Phân tích Công nghệ Bảo vệ chống ăn mòn trong Cầu dao điện áp cao

Các thiết bị ngắt điện áp cao là thiết bị bảo vệ quan trọng trong các hệ thống điện công nghiệp. Thường được lắp đặt cả trong nhà và ngoài trời tại các địa điểm làm việc, những thiết bị ngắt này dễ bị ăn mòn do nhiều yếu tố trong quá trình hoạt động lâu dài. Bài viết này phân tích các công nghệ bảo vệ chống ăn mòn cho các thiết bị ngắt điện áp cao dựa trên điều kiện môi trường tự nhiên, thiết kế cấu trúc nội bộ và chiến lược phủ bảo vệ, nhằm hỗ trợ hoạt động ổn định và đáng tin cậy của các doanh nghiệp liên quan.

1. Bối cảnh nghiên cứu

Các thiết bị ngắt điện áp cao đóng vai trò là thành phần bảo vệ quan trọng trong hệ thống điện của doanh nghiệp. Do thường được triển khai ở cả môi trường trong nhà và ngoài trời, chúng liên tục tiếp xúc với nhiều tác nhân ăn mòn theo thời gian. Bài viết này điều tra các kỹ thuật bảo vệ chống ăn mòn bằng cách xem xét ba khía cạnh chính: môi trường tự nhiên, cấu trúc nội bộ và lớp phủ bảo vệ—cung cấp hướng dẫn thực tế để tăng cường độ tin cậy của thiết bị và hỗ trợ hoạt động công nghiệp bền vững.

Các yếu tố ăn mòn ảnh hưởng đến thiết bị ngắt điện áp cao

(1) Yếu tố môi trường tự nhiên
Vì vai trò quan trọng trong việc đảm bảo hoạt động ổn định của hệ thống điện, các thiết bị ngắt điện áp cao có yêu cầu môi trường nghiêm ngặt. Chúng thường được lắp đặt ở các vị trí có:

• Độ cao ≤ 1.000 m

• Nhiệt độ môi trường từ –30 °C đến +40 °C

• Độ ẩm trung bình hàng ngày ≤ 95% RH

Trong nhiều môi trường công nghiệp có nhiệt độ môi trường cao, các thiết bị ngắt thường được đặt ở bên ngoài. Vì hầu hết các bộ phận của thiết bị ngắt đều là kim loại, việc tiếp xúc kéo dài với độ ẩm và nhiệt độ cao sẽ làm tăng tốc phản ứng oxy hóa giữa bề mặt kim loại và hơi nước trong không khí. Điều này dẫn đến sự suy giảm hiệu suất theo thời gian. Trong các khu vực có chênh lệch nhiệt độ lớn giữa ngày và đêm, hiện tượng ngưng tụ trên bề mặt kim loại làm gia tăng đáng kể sự ăn mòn.

Ngoài ra, trong các khu vực công nghiệp nơi có sự đốt cháy than hoặc xử lý hóa chất thải ra các chất ô nhiễm (ví dụ: SO₂, NOₓ, clorua), ô nhiễm không khí làm tăng sự ăn mòn của các cấu trúc kim loại. Các doanh nghiệp nên chọn lớp phủ chống ăn mòn phù hợp hoặc lên lịch thay thế các bộ phận kịp thời dựa trên điều kiện môi trường địa phương.

(2) Yếu tố cấu trúc thành phần
Một thiết bị ngắt điện áp cao thường bao gồm bộ phận cơ sở, các bộ phận dẫn điện, các thành phần cách điện và cơ chế vận hành/truyền tải. Thiết kế cấu trúc kém hoặc lắp đặt không đúng cách có thể tạo ra các khe hở hoặc vùng chết nơi bụi, độ ẩm và các hạt ăn mòn tích tụ—cuối cùng gây ra rỉ sét ở các khu vực quan trọng.

Trong quá trình hoạt động, các tấm tiếp xúc—giao diện chính kết nối các phần tử dẫn điện khác nhau—đặc biệt dễ bị tổn thương. Khi các kim loại khác nhau như đồng, nhôm và thép tiếp xúc dưới tải, hiện tượng ăn mòn điện hóa xảy ra. Điều này làm tăng điện trở tiếp xúc, sinh nhiệt cục bộ và làm tăng tốc độ hỏng hóc của cơ chế truyền tải và vận hành.

Do đó, trong quá trình mua sắm và bảo trì, nhân viên phải kiểm tra chính xác các thông số kích thước và điện, tiến hành thử nghiệm để đánh giá tính toàn vẹn cấu trúc, và ưu tiên các thiết bị ngắt có thiết kế chắc chắn, chống ăn mòn.

2. Chiến lược bảo vệ chống ăn mòn cho thiết bị ngắt điện áp cao

2.1 Phát hiện sự cố cách điện

Sự cố cách điện gây ra rủi ro nghiêm trọng cho hệ thống điện. Các cách điện sứ, chịu áp lực môi trường trong thời gian dài, có thể bị ăn mòn và lão hóa. Vì chúng cung cấp hỗ trợ cơ học quan trọng và cách ly điện giữa các bộ phận dẫn điện và truyền tải, bất kỳ sự cố nào cũng có thể gây ra ngắn mạch, mất điện, hoặc thậm chí nguy hiểm về an toàn.

Kiểm tra siêu âm là phương pháp được sử dụng rộng rãi để phát hiện các khuyết tật cách điện. Ví dụ, đối với cách điện sứ cột, các vết nứt thường xảy ra ở khoảng 10–20 mm dưới vòng đúc sắt. Các kiểm tra viên nên sử dụng đầu dò siêu âm (≤5 mm đường kính) trên vòng đúc và các bề mặt trụ liền kề, điều chỉnh độ cong của đầu dò sao cho phù hợp với hình dạng của cách điện. Bằng cách kết hợp các giá trị K của đầu dò góc với các phép đo khoảng cách từ vòng đúc đến trụ và phân tích dữ liệu lan truyền sóng lún, các vết nứt vi mô có thể được xác định chính xác. Việc phát hiện sớm cho phép thay thế kịp thời thông qua các nền tảng làm việc trên không, đảm bảo hoạt động không gián đoạn của thiết bị ngắt.

2.2 Thay thế các thành phần chính dựa trên nhôm

Các vật liệu phổ biến cho thân thiết bị ngắt bao gồm nhôm, thép và đồng, mỗi loại có đặc tính chống ăn mòn riêng biệt (xem Bảng 1). Nhôm có khả năng chống oxi hóa và ổn định nhiệt tốt. Ở nhiệt độ môi trường, nó tạo ra một lớp oxi tự bảo vệ dày đặc qua phản ứng:

4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃

Lớp Al₂O₃ (thường dày 0,010–0,015 μm) hiệu quả bảo vệ kim loại dưới lớp khỏi sự ăn mòn của không khí và nhiệt. Sự nhạy cảm với độ ẩm còn lại có thể được giảm thiểu bằng cách sử dụng các lớp phủ bề mặt chống ẩm.

Khi hiệu suất điện cho phép, các thành phần cấu trúc chính nên được thay thế khi có dấu hiệu ban đầu của rỉ sét. Trong các môi trường có lượng khí lưu huỳnh/chloride thải ra cao (ví dụ: nhà máy điện), sự ăn mòn đa yếu tố từ độ ẩm và khí thải đòi hỏi sử dụng các hợp kim tiên tiến—như nhôm-copper hoặc nhôm-zinc—là lựa chọn vật liệu tối ưu cho các bộ phận quan trọng.

2.3 Mạ kẽm các thành phần thép

Các lớp phủ sơn thông thường không đủ bảo vệ trước các chất ô nhiễm công nghiệp mạnh mẽ như SO₂ và clor. Do đó, mạ kẽm nóng chảy hoặc điện hóa là kỹ thuật giảm ăn mòn chính cho các bộ phận thép trong thiết bị ngắt.

Kẽm có hiệu quả về chi phí, cung cấp bảo vệ cathodic (hy sinh) xuất sắc và tạo ra một lớp chống ăn mòn bền. Quá trình mạ kẽm bao gồm:

• Chuẩn bị bề mặt: Mài hoặc đánh bóng để loại bỏ gờ và rỉ sét.

• Tẩy dầu: Làm sạch bằng kiềm sử dụng NaOH và Na₂CO₃, sau đó rửa kỹ bằng nước nóng.

• Ngâm axit: Ngâm trong dung dịch axit để khắc mạnh, sau đó rửa bằng nước và làm khô.

• Mạ điện: Sử dụng bể mạ kẽm trung tính dựa trên kali clorua (với chất làm sáng và chất làm mềm) ở nhiệt độ 25–35 °C, hỗ trợ bởi sự khuấy động bằng không khí nén; thời gian mạ ≤ 30 phút.

• Khử hoạt: Ngâm phần đã mạ trong dung dịch nhiệt độ phòng chứa khoảng 8–10 g/L axit sulfuric và 200 g/L kali dichromate để tạo thành lớp phủ chuyển đổi chromate dày đặc.

• Rửa cuối cùng & làm khô: Rửa bằng sóng siêu âm sau đó làm khô bằng không khí nóng.

Đối với bảo dưỡng liên tục, các kỹ thuật viên nên sử dụng bộ phận dự phòng được chế tạo sẵn, áp dụng chất bôi trơn dựa trên disulfide molypden (MoS₂) cho cơ cấu truyền động và vận hành, bôi trơn ổ đĩa cơ bản, và niêm phong khe tiếp xúc trong các cụm dẫn điện—do đó tăng cường khả năng chống ăn mòn tổng thể thông qua việc kiểm tra và chăm sóc định kỳ.

3. Kết luận

Các cầu dao cao áp là không thể thiếu trong hệ thống điện của doanh nghiệp điện, đảm bảo hoạt động đáng tin cậy của cách điện và các thành phần quan trọng khác. Tuy nhiên, việc tiếp xúc lâu dài với môi trường tự nhiên khắc nghiệt và thiết kế kết cấu không tối ưu khiến chúng dễ bị ăn mòn. Để giải quyết vấn đề này, bài viết này trình bày phân tích toàn diện các biện pháp bảo vệ chống ăn mòn—bao gồm phát hiện gãy cách điện, thay thế chiến lược vật liệu (ví dụ: hợp kim nhôm), và các kỹ thuật bảo vệ kim loại tiên tiến như mạ kẽm. Những chiến lược này tập thể tăng cường độ bền, an toàn và tuổi thọ hoạt động của các cầu dao cao áp trong các ứng dụng công nghiệp đòi hỏi cao.