היישום של מפרקי חשמל מתפחים בלחץ גבוה לתוך הבניין
במחצית הראשונה של שנת 2007, כמשתתפי פרויקט מהחברה לאבזור אלקטרומכני של קבוצת מכרות הואייביי, ביצענו טרנספורמציה טכנולוגית בתחנת ההספק של 10kV באזור המפעל המזרחי. המשימה העיקרית שלנו הייתה להחליף את יחידות הקוטוף המקוריות - מפסקים שטוחים - עם מפסקי חשמל בתא גורם גבוה ZN20.
בעבר, המפסקים השטוחים SN10-10 היו בשימוש לתקופה ארוכה, מה שהוביל לדליפות שמן חמורות במנגנונים שלהם. זה דרש תוספת שמן כל שישה חודשים, מה שהוביל לשעבוד תחזוקה גדול. בנוסף, המנגנונים שלהם היו מופעלים ידנית והמכשירים להגנה היו מורכבים מרילאים מסורתיים, שהיו בעייתיים מבחינת אמינות וסבלו מיעילות נמוכה. בנוסף, היה צורך לקליבר את הגנת הרילאים פעם בשנה, משימה שהייתה קשה ומסובכת.
כדי להבטיח יצור בטיחותי, החלטנו לעדכן את המפסקים הללו למפסקים ריק. טרנספורמציה זו לא רק פתרה את בעיות התפעול הקיימות, אלא גם הניחה בסיס יציב ויעיל לתפעול עתידי של תחנת ההספק.
מאפייני המבנה של מפסקי החשמל בריק
בטרנספורמציה הטכנולוגית של תחנת ההספק של 10kV באזור המפעל המזרחי, הבנו לעומק את מאפייניהם המבניים של מפסקי החשמל בריק מסוג ZN20. מפסק זה מורכב בעיקר ממנגנון פעולה, גוף תיבה, צינורות ריק, מסגרות מבודדות ואבזרים מבודדים. הוא מתארך באופן תלת-ממדי עם המנגנון המופעל ממוקם בחזית.
בתוך גוף התיבה שנבנה מפל Nächen דק, המרכיבים בעלי המתח הגבוה מוצמדים מאחור. המנגנון מחובר לציר הראשי באמצעות לוחות חיבור. כשהציר הראשי מסתובב, זרועות הקרנק המוצמדות אליו דוחפות את האבזרים המבודדים, מפעילה את המוט המוליך הנע של הצינור הריק כדי לבצע פעולות מעבר. הן פעולות סגירה והיפתח יכולות להתבצע ידנית או באמצעות חשמל דרך המנגנון המופעל. בנוסף, הוא מצויד במנוע אחסון אנרגיה לשני מטרות (AC/DC), מכשירי מגע עזר ומד פעולות. מדבקות מצב "ON" ו-"OFF" ברורות על הלוח מאפשרות מעקב אינטואיטיבי למצב הפעולה של המפסק.
המפסק מתבסס על צינורות ריק כדי לנתק מעגלים במתח גבוה. כמו שמוצג בתרשים 1, צינור ריק מורכב ממוט מוליך נע, מוט מוליך סטטי, מגעים נעים וסטטיים, מגן, בלוטה ומעטפת קרמית. מוצמד בתוך המעטפת הקרמית עם רמת ריק גבוהה בדרך כלל בין 10⁻⁴ עד 10⁻⁷ טור (הערה: הטקסט המקורי "104 - 10⁻⁷ טור" עשוי להיות טעות; הטווח הנכון צריך להיות 10⁻⁴ עד 10⁻⁷ טור), הבלוטה היא מוצמדת למוט המוליך הנע בקצה אחד ומכסה הנע בקצה השני. מרכיב גמיש זה מאפשר פעולה חיצונית של המגע תוך שמירה על הסתמיות מלאה. המגן סביב המגעים סופג קיטור מתכת שנוצר על ידי קשת הריק במהלך ניתוק הזרם, למנוע מזוהמות של מעטפת המבודד.
דרך החוויה המעשית במהלך הפרויקט, הבנו לעומק את היתרונות של מפסקי החשמל בריק לעומת המפסקים השטוחים המסורתיים:
אפקטים של היישום
כמשתתפי פרויקט, מבינים עמוקות שהמנגנון המופעל של מפסק החשמל בריק סוגר את מגעי הצינור הריק באמצעות האנרגיה האלסטית של קפיץ האחסון, שהוא עצמאי מהמהירות של האחסון הידני, ומבטיח ביצועי סגירה מהירים. למכניזם יש שלושה מצבים של תנועה: אחסון אנרגיה, סגירה והיפתח.
מפסק החשמל בריק מפסיק זרם על ידי הכיבוי של קשת הריק כאשר הזרם יורדת ל-0. ברגע שהקשת הריקה נכבאת, הצפיפות של אלקטרונים, יונים חיוביים וחלקיקים אחרים בין המגעים יורדת במהירות. תוך מיקרו-שניות, המרווח בין המגעים חוזר במהירות לרמת הריק המקורית שלו ומציג עמידות מתח גבוהה, מסוגל לעמוד במתח השחזור ללא שבירה כדי להשלים את תהליך הפסקת הזרם. לכן, אפילו אם מפעילים מתח גבוה זמן קצר לאחר שהזרם עובר דרך נקודת האפס, המרווח בין המגעים לא יתפרק שוב - כלומר, הקשת הריקה יכולה להכבות לחלוטין בפעם הראשונה שבה הזרם עובר דרך נקודת האפס.
אפקטים של היישום
מאז שהוכנסו לתפעול מפסקי החשמל בריק ZN20 של 10kV ביוני 2007 לאחר הטרנספורמציה, הם הראו ביצועים מצוינים. למפסקים יש מהירות פתיחה/סגירה מהירה, רעש פעולה נמוך ופעולות מדויקות ואמינות.
בהשוואה למפסקים השטוחים הקודמים, שנדרש להם תדלוק תכוף ועבודת תחזוקה רבה, המפסקים בריק הפחיתו משמעותית את משימות התחזוקה והעלויות, ומביאים יתרונות כלכליים ממשיים. בשל יותר מ-20 שנות פעולה לפני הטרנספורמציה, תחנת ההספק חוותה מספר תאונות מטעות (כמו פתיחת הקוטוף בכוח בזמן שמפסק השטף היה במצב סגור), שגרמו לנזק בציוד בהיקפים שונים.
לאחר הטרנספורמציה, הציוד הממונע מתח גבוה הוציא מהשימוש את הקוטופים, וכל מעגל נשלט על ידי מפסק ריק אחד. כאשר המפסק נפתח, ניתן להוציא את עגלה המפסק, הממלא תפקיד של קוטוף מתח גבוה. בנוסף, הציוד מצויד במנעולים מכניים וחשמליים בהתאם לדרישות "חמשת ההגנות", המאפשרים למנוע מטעויות פעולה, להפחית את שיעור התאונות ולשפר את הבטיחות בתפעול.
