Analiza tehnologije zaščite pred korozijo v visokonapetostnih ločilnikih

Visokonapetostni preklopniki so ključni zaščitni napravi v industrijskih električnih sistemih. Običajno nameščeni znotraj in zunaj delovnih mest, ti preklopniki med dolgoročno uporabo postajajo občutljivi na korozijo zaradi več faktorjev. Ta članek analizira tehnologije zaščite pred korozijo visokonapetostnih preklopnikov glede na naravne okoljske pogoje, notranjo strukturno obliko in strategije zaščitnih premazov, s ciljem podpore stabilnemu in zanesljivemu delovanju relevantnih podjetij.

1. Pogosto raziskovalno ozadje

Visokonapetostni preklopniki so bistveni zaščitni komponenti v električnih sistemih podjetij. Zaradi njihove tipične uporabe v znotrajških in zunanjih okoljih so zmeraj izpostavljeni različnim korozijskim dejavnikom. Ta članek raziskuje tehnike zaščite pred korozijo z raziskovanjem treh ključnih vidikov: naravnega okolja, notranje konstrukcije in zaščitnih premazov - zagotavlja praktična usmerila za izboljšanje zanesljivosti opreme in podporo trajnostnemu industrijskemu delovanju.

Korozne dejavnike, ki vplivajo na visokonapetostne preklopnike

(1) Dejavniki naravnega okolja
Kot ključni element za zagotavljanje stabilnega delovanja električnih sistemov imajo visokonapetostni preklopniki stroge okoljske zahteve. Običajno so nameščeni na lokacijah z:

• Višina ≤ 1.000 m

• Okoljska temperatura od –30 °C do +40 °C

• Dnevna povprečna relativna vlažnost ≤ 95% RH

V mnogih industrijskih okoljih z visoko okoljsko temperaturo so preklopniki pogosto nameščeni na prostem. Ker so večina komponent preklopnikov kovinske, dolgotrajna izpostavljenost visoki vlažnosti in temperaturi pospešuje oksidacijske reakcije med površinami kovin in atmosfersko vlago. To vodi do degradacije zmogljivosti čez čas. V regijah z velikimi dnevnimi temperaturnimi spremembami kondenzacija na površinah kovin znatno poslabša korozijo.

Prav tako, v industrijskih območjih, kjer se pri procesu gorjenja premoga ali kemikalij izpuščajo onesnaževalci (npr. SO₂, NOₓ, hlorki), se onesnaževanje zraka poveča, kar pospešuje korozijo kovinskih struktur. Podjetja bi morala glede na lokalne okoljske pogoje izbrati primerna zaščitna premaza ali načrtovati pravočasno zamenjavo komponent.

(2) Strukturni dejavniki komponent
Visokonapetostni preklopnik običajno sestoji iz baze, prevodnih del, izolacijskih komponent in mehanizmov za delovanje in prenos. Slaba strukturna oblika ali napačna namestitev lahko ustvarita vrzle ali mrtva območja, kjer se nabirata prah, vlaga in korozijski delci - kar na koncu povzroči roženje ključnih območij.

Med delovanjem so posebno ranljive stikalo, ključni vmesniki, ki povezujejo različne prevodne elemente. Ko se različne kovine, kot so bakar, aluminij in jeklo, pod obremenitvijo dotikajo, nastane galvanizna (elektrokemijska) korozija. To poveča stikalno upornost, generira lokalno segrevanje in pospeši odpoved mehanizmov za prenos in delovanje.

Zato morajo osebje med nakupom in vzdrževanjem natančno preveriti dimenzionalne in električne parametre, opraviti preskusne delovanje za oceno strukturne celovitosti in upoštevati preklopnike z trdnimi, korozije odpornimi dizajni.

2. Strategije zaščite pred korozijo visokonapetostnih preklopnikov

2.1 Detekcija lomov izolatorjev

Poprsk izolatorja predstavlja resne tveganja za električne sisteme. Porcelanski izolatorji, ki so dolgočasno izpostavljeni okoljskemu stresu, lahko trpijo zaradi korozije in staranja. Ker zagotavljajo ključno mehansko podporo in električno izolacijo med prevodnimi in prenosnimi deli, lahko kakršen koli lom sproži kratkoporo, izpad elektrike ali celo varnostne tveganja.

Ultrasoundska preverjanja je široko sprejeta metoda za ugotavljanje defektov izolatorjev. Na primer, pri porcelanskih stupnih izolatorjih se lomi običajno pojavijo 10–20 mm pod litini flanžo. Preverjalcem bi morali uporabiti ultrasoundske sonde (≤5 mm premer) na flanži in sosednjih valjkastih površinah, da se krivulja sonde prilagodi profilu izolatorja. Z združevanjem K-vrednosti kosih sond z meritvami razmika med flanžo in valjkom ter analizo podatkov o širjenju plazma se lahko natančno identificirajo mikrolomi. Zgodnja detekcija omogoča pravočasno zamenjavo z letalskimi delovnimi platformami, kar zagotavlja neprekinjeno delovanje preklopnika.

2.2 Zamenjava glavnih komponent, ki temeljijo na aluminiju

Običajni materiali za telesa preklopnikov so aluminij, jeklo in bakar, vsak z lastnimi lastnostmi odpornosti na korozijo (glej Tabelo 1). Aluminij kaže boljšo odpornost na oksidacijo in toplotno stabilnost. Pri okoljskih temperaturah tvori gosto, samozaprljivo oksidno plast preko reakcije:

4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃

Ta Al₂O₃ film (običajno 0,010–0,015 μm debel) učinkovito zaščiti podloto kovino pred atmosfersko in termalno korozijo. Ostanek občutljivosti na vlago se lahko zmanjša z hidrofobnimi površinskimi premazi.

Če to dopušča električno zmogljivost, bi morale glavne strukturne komponente biti zamenjane ob prvih znakih roženja. V okoljih z visokimi emisijami sirovin/khlorkov (npr. elektrarne) je multi-faktorska korozija zaradi vlage in dimnih plinov potrebna uporaba naprednih legiranih kovin, kot so aluminij-bakar ali aluminij-cinka, kot optimalni materialni izbiri za ključne dele.

2.3 Cinkiranje jeklenih komponent

Tradicionalni barvni premazi ponujajo nedostatočno zaščito pred agresivnimi industrijskimi onesnaževalci, kot so SO₂ in hlor. Toplo cepilo ali elektrocinkiranje je torej glavna tehnika za zmanjšanje korozije jeklenih delov v preklopnikih.

Cinka uporaba je ekonomična, zagotavlja odlično katodično (žrtvno) zaščito in oblikuje trdn sloj, odporn na korozijo. Postopek galvaniziranja vključuje:

• Priprava površine: šlifovanje ali poliranje za odstranitev ostrik in rjave.

• Odmaznjava: alkalna čiščenja s koriščenjem NaOH in Na₂CO₃, nato temeljito opolnjanje s toplim vodo.

• Kislenje: ponorjenje v kisloto za močno etiranje, nato opolnjanje z vodo in sušenje.

• Elektroplakiranje: uporaba neutralnega cinkovega kupa na bazi kalijevihlorida (z dodatki za sijaj in mehčilne sredstva) pri 25–35 °C, podpirano s spremembo tlaka z zračnim mijevalnikom; trajanje plakiranja ≤ 30 minut.

• Pasivacija: ponorjenje plakiranega dela v rešavo pri sobni temperaturi, sestavljeno iz ~8–10 g/L sirovodika in 200 g/L bikromata kalija za oblikovanje goste pretvorne kromske prepočitnice.

• Končno čiščenje & sušenje: opolnjanje s podporo ultrazvoka, nato sušenje s toplim zrakom.

Za nadaljnjo vzdrževanje bi tehničarji morali uporabiti predizdelane rezervne kompletne, nanesti maziva na osnovi disulfida molibdena (MoS₂) na prenašalske in delovne mehanizme, mazati podstavne ležaje in zapreti stikala v prevodnih sklopkih—tako se z rednimi pregledi in nego poveča celotna odpornost na korozijo.

3. Zaključek

Visokonapetostne ločevalnike so nezamenljivi v električnih sistemih podjetij v energetiki, ki zagotavljajo zanesljivo delovanje izolatorjev in drugih ključnih komponent. Vendar pa jih dolgotrajno izpostavljenost tekmivim naravnim okoliščinam in podcenjene strukturne razčlene čine občutljivimi na korozijo. Za reševanje tega problema ta članek predstavi celosten analizo ukrepov za zaščito pred korozijo, vključno z odkrivanjem razbitin izolatorjev, strategsko zamenjavo materialov (npr. aluminijevih zlitin) in napredne metalne tehnike za zaščito, kot je galvaniziranje. Ti ukrepi skupaj povečujejo trdost, varnost in operativno življenjsko dobo visokonapetostnih ločevalnikov v zahtevnih industrijskih aplikacijah.