Аналіз технології захисту від корозії у високовольтних вимикачах

Високовольтові вимикачі є важливими захисними пристроями в промислових електричних системах. Зазвичай вони встановлюються як усередині, так і поза приміщеннями на робочих місцях, і під час довготривалої роботи вразливі для корозії з-за багатьох факторів. Ця стаття аналізує технології захисту від корозії для високовольтових вимикачів на основі природних умов, внутрішньої конструктивної конструкції та стратегій захисного покриття, метаючи підтримувати стабільну та надійну роботу відповідних підприємств.

1. Дослідницький фон

Високовольтові вимикачі виступають як важливі компоненти безпеки в електричних системах підприємств. Через їх типове розташування як усередині, так і поза приміщеннями, вони постійно викладені до різних корозійних агентів протягом часу. Ця стаття досліджує техніки захисту від корозії, розглядаючи три ключові аспекти: природне середовище, внутрішню конструкцію та захисні покриття — надаючи практичні поради для підвищення надійності обладнання та підтримки сталого промислового функціонування.

Фактори, що впливають на корозію високовольтових вимикачів

(1) Природні фактори середовища
З урахуванням їх критичної ролі в забезпеченні стабільної роботи електроенергетичної системи, високовольтові вимикачі мають жорсткі вимоги до середовища. Вони зазвичай встановлюються в місцях з:

• Висота ≤ 1000 м

• Температура навколишнього середовища від –30 °C до +40 °C

• Середня відносна вологість за добу ≤ 95% RH

У багатьох промислових умовах з високою температурою навколишнього середовища, вимикачі часто розташовуються на вулиці. Оскільки більшість компонентів вимикачів металеві, тривале викладення до високої вологості та температури пришвидшує окисні реакції між поверхнею металу та атмосферною влагою. Це призводить до зниження продуктивності з часом. У регіонах з великими коливаннями температури впродовж доби, конденсація на металевих поверхнях значно погіршує корозію.

Крім того, у промислових районах, де відбувається спалювання вугілля або хімічна переробка, що випускає забруднюючі речовини (наприклад, SO₂, NOₓ, хлориди), атмосферне забруднення посилює корозію металевих конструкцій. Підприємства повинні вибирати відповідні антикорозійні покриття або планувати своєчасну заміну компонентів з урахуванням місцевих умов середовища.

(2) Фактори конструкції компонентів
Високовольтовий вимикач зазвичай складається з базового агрегату, провідних частин, ізоляційних компонентів та механізмів управління/передачі. Погана конструктивна конструкція або неправильна установка можуть створити прогалини або мертві зони, де збираються пил, волога та корозійні частинки — що врешті-решт призводить до заржавіння в критичних зонах.

Під час роботи контактні пластини — ключові інтерфейси, що з'єднують різні провідні елементи, особливо вразливі. Коли різні металами, такі як мідь, алюміній та сталь, контактує під навантаженням, відбувається гальванічна (електрохімічна) корозія. Це збільшує опір контакту, генерує локальне нагрівання та прискорює пошкодження механізмів передачі та управління.

Тому під час закупівлі та обслуговування персонал повинен точно перевіряти габаритні та електричні параметри, проводити пробні запуски для оцінки цілісності конструкції та надавати перевагу вимикачам з міцними, корозійно-стійкими конструкціями.

2. Стратегії захисту від корозії високовольтових вимикачів

2.1 Виявлення поділу ізоляторів

Помилка ізолятора становить серйозні ризики для електричних систем. Фарфорові ізолятори, піддавані довготривалому екологічному напруження, можуть страждати від корозії та старіння. Оскільки вони надають критичну механічну підтримку та електричну ізоляцію між провідними та передавальними частинами, будь-яке поділу може спричинити короткі замикання, відключення електроенергії або навіть аварійні ситуації.

Ультразвукове тестування є широко прийнятою методикою для виявлення дефектів ізоляторів. Наприклад, у стовпчастих фарфорових ізоляторах поділу зазвичай відбуваються на глибині 10–20 мм під чавунною фланцем. Інспектори повинні використовувати ультразвукові зонди (≤5 мм в діаметрі) на фланці та суміжних циліндричних поверхнях, відповідно до профілю ізолятора. Комбінування K-значень нахиленних зондів з вимірюванням відстані між фланцем і циліндром та аналізом даних про поширення кріп-хвиль дозволяє точно виявити мікротріщини. Раннє виявлення дозволяє своєчасну заміну за допомогою авіаційних платформ, забезпечуючи безперервну роботу вимикача.

2.2 Заміна основних компонентів на основі алюмінію

Звичайні матеріали для корпусів вимикачів включають алюміній, сталь та мідь, кожен з яких має відмінні властивості стійкості до корозії (див. Таблицю 1). Алюміній демонструє відмінну стійкість до окислення та термічну стабільність. При температурі навколишнього середовища він утворює щільний, самопасивуючийся оксидний шар через реакцію:

4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃

Цей шар Al₂O₃ (зазвичай 0.010–0.015 μm товщиною) ефективно захищає підляжучий метал від атмосферної та теплової корозії. Будь-яка залишкова чутливість до вологості може бути зменшена за допомогою гідрофобних поверхневих покриттів.

Де електричні характеристики дозволяють, основні конструктивні компоненти повинні бути замінені при перших ознаках заржавіння. У середовищі з високими викидами сірки/хлоридів (наприклад, на електростанціях), багатофакторна корозія від вологості та димових газів вимагає використання передових сплавів, таких як алюміній-мідь або алюміній-цинк, як оптимальний вибір матеріалів для критичних частин.

2.3 Гальванізація сталевих компонентів

Звичайні фарбові покриття не надають достатньої захисту від агресивних промислових забруднювачів, таких як SO₂ та хлор. Тому горяче гальванізація або електрогальванізація є основною технікою зниження корозії для сталевих деталей в вимикачах.

Цинк є економічно вигідним, надає відмінну катодну (жертвуальну) захист, і утворює тривалий корозійно-стійкий шар. Процес гальванізації включає:

• Підготовка поверхні: згладжування або полірування для видалення заусенців та ризи.

• Вилучення жиру: щелочне очищення за допомогою NaOH і Na₂CO₃, після чого тщательне сполушення гарячою водою.

• Маринування: занурення в кислотний розчин для сильного травлення, потім сполушення водою та сушіння.

• Електролітне осадження: використання нейтрального цинкового розчину на основі хлориду калію (з додаванням яскравих і зм'ягчуючих добавок) при температурі 25–35 °C, з допомогою стиснутого повітря для перемішування; тривалість осадження ≤ 30 хвилин.

• Пасивація: занурення покритої деталі в розчин при кімнатній температурі, що містить ~8–10 г/л сульфату ртути та 200 г/л дихромату калію, для формування густого конверсійного хроматного покриття.

• Остаточне очищення і сушіння: сполушення з допомогою ультразвуку, після чого сушіння гарячим повітрям.

Для постійного обслуговування техніки повинні використовувати випереджено виготовлені запасні комплекти, застосовувати змащувальні матеріали на основі дисульфіду молібдену (MoS₂) до передач та механізмів управління, змащувати опорні підшипники, та герметизувати контактні прогалини в провідних вузлах—тим самим підвищуючи загальну стійкість до корозії через регулярний огляд та догляд.

3. Висновок

Високовольтні відключувачі є необхідними в електричних системах енергетичних підприємств, забезпечуючи надійну роботу ізоляторів та інших важливих компонентів. Однак, довготривала експлуатація в агресивних природних умовах та недостатньо оптимальні конструктивні рішення роблять їх вразливими до корозії. Для вирішення цього питання, ця стаття представляє всебічний аналіз заходів захисту від корозії—включаючи виявлення розривів ізоляторів, стратегічну заміну матеріалів (наприклад, алюмінієві сплави), та передові методи захисту металів, такі як гальванізація. Ці стратегії разом підвищують тривалість, безпеку та термін експлуатації високовольтних відключувачів у складних промислових застосуваннях.