Analiza tehnologije zaštite od koroze u visokonaponskim prekidačima

Visokonaponski prekidači su ključni zaštitni uređaji u industrijskim električnim sistemima. Obično se instaliraju i unutrašnje i spoljašnje na radnim mestima, te tokom dugotrajne eksploatacije ovi prekidači mogu biti podložni koroziiji zbog različitih faktora. Ovaj rad analizira tehnologije zaštite od korozije visokonaponskih prekidača bazirane na prirodnim uslovima okruženja, unutrašnjem strukturnom dizajnu i strategijama zaštita pokrivača, sa ciljem da podrže stabilnu i pouzdanu operaciju relevantnih preduzeća.

1. Pozadina istraživanja

Visokonaponski prekidači služe kao ključni zaštitni komponenti u električnim sistemima preduzeća. Zbog njihove tipične implementacije kako unutrašnje tako i spoljašnje, kontinuirano su izloženi različitim korozijskim agentima tokom vremena. Ovaj rad proučava tehnike zaštite od korozije ispitivanjem tri ključna aspekta: prirodnog okruženja, unutrašnje konstrukcije i zaštitnih pokrivača - pružajući praktičnu uputstva za poboljšanje pouzdanosti opreme i podršku održivim industrijskim operacijama.

Faktori korozije koji utiču na visokonaponske prekidače

(1) Faktori prirodnog okruženja
Zbog njihove ključne uloge u osiguranju stabilne operacije sistema snabdevanja strujom, visokonaponski prekidači imaju stroge zahteve za okruženjem. Obično se instaliraju na lokacijama sa:

• Nadmorska visina ≤ 1,000 m

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

• Dnevna prosečna relativna vlaga ≤ 95% RH

U mnogim industrijskim postrojenjima sa visokim ambientnim temperaturama, prekidači se često smeštaju napolju. Budući da su većina komponenti prekidača metalički, dugotrajan izlaganju visokoj vlažnosti i temperaturi ubrzava oksidacione reakcije između metalnih površina i atmosferske vlagi. To dovodi do smanjenja performansi tokom vremena. U regionima sa velikim dnevnim promenama temperature, kondenzacija na metalnim površinama značajno ubrzava koroziju.

Osim toga, u industrijskim područjima gde se emituju zagađivači (npr. SO₂, NOₓ, hloridi) iz sagorevanja ugljena ili hemijskih procesa, atmosfersko zagađenje intenzivira koroziju metalnih struktura. Preduzeća bi trebalo da biraju odgovarajuće anti-korozijske pokrivače ili planiraju pravovremenu zamenu komponenti u skladu sa lokalnim uslovima okruženja.

(2) Faktori strukture komponenti
Visokonaponski prekidač obično se sastoji od baze, provodnih delova, dielektričnih komponenti i mehanizama za rad i prenos. Loš strukturni dizajn ili nepravilna instalacija mogu stvoriti praznine ili zone smrtnog ugla gde se akumuliraju prašina, vlaga i korozijski čestice - što eventualno dovodi do ržave u ključnim zonama.

Tokom operacije, kontaktne ploče - ključni interfejsi koji spajaju različite provodne elemente - posebno su ranjive. Kada se različiti metali poput bakra, aluminija i čelika dodirnu pod opterećenjem, javlja se galvanska (elektrokemijska) korozija. To povećava otpornost kontakta, generiše lokalno zagrevanje i ubrzava deteroriranje mehanizama za prenos i rad.

Stoga, tokom nabavke i održavanja, osoblje mora tačno proveriti dimenzionalne i električne parametre, izvršiti probne radove da proceni integritet strukture i dati prioritet prekidačima sa čvrstim, otpornim na koroziju dizajnom.

2. Strategije zaštite od korozije visokonaponskih prekidača

2.1 Detekcija pucnji izolatora

Pucnja izolatora predstavlja ozbiljan rizik za električne sisteme. Porcelanski izolatori, koji su izloženi dugotrajnom stresu okruženja, mogu patiti od korozije i starjenja. Budući da pružaju ključnu mehaničku podršku i električnu izolaciju između provodnih i prenosnih delova, bilo koja pucnja može dovesti do kraćenja, prekida struje ili čak bezbednosnih rizika.

Ultrasunski testovi su široko prihvaćeni metod za detekciju defekata izolatora. Na primer, u stubastim porcelanskim izolatorima, pucnje se često javljaju 10–20 mm ispod litinih flanža. Inspektori bi trebalo da koriste ultrasunsko sonde (≤5 mm prečnika) na flanžama i susednim cilindričnim površinama, podešavajući zakrivljenost probe na profil izolatora. Kombinovanjem K-vrednosti nagibanih sonda sa merenjima razmaka između flanže i cilindra i analizom podataka o širenju talasa klepanja, mikropucnje se mogu precizno identifikovati. Rana detekcija omogućava pravovremenu zamenu putem platformi za visinske radove, obezbeđujući neprekidnu operaciju prekidača.

2.2 Zamena glavnih komponenti baziranih na aluminiju

Zajednički materijali za tela prekidača uključuju aluminij, čelik i bakar, svaki sa specifičnim osobinama otpornosti na koroziju (videti Tabelu 1). Aluminij ima superiornu otpornost na oksidaciju i termalnu stabilnost. Pri ambientnim temperaturama, formira gustu, samopasivnu oksidnu sloj preko reakcije:

4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃

Ovaj Al₂O₃ sloj (obično 0.010–0.015 μm deblji) efektivno štiti podležeci metal od atmosferske i termalne korozije. Bilo kakva ostatak osetljivost na vlagu može se smanjiti hidrofobnim površinskim pokrivačima.

Gdje je to moguće po električnim performansama, glavne strukturne komponente bi trebalo zameniti u ranim znakovima rže. U okruženjima sa visokim emisijama sirovodika/hlorida (npr. elektrane), višefaktorska korozija od vlage i dimnih gasova zahteva korišćenje naprednih legura - kao što su aluminij-bakar ili aluminij-cink - kao optimalne materijale za ključne delove.

2.3 Galvanizacija čeličnih komponenti

Konvencionalni bojni pokrivači nude nedovoljnu zaštitu od agresivnih industrijskih zagađivača poput SO₂ i hlora. Toplotna ili elektrogalvanizacija su stoga primarni tehniki mitigacije korozije za čelične delove u prekidačima.

Cink je ekonomičan, pruža odličnu katodičku (žrtvnu) zaštitu i formira trajni sloj otporan na koroziiju. Proces galvanizacije uključuje:

• Pripremu površine: Šlifovanje ili poliranje radi uklanjanja ostrikavosti i ržave.

• Degreasan: Alkalinsko čišćenje koristeći NaOH i Na₂CO₃, zatim temeljito ispiranje vrelom vodom.

• Piklovanje: Merdivanje u kiselinskom rešenju za snažno etiranjivanje, zatim ispiranje vodom i sušenje.

• Elektroplakiranje: Korišćenje neutralne cinkove kade na bazi kalijevog hlorida (sa osvetlivačima i mekanilima) pri 25–35 °C, pomoću agitacije kompresovanim zrakom; trajanje plakiranja ≤ 30 minuta.

• Pasivacija: Merdivanje plakiranog dela u sobne temperature rešenje od oko 8–10 g/L sirotne kiseline i 200 g/L dipotasičnog bikromata da bi se formirao gusti konvertorski kromatni sloj.

• Završno čišćenje i sušenje: Ispravljanje sa ultrazvučnom pomoću zatim sušenje toplim zrakom.

Za održavanje, tehničari treba da koriste predizrađene rezervne pakete, nanose maziva na bazi disulfida molibdena (MoS₂) na prenosne i radne mehanizme, mazaju podstavne ležaje i zatvaraju kontaktne praznine u provodljivim sklopovima—tim se unapređuje opština otpornost na koroziju kroz redovne provere i brigu.

3. Zaključak

Visokonaponski prekidači su neophodni u električnim sistemima preduzeća, obezbeđujući pouzdan rad izolatora i drugih ključnih komponenti. Međutim, dugotrajno izlaganje teškim prirodnim uslovima i suboptimalnim strukturnim dizajnovima čini ih osjetljivima na koroziju. Da bi se to prevazišlo, ovaj rad predstavlja kompleksnu analizu mera za zaštitu od korozije—uključujući detekciju loma izolatora, strategijsku zamenu materijala (npr. legure aluminija) i napredne metode zaštite metala kao što je galvanizacija. Ove strategije zajedno unapređuju trajnost, sigurnost i operativni životni vijek visokonaponskih prekidača u zahtjevnim industrijskim primjenama.