تطبيق المطفئات الكهربائية ذات الفراغ عالي الجهد الداخلية

في النصف الأول من عام 2007، كمشاركين في المشروع من شركة المعدات الكهروميكانيكية لمجموعة التعدين هوايباي، قمنا بتحويل تقني لمحطة التحويل ذات الجهد 10 كيلوفولت في منطقة المصنع الشرقية. كان مهمتنا الرئيسية استبدال الوحدات الأصلية للفصل العازل ذو الجهد 10 كيلوفولت - القاطع المغمور بالزيت بقاطع دوائر عالي الجهد ZN20 الداخلي تحت الفراغ.

كان القاطع المغمور بالزيت SN10-10 يعمل لفترة طويلة، مما أدى إلى تسرب زيت شديد في آلياته. كان هذا يتطلب إعادة تعبئة الزيت كل ستة أشهر، مما أدى إلى زيادة كبيرة في العبء الصيانة. بالإضافة إلى ذلك، كانت آليات التشغيل تعمل يدويًا وكانت أجهزة الحماية تتكون من مفاتيح كهربائية تقليدية، والتي كانت موثوقيتها ضعيفة ونسبة الفشل فيها عالية. كما كان من الضروري ضبط حماية المفتاح الكهربائي مرة واحدة سنوياً، وهو مهمة مرهقة ومتعبة.

لضمان الإنتاج الآمن، اتخذنا قراراً بترقية هذه المقاطع إلى مقاطع دوائر تحت الفراغ. هذا التحويل لم يحل فقط المشاكل التشغيلية الموجودة ولكنه وضع أيضًا أساسًا متينًا للعمل المستقر والفعال للمحطة في المستقبل.

خصائص هيكلية لمقاطع الدوائر تحت الفراغ

خلال التحويل التقني لمحطة التحويل ذات الجهد 10 كيلوفولت في منطقة المصنع الشرقية، اكتسبنا فهماً عميقاً لخصائص الهيكلية لقطع الدوائر ZN20 تحت الفراغ. يتكون هذا القاطع بشكل أساسي من آلية التشغيل، الجسم الصندوقي، أنابيب الفراغ، الأطر العازلة، والعوازل. يتميز بترتيب ثلاثي الأبعاد مع تركيب آلية التشغيل في الأمام.

داخل الجسم الصندوقي المصنوع من صفائح الفولاذ الرقيقة، يتم تثبيت المكونات ذات الجهد العالي في الخلف. تتصل الآلية بالمحور الرئيسي عبر الألواح المتصلة. أثناء دوران المحور الرئيسي، تقوم الذراعان الثابتتان عليه بدفع العوازل، مما يؤدي إلى تحريك القضيب الموصل المتحرك لأنبوب الفراغ لأداء عمليات التحويل. يمكن التحكم في عمليات الإغلاق والفتح يدويًا أو كهربائيًا عبر آلية التشغيل. بالإضافة إلى ذلك، يتم تجهيزه بمحرك تخزين طاقة مزدوج الاستخدام (متوافق مع التيار المتردد والمستمر)، وآليات للاتصالات المساعدة، ومعدّل العمليات. مؤشرات واضحة للحالة "تشغيل" و "إيقاف" على اللوحة تسهل المراقبة البصرية لحالة تشغيل القاطع.

يعتمد القاطع على أنابيب الفراغ لفصل الدوائر ذات الجهد العالي. كما هو موضح في الشكل 1، يتكون أنبوب الفراغ من قضيب موصل متحرك، قضيب موصل ثابت، نقاط تماس متحركة وثابتة، درع، جرسون، وغلاف سيراميك. يتم ختمه داخل الغلاف السيراميك بدرجة فراغ عالية تتراوح عادة بين 10⁻⁴ و 10⁻⁷ تور (ملاحظة: قد يكون النص الأصلي "104 - 10⁻⁷ تور" خطأ الطباعة؛ يجب أن يكون النطاق الصحيح 10⁻⁴ إلى 10⁻⁷ تور). يتم لحام الجرسون إلى القضيب الموصل المتحرك في أحد طرفيه وإلى غطاء الطرف المتحرك في الطرف الآخر. هذا المكون المرن يسمح بالتحكم الخارجي في نقاط التماس مع الحفاظ على التخمة الكاملة. يقوم الدرع المحيط بنقاط التماس بامتصاص بخار المعادن الذي ينتج عن قوس الفراغ أثناء انقطاع التيار، مما يمنع تلوث الغلاف العازل.

من خلال الخبرة العملية خلال مشروع التحويل، نقدر بعمق مزايا مقاطع الدوائر تحت الفراغ مقارنة بتلك المغمورة بالزيت:

• تباعد صغير بين نقاط التماس، مما يتطلب طاقة تشغيل أقل ويتيح رد فعل سريع.

• وقت قصير لقوس الفراغ وتآكل ضئيل لنقاط التماس عند انقطاع التيار العطل.

• حجم صغير وزن خفيف ومتطلبات صيانة أقل بشكل كبير.

• مقاومة للحريق والانفجار مع ضوضاء تشغيل منخفضة.

• هذه الفوائد حيوية لتعزيز موثوقية تشغيل محطة التحويل وتقليل تكاليف الصيانة.

آثار التطبيق

كمشاركين في المشروع، نفهم جيداً أن آلية التشغيل لقطع الدوائر تحت الفراغ تغلق نقاط التماس لأنبوب الفراغ من خلال الطاقة المرنة لربيع تخزين الطاقة، وهي مستقلة عن سرعة تخزين الطاقة اليدوية، مما يضمن أداء إغلاق سريع. تحتوي الآلية على ثلاثة حالات حركة: تخزين الطاقة، الإغلاق، والفتح.

يقوم قاطع الدوائر تحت الفراغ بفصل التيار عن طريق إخماد قوس الفراغ عندما ينخفض التيار إلى الصفر. في اللحظة التي ينطفئ فيها قوس الفراغ، تنخفض كثافة الإلكترونات والأيونات الموجبة وغيرها من الجسيمات بين نقاط التماس بسرعة. خلال ميكروثانية، يعيد تباعد نقاط التماس استعادة درجة الفراغ الأصلية العالية ويظهر مقاومة عالية للجهد، قادر على تحمل الجهد المستعاد دون الانهيار لإكمال عملية الفصل. لذلك، حتى لو تم تطبيق جهد عالٍ بعد فترة قصيرة من مرور التيار عبر الصفر، لن ينهار تباعد نقاط التماس مرة أخرى - مما يعني أن قوس الفراغ يمكن إخماده تمامًا عند أول مرور للتيار عبر الصفر.

آثار التطبيق

منذ أن تم تشغيل قاطع الدوائر تحت الفراغ ZN20 ذو الجهد 10 كيلوفولت في يونيو 2007 بعد التحويل، أظهر أداءً ممتازًا. يتميز قاطع الدوائر بسرعات فتح وإغلاق سريعة، ضوضاء تشغيل منخفضة، وأفعال دقيقة وموثوقة.

مقارنة بمقاطع الدوائر المغمورة بالزيت السابقة، والتي كانت تتطلب إعادة تعبئة الزيت بشكل متكرر وحمل صيانة ثقيل، فقد خففت مقاطع الدوائر تحت الفراغ بشكل كبير من المهام والتكاليف الصيانة، مما يجلب فوائد اقتصادية ملموسة. في أكثر من 20 عامًا من التشغيل قبل التحويل، تعرضت المحطة لعدة حوادث تشغيل خاطئة (مثل فتح الفاصل القسري بينما كان القاطع المغمور بالزيت في وضع الإغلاق)، مما أدى إلى تلف مختلف في المعدات.

بعد التحويل، تم إلغاء الفواصل في المعدات الكهربائية ذات الجهد العالي، مع التحكم في كل دائرة بواسطة قاطع دوائر واحد تحت الفراغ. عند فتح القاطع، يمكن سحب عربة القاطع، مما يخدم وظيفة الفاصل الكهربائي عالي الجهد. بالإضافة إلى ذلك، تم تجهيز المعدات الكهربائية بأقفال ميكانيكية وكهربائية وفقًا لمتطلبات "الخمسة منع"، مما يساعد على تجنب حوادث التشغيل الخاطئ، وتقليل معدل الحوادث، وضمان التشغيل الآمن.