การวิเคราะห์สาเหตุของการแตกร้าวของฉนวนเซรามิกบ่อยครั้งในสวิตช์ตัดวงจรไฟฟ้าแรงสูง 220 กิโลโวลต์

ในระบบไฟฟ้า อุปกรณ์ที่มีแรงดัน 220kV มีการใช้งานอย่างแพร่หลาย และเสถียรภาพในการใช้งานของอุปกรณ์เหล่านี้ส่งผลโดยตรงต่อความปลอดภัยของโครงข่ายไฟฟ้า การวิเคราะห์ข้อมูลการบำรุงรักษาอย่างละเอียดพบว่า การแตกหักของเสาฉนวน (ฉนวนเซรามิก) ในอุปกรณ์สวิตช์ตัดไฟแรงสูงนั้นพบได้มากเป็นพิเศษในระบบ 220kV ปรากฏการณ์นี้ไม่ได้เกิดขึ้นโดยบังเอิญ แต่เกิดจากปัจจัยหลายประการรวมกัน ได้แก่ โครงสร้างทางกลของอุปกรณ์ คุณสมบัติของวัสดุ และสภาพแวดล้อมของภาระภายนอก

อิทธิพลของการกระจายความเค้นในโครงสร้างและภาระการดัด
โดยทั่วไปแล้ว อุปกรณ์ 220kV จะใช้เสาฉนวนเซรามิกแบบหลายส่วน ซึ่งทำให้ความสูงโดยรวมเพิ่มขึ้นอย่างมาก เมื่อเทียบกับระดับแรงดันที่ต่ำกว่า เสาจะรับแรงบิดคานที่มากขึ้นในระหว่างการทำงาน ในระหว่างการเปิดและปิดสวิตช์ตัดไฟแรงสูง จะเกิดการกระจายความเค้นอย่างรุนแรงที่โคนหน้าแปลนของฉนวนเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงจุดศูนย์ถ่วงและภาระการกระแทกจากการเคลื่อนที่ของกลไก

ผลกระทบของคาน: ยิ่งเสาเซรามิกสูงขึ้นเท่าใด แรงดัดที่เกิดขึ้นบนฐานจากแรงดึงของตัวนำหรือแรงเบี่ยงเบนจากลมที่ด้านบนก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

กระบวนการยึดติดด้วยกาว: หากชั้นกาวซีเมนต์ระหว่างหน้าแปลนและส่วนประกอบเซรามิกขาดความยืดหยุ่น การขยายตัวและการหดตัวจากความร้อนที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอาจขัดขวางการคลายความเครียดภายใน

ความสัมพันธ์ระหว่างความเปราะของวัสดุและข้อบกพร่องในการผลิต
ส่วนประกอบเซรามิกเป็นวัสดุที่เปราะบางมาก จึงมีความไวต่อข้อบกพร่องภายในอย่างยิ่ง สวิตช์ตัดกระแสไฟฟ้าแรงสูงบางชนิดใช้เซรามิกควอตซ์ ซึ่งมีความแข็งแรงในการดัดงอต่ำ

ความแตกต่างด้านประสิทธิภาพระหว่างเซรามิกซิลิกาและเซรามิกอลูมินา
งานวิจัยแสดงให้เห็นว่าฉนวนเซรามิกที่ใช้งานในยุคแรกๆ มีปริมาณ Al₂O₃ น้อยกว่า 30% ส่งผลให้ความเหนียวเชิงกลไม่เพียงพอ

ความเครียดภายใน: การควบคุมกระบวนการเผาที่ไม่เหมาะสมในระหว่างการผลิตอาจทำให้เกิดรอยแตกขนาดเล็กภายในส่วนประกอบเซรามิก

อัตราการเสื่อมสภาพ: ภายใต้สนามไฟฟ้าแรงสูงและการรวมกันของแรงเชิงกลในระยะยาว อัตราการแพร่กระจายของรอยแตกในเซรามิกควอตซ์จะสูงกว่าเซรามิกอลูมินามาก

ผลกระทบร่วมกันของสภาพแวดล้อมการทำงานและความคลาดเคลื่อนในการติดตั้ง
วิธีการติดตั้งบัสบาร์แบบท่อมีผลกระทบอย่างมากต่ออายุการใช้งานของฉนวน หากตัวควบคุมการชดเชยล้มเหลว แรงผลักตามแนวแกนที่เกิดจากการขยายตัวและการหดตัวจากความร้อนของบัสบาร์จะส่งผลโดยตรงต่อส่วนรองรับของสวิตช์ตัดวงจรแรงดันสูง

สภาพอากาศที่รุนแรง เช่น ลมแรง แผ่นดินไหว หรือน้ำแข็งเกาะ สามารถทำให้เกิดการสั่นสะเทือนความถี่สูง แอมพลิจูดต่ำ ภาระความล้าดังกล่าวเป็นปัจจัยสำคัญที่ทำให้รอยแตกที่ซ่อนอยู่ภายในฉนวนเซรามิก 220kV พัฒนาไปเป็นการแตกหักอย่างฉับพลัน ส่วนรองรับที่อยู่ภายใต้ความเครียดไดนามิกสูงนี้เป็นเวลานานจะค่อยๆ ทำให้เซรามิกบริเวณขอบหน้าแปลนล้า จนในที่สุดจะนำไปสู่ความเสียหายโดยสมบูรณ์ระหว่างการใช้งานในบางช่วง