Analiza technologii ochrony przed korozją w wysokonapiowych wyłącznikach odłączeniowych

Wysokie-napięciowe wyłączniki są kluczowymi urządzeniami ochronnymi w przemysłowych systemach elektrycznych. Zazwyczaj instalowane zarówno wewnątrz pomieszczeń, jak i na zewnątrz miejsc pracy, te wyłączniki podlegają korozji z wielu czynników podczas długotrwałej eksploatacji. Niniejszy artykuł analizuje technologie ochrony przed korozją wysokonapięciowych wyłączników oparte na naturalnych warunkach środowiskowych, wewnętrznym projekcie konstrukcyjnym oraz strategiach pokryć ochronnych, mając na celu wspieranie stabilnej i niezawodnej eksploatacji odpowiednich przedsiębiorstw.

1. Tło badania

Wysokie-napięciowe wyłączniki stanowią niezbędne elementy ochronne w systemach elektrycznych przedsiębiorstw. Ze względu na typową instalację zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz, są one ciągle narażone na różne czynniki korodujące w czasie. Niniejszy artykuł bada techniki ochrony przed korozją, analizując trzy kluczowe aspekty: środowisko naturalne, konstrukcję wewnętrzną i pokrycia ochronne — dostarczając praktycznych wskazówek dla zwiększenia niezawodności sprzętu i wspierania zrównoważonej działalności przemysłowej.

Czynniki korodujące wpływające na wysokie-napięciowe wyłączniki

(1) Czynniki środowiskowe
Ze względu na ich kluczową rolę w zapewnianiu stabilnej pracy systemów energetycznych, wysokie-napięciowe wyłączniki mają surowe wymagania środowiskowe. Zwykle są instalowane w miejscach o:

• Wysokości ≤ 1 000 m

• Temperaturze otoczenia od –30 °C do +40 °C

• Średniej dzienna wilgotności względnej ≤ 95% RH

W wielu przemysłowych środowiskach o wysokich temperaturach otoczenia, wyłączniki są często umieszczane na zewnątrz. Ponieważ większość komponentów wyłącznika jest metaliczna, długotrwałe narażenie na wysoką wilgotność i temperaturę przyspiesza reakcje utlenienia między powierzchniami metalicznymi a wilgocią atmosferyczną. To prowadzi do pogorszenia się wydajności w czasie. W regionach o dużych wahaniach temperatury dobowej, kondensacja na powierzchniach metalowych znacznie nasila procesy korozji.

Ponadto, w obszarach przemysłowych, gdzie spalanie węgla lub procesy chemiczne emitują zanieczyszczenia (np. SO₂, NOₓ, chloridy), zanieczyszczenie atmosfery nasila korozję struktur metalicznych. Przedsiębiorstwa powinny wybierać odpowiednie pokrycia antykorozyjne lub planować terminowe wymiany komponentów, biorąc pod uwagę lokalne warunki środowiskowe.

(2) Czynniki konstrukcyjne komponentów
Typowy wysokie-napięciowy wyłącznik składa się z zespołu podstawowego, części przewodzących, komponentów izolacyjnych i mechanizmów napędowych/przekazujących. Słaba konstrukcja lub niewłaściwa instalacja mogą tworzyć luki lub strefy martwe, gdzie gromadzą się kurz, wilgoć i cząstki korodujące — co ostatecznie prowadzi do rdzy w kluczowych obszarach.

Podczas eksploatacji, płytki kontaktowe — kluczowe interfejsy łączące różne elementy przewodzące — są szczególnie narażone. Gdy różne metale, takie jak miedź, aluminium i stal, stykają się pod obciążeniem, występuje korozja galwaniczna (elektrochemiczna). To zwiększa opór kontaktowy, generuje lokalne nagrzewanie i przyspiesza degradację mechanizmów przekazu i napędowych.

Dlatego podczas zakupu i konserwacji personel musi dokładnie weryfikować parametry wymiarowe i elektryczne, przeprowadzać próbną eksploatację w celu oceny integralności konstrukcyjnej i priorytetowo wybierać wyłączniki o solidnych, odpornych na korozję projektach.

2. Strategie ochrony przed korozją wysokonapięciowych wyłączników

2.1 Wykrywanie pęknięć izolatorów

Awaria izolatora stanowi poważne ryzyko dla systemów elektrycznych. Izolatory porcelanowe, poddawane długotrwałemu naprężeniu środowiskowemu, mogą ulec korozji i starzeniu. Jako że zapewniają kluczowe wsparcie mechaniczne i izolację elektryczną między częściami przewodzącymi i przekazującymi, każde pęknięcie może spowodować zwarcia, awarie zasilania lub nawet zagrożenia bezpieczeństwa.

Test ultradźwiękowy to szeroko stosowana metoda wykrywania defektów izolatorów. Na przykład, w przypadku izolatorów słupkowych, pęknięcia często występują 10–20 mm pod flangą żeliwną. Inspektorzy powinni używać sond ultradźwiękowych (o średnicy ≤5 mm) na flance i przyległych powierzchniach cylindrycznych, dopasowując krzywiznę sonda do profilu izolatora. Poprzez połączenie K-wartości sond kątowych z pomiarami odstępów między flangą a cylinderem i analizę danych propagacji fal pełzających, mikropęknięcia mogą być precyzyjnie identyfikowane. Wczesne wykrycie umożliwia terminową wymianę za pomocą platform roboczych, zapewniając nieprzerwaną pracę wyłącznika.

2.2 Zamiennictwo głównych komponentów opartych na aluminium

Zwykle stosowane materiały do produkcji ciał wyłączników to aluminium, stal i miedź, każdy z nich ma unikalne właściwości odporności na korozję (patrz tabela 1). Aluminium cechuje się lepszą odpornością na utlenienie i termiczne stabilności. W temperaturze otoczenia tworzy gęstą, samoodnowioną warstwę tlenku poprzez reakcję:

4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃

Ta warstwa Al₂O₃ (zwykle o grubości 0,010–0,015 μm) skutecznie chroni podstawowy metal przed atmosferyczną i termiczną korozją. Jakiekolwiek pozostałe wrażliwość na wilgoć można zredukować za pomocą hydrofobowych pokryć powierzchniowych.

Gdzie warunki elektryczne to pozwalają, główne komponenty konstrukcyjne powinny być wymieniane przy pierwszych oznakach rdzy. W środowiskach o wysokich emisjach siarki/chloru (np. elektrownie), wieloczynnikowa korozja spowodowana wilgocią i spalinami wymaga użycia zaawansowanych stopów, takich jak aluminium-miedź lub aluminium-cynk, jako optymalnych materiałów dla kluczowych części.

2.3 Galwanizowanie części stalowych

Konwencjonalne pokrycia farbowe oferują niewystarczającą ochronę przed agresywnymi przemysłowymi zanieczyszczeniami, takimi jak SO₂ i chlor. Galwanizowanie w procesie gorąco-topione lub elektrolityczne jest więc podstawową techniką zmniejszania korozji dla części stalowych w wyłącznikach.

Cynk jest kosztoskuteczny zapewnia doskonałą katodową (poświęcaną) ochronę i tworzy trwałą warstwę odporną na korozję. Proces galwanizacji obejmuje:

• Przygotowanie powierzchni: szlifowanie lub polerowanie w celu usunięcia zgrubień i rdzy.

• Odzyskiwanie: czyszczenie alkaliczne za pomocą NaOH i Na₂CO₃, po którym następuje dokładne spłukiwanie ciepłą wodą.

• Kwaszenie: zanurzenie w roztworze kwasowym dla silnego etczingu, następnie spłukiwanie wodą i suszenie.

• Elektrolityczne pokrywanie: użycie neutralnej kąpielu cynku opartego na chlorku potasu (z dodatkami jaszącymi i miękczącymi) w temperaturze 25–35 °C, wspomagane mieszaniem sprężonym powietrzem; czas pokrywania ≤ 30 minut.

• Pasywacja: zanurzenie pokrytego elementu w roztworze o temperaturze pokojowej zawierającym około 8–10 g/L kwasu siarkowego i 200 g/L dwutlenku chromu(IV), aby utworzyć gęstą warstwę przekształconą chromianów.

• Ostateczne czyszczenie i suszenie: spłukiwanie wspomagane ultradźwiękami, po którym następuje suszenie gorącym powietrzem.

W ramach bieżącej konserwacji technicy powinni używać prefabrykowanych zestawów zamiennych, stosować smary oparte na disulfidzie molibdenu (MoS₂) do mechanizmów przekazujących i działających, smarować podstawowe łożyska oraz zabezpieczać przerwy kontaktowe w zestawach przewodzących — tym samym poprawiając ogólną odporność na korozję poprzez regularne kontrole i pielęgnację.

3. Podsumowanie

Wysokonapiętne rozłączniki są niezbędne w systemach elektrycznych przedsiębiorstw energetycznych, zapewniając niezawodne działanie izolatorów i innych kluczowych komponentów. Jednak długotrwałe narażenie na surowe warunki naturalne i niedostateczne projekty konstrukcyjne sprawia, że są one podatne na korozję. Aby to rozwiązać, ten artykuł przedstawia kompleksową analizę środków ochrony przed korozją — w tym wykrywanie pęknięć izolatorów, strategiczną zamianę materiałów (np. stopów aluminium) oraz zaawansowane techniki ochrony metali, takie jak galwanizacja. Te strategie zbiorczo zwiększają trwałość, bezpieczeństwo i okres użytkowania wysokonapiętnych rozłączników w wymagających aplikacjach przemysłowych.