換が可能となり、遮断器の運転を中断せずに維持できます。

2.2 アルミニウムベースの主要部品の交換

遮断器本体の一般的な材料にはアルミニウム、鋼、銅があり、それぞれ異なる耐食性を持っています（表1参照）。アルミニウムは優れた酸化防止性と熱安定性を示します。常温では、以下の反応により密な自己保護性の酸化膜を形成します：

4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃

このAl₂O₃膜（通常0.010〜0.015 μm厚）は、基底金属を大気および熱腐食から効果的に保護します。残存する水分感度は、疎水性表面コーティングにより軽減できます。

電気性能が許す限り、主構造部品は初期の錆の兆候が出た時点で交換する必要があります。硫黄/塩化物排出量の高い環境（例：発電所）では、湿気と排ガスによる多因子腐食に対応するために、アルミニウム-銅またはアルミニウム-亜鉛などの高度な合金を重要な部品の最適な材料選択とすることが必要です。

2.3 鋼製部品の亜鉛メッキ

従来の塗装コーティングは、SO₂や塩素などの攻撃的な工業汚染物質に対する保護が不十分です。したがって、遮断器の鋼製部品に対する主な腐食緩和技術は、熱浸亜鉛めっきまたは電解亜鉛めっきです。

亜鉛はコスト効果が高く、優れた陽極（犠牲）保護を提供し、耐食性の高い層を形成します。めっきプロセスには以下の工程が含まれます：

• 表面処理：バリや錆を取り除くための研磨または研磨。

• 脱脂：NaOHとNa₂CO₃を使用したアルカリ洗浄後、熱水で十分に洗浄する。

• ピーリング：強酸性溶液に浸漬して強力なエッチングを行い、その後水洗いと乾燥を行う。

• 電気めっき：中性の塩化カリウムベースの亜鉛浴（光沢剤と軟化剤を含む）を使用し、圧縮空気攪拌により25–35 °Cで行う；めっき時間は30分以下。

• パッシベーション：室温の約8–10 g/Lの硫酸と200 g/Lの重クロム酸カリウム溶液にめっき部品を浸漬し、密なクロメート変換被膜を形成する。

• 最終洗浄および乾燥：超音波補助洗浄後、熱風乾燥を行う。

継続的なメンテナンスでは、技術者は予製部品キットを使用し、伝動機械と操作機構にモリブデンジサルファイド（MoS₂）ベースの潤滑剤を適用し、基底部の軸受を潤滑し、導体アセンブリー内の接触ギャップをシールすることで、定期的な点検とケアを通じて全体的な腐食耐性を向上させるべきである。

3. 結論

高電圧遮断器は電力企業の電気システムにおいて不可欠であり、絶縁体その他の重要なコンポーネントの信頼性のある動作を確保する。しかし、長期間にわたる過酷な自然環境への曝露と不適切な構造設計により、それらは腐食にさらされる可能性がある。これを解決するために、本論文では絶縁体の破損検出、戦略的な材料置換（例えばアルミニウム合金）、ガルバナイズなどの高度な金属保護技術を含む腐食保護措置の包括的な分析を提示する。これらの戦略は、要求の厳しい産業用途における高電圧遮断器の耐久性、安全性、および運用寿命を総合的に向上させる。