고압 분리기의 부식 보호 기술 분석

고압 차단기는 산업 전기 시스템에서 중요한 보호 장치입니다. 일반적으로 작업 현장의 실내외에 설치되며, 장기간 작동 중 다양한 요인으로 인해 부식되기 쉽습니다. 이 논문은 고압 차단기의 부식 방지 기술을 자연 환경 조건, 내부 구조 설계, 그리고 보호 코팅 전략을 기반으로 분석하여 관련 기업의 안정적이고 신뢰성 있는 운영을 지원하는 것을 목표로 합니다.

1. 연구 배경

고압 차단기는 기업 전기 시스템에서 필수적인 보호 구성 요소입니다. 실내외 환경에 일반적으로 배치되어 시간이 지남에 따라 다양한 부식 원인물질에 노출됩니다. 이 논문은 자연 환경, 내부 구조, 보호 코팅 등 세 가지 주요 측면을 통해 부식 방지 기법을 조사함으로써 장비의 신뢰성을 향상시키고 지속 가능한 산업 운영을 지원하는 실용적인 가이드를 제공합니다.

고압 차단기에 영향을 미치는 부식 요인

(1) 자연 환경 요인
고압 차단기는 안정적인 전력 시스템 운영을 보장하는 데 있어 중요한 역할을 하므로 엄격한 환경 요구 사항을 가지고 있습니다. 일반적으로 다음과 같은 위치에 설치됩니다:

• 고도 ≤ 1,000m

• 주변 온도 -30°C ~ +40°C 범위

• 일 평균 상대 습도 ≤ 95% RH

많은 산업 환경에서 고온 상태에서 고압 차단기는 종종 실외에 설치됩니다. 대부분의 차단기 구성 요소가 금속 재료로 만들어져 있기 때문에, 고습도와 고온 상태에서 금속 표면과 대기 중 수분 간의 산화 반응이 가속화되어 시간이 지남에 따라 성능이 저하됩니다. 일교차가 큰 지역에서는 금속 표면에 발생하는 응결이 부식을 크게 악화시킵니다.

또한, 석탄 연소나 화학 처리 과정에서 오염물질 (예: SO₂, NOₓ, 염화물)이 배출되는 산업 지역에서는 대기 오염이 금속 구조물의 부식을 강화합니다. 기업은 지역 환경 조건에 따라 적절한 방부 코팅을 선택하거나 구성 요소의 교체를 적시에 계획해야 합니다.

(2) 구성 요소 구조 요인
고압 차단기는 기본 조립체, 도전 부분, 절연 구성 요소, 그리고 작동/전송 메커니즘으로 구성됩니다. 불량한 구조 설계 또는 잘못된 설치는 먼지, 습기, 부식 입자가 축적되는 공간이나 사각 지대를 만들 수 있으며, 결국 중요한 부분에서 녹이 생깁니다.

작동 중에는 다른 도전 요소를 연결하는 주요 인터페이스인 접촉 플레이트가 특히 취약합니다. 동, 알루미늄, 강철과 같은 다른 금속이 부하 하에 접촉하면 전기화학 부식이 발생합니다. 이는 접촉 저항을 증가시키고 국소 발열을 유발하며, 전송 및 작동 메커니즘의 손상을 가속화합니다.

따라서 구매 및 유지보수 중에는 담당자가 치수 및 전기 매개변수를 정확히 검증하고, 구조적 무결성을 평가하기 위해 시험 운전을 수행하며, 견고하고 부식에 강한 설계의 차단기를 우선적으로 선택해야 합니다.

2. 고압 차단기의 부식 방지 전략

2.1 절연체 파손 감지

절연체의 실패는 전기 시스템에 심각한 위험을 초래합니다. 장기간 환경 스트레스에 노출된 도자기 절연체는 부식과 노화를 겪을 수 있습니다. 절연체는 도전 부분과 전송 부분 사이에 중요한 기계적 지지와 전기적 절연을 제공하므로, 어떤 파손이라도 단락, 정전, 심지어 안전 문제를 초래할 수 있습니다.

초음파 검사는 절연체 결함을 감지하는 널리 채택된 방법입니다. 예를 들어, 기둥형 도자기 절연체의 경우 주조 철 플랜지 아래 10~20mm에서 주로 파손이 발생합니다. 검사자는 플랜지와 인접한 원통형 표면에 초음파 프로브 (직경 ≤5mm)를 사용하고, 프로브의 곡률을 절연체의 형상에 맞춥니다. 각도 프로브의 K값과 플랜지-원통 간격 측정, 그리고 크립파파 전파 데이터 분석을 결합하여 미세 균열을 정확히 식별할 수 있습니다. 조기에 발견하면 공중 작업 플랫폼을 통해 적시에 교체하여 차단기의 중단 없는 작동을 보장할 수 있습니다.

2.2 알루미늄 기반 주요 구성 요소 교체

차단기 본체에 일반적으로 사용되는 재료는 알루미늄, 강철, 구리이며, 각각 독특한 부식 저항 특성을 가지고 있습니다 (표 1 참조). 알루미늄은 우수한 산화 저항과 열 안정성을 나타냅니다. 상온에서 다음과 같은 반응을 통해 밀도가 높고 자가 패시베이팅 산화 피막을 형성합니다:

4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃

이 Al₂O₃ 막 (보통 0.010~0.015 μm 두께)은 대기와 열 부식으로부터 기저 금속을 효과적으로 보호합니다. 잔여 습기 민감성을 줄이기 위해 소수성 표면 코팅을 적용할 수 있습니다.

전기 성능이 허용하는 경우, 부식 초기 징후가 나타나면 주요 구조적 구성 요소를 교체해야 합니다. 고황산/염화물 배출 환경 (예: 발전소)에서는 습기와 배기 가스에 의한 다중 요인 부식을 방지하기 위해 알루미늄-구리 또는 알루미늄-아연과 같은 고급 합금을 중요한 부분에 최적의 재료로 선택해야 합니다.

2.3 강철 구성 요소의 도금

일반 페인트 코팅은 SO₂와 염소와 같은 공격적인 산업 오염 물질로부터 충분한 보호를 제공하지 못합니다. 따라서 차단기의 강철 부품에 대한 주요 부식 완화 기술은 열간 도금 또는 전기 도금입니다.

아연은 비용 효율적이며 훌륭한 음극(희생) 보호를 제공하고 내식성 있는 견고한 층을 형성합니다. 아연 도금 과정은 다음과 같습니다:

• 표면 준비: 날카로운 부분과 녹을 제거하기 위해 연마 또는 갈이.

• 탈지: NaOH와 Na₂CO₃를 사용한 알칼리 청소 후 완전히 뜨거운 물로 세척.

• 산세제: 강력한 부식을 위한 산성 용액에 담근 후 물로 세척하고 건조.

• 전기 도금: 중성 포타슘 클로라이드 기반의 아연 용액 (밝게 만들기 및 부드럽게 만들기 첨가물 포함)에서 25–35°C에서 압축 공기 교반으로 도움을 주어 진행하며 도금 시간은 ≤ 30분.

• 비활성화: 실온에서 약 8–10 g/L의 황산과 200 g/L의 중염화 칼륨 용액에 도금된 부품을 담근 후 밀도가 높은 크롬산 변환 피막을 형성.

• 최종 세척 및 건조: 초음파 지원 세척 후 열풍 건조.

지속적인 유지보수를 위해 기술자는 사전 제작된 스파어 키트를 사용하고 전송 및 작동 메커니즘에 이황화 몰리브데넘(MoS₂) 기반 윤활제를 적용하며 베이스 베어링을 윤활하고 도체 조립체의 접촉 간격을 밀봉하여 정기적인 점검과 관리를 통해 전체적인 부식 저항성을 향상시켜야 합니다.

3. 결론

고압 차단기는 전력 기업 전기 시스템에서 필수적이며, 절연체 및 기타 중요한 구성 요소의 안정적인 작동을 보장합니다. 그러나 혹독한 자연 환경과 부적절한 구조 설계로 인해 부식에 취약합니다. 이를 해결하기 위해 본 논문은 절연체 파손 감지, 전략적 재료 대체(예: 알루미늄 합금), 그리고 아연 도금과 같은 고급 금속 보호 기법을 포함하는 부식 보호 조치에 대한 종합적인 분석을 제시합니다. 이러한 전략은 고압 차단기의 내구성, 안전성, 운영 수명을 산업 응용 분야에서 향상시킵니다.