10kV ಪಬ್ಲರ್-ಟೈಪ್ ಲೋಡ್ ಸ್ವಿಚ್ ನ ಶೋರ್ಟ್-ಸರ್ಕಿಟ್ ದೋಷ ವಿಶ್ಲೇಷಣೆ

1. ದೋಷದ ಸಾರಾಂಶ

2013 ಜೂನ್‌ನಲ್ಲಿ, ಒಂದು ನಗರ ಪ್ರದೇಶದಲ್ಲಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತಿದ ಉನ್ನತ-ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಸ್ವಿಚ್ ಗೆರೆಯಲ್ಲಿ ದೋಷ ಉಂಟಾಯಿ, ಇದರ ಫಲಿತಾಂಶವಾಗಿ 10kV ಲೈನ್ ಟ್ರಿಪ್ ಹೊರಬಿದ್ದಿತು. ತುಂಬಾ ಪರಿಶೀಲನೆಯ ಪ್ರಕಾರ, ದೋಷದ ಸ್ವಿಚ್ ಗೆರೆ ಒಂದು ಪ್ನೀಯಮಿಕ್ ವೃತ್ತಾಕಾರ ನೆಟ್ವರ್ಕ್ ಉನ್ನತ-ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಲೋಡ್ ಸ್ವಿಚ್ ಗೆರೆ (HXGN2-10 ಪ್ರಕಾರ) ಎಂದು ತಿಳಿಸಿದೆ, ಮತ್ತು ದೋಷದ ಲಕ್ಷಣವು ಮೂರು-ಫೇಸ್ ಆರ್ಕ್ ಶೋರ್ಟ್ ಸರ್ಕ್ಯುಯಿಟ್ ಎಂದು ಹೊಂದಿದೆ. ದೋಷವನ್ನು ವಿಭಜಿಸಿ ಮತ್ತು ವಿದ್ಯುತ್ ಪ್ರದಾನ ಪುನರುಧ್ದಿಸಿದ ನಂತರ, ಯಾವುದೇ ಸಂಬಂಧಿತ ವಿದ್ಯುತ್ ನೆಟ್ವರ್ಕ್‌ನ ವಿಶ್ವಾಸಾರ್ಹ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಣೆಗೆ ಹಾನಿ ಹೊರಬಿದ್ದಿದೆ ಎಂದು ಗಮನಿಸಬೇಕು. 1999 ಮತ್ತು 2000 ರ ಮಧ್ಯದಲ್ಲಿ ಅನ್ವಯಿಸಲ್ಪಟ್ಟ ಈ ಗೆರೆಯ ಪ್ರಕಾರ (ಒಪರೇಷನ್ ಕಾಲ ಹೆಚ್ಚು 12 ವರ್ಷಗಳ ಮೇಲೆ, ಡಿಸೈನ್ ರೇಟೆಡ್ ಕರೆಂಟ್ 630A, ಮತ್ತು ವಾಸ್ತವದ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಣೆ ಕರೆಂಟ್ ಅಧಿಕ ರೀತಿ ≤ 300A), ಇದೇ ಪ್ರಕಾರದ ಸ್ವಿಚ್ ಗೆರೆಗಳು ಅನೇಕ ಪ್ರಾಪ್ತಿಗಳಿಂದ ದೋಷ ಉಂಟಾಯಿದೆ.

2. ಪ್ನೀಯಮಿಕ್ ಲೋಡ್ ಸ್ವಿಚ್‌ಗಳ ಕಾರ್ಯ ನಿಯಮ

ಪ್ನೀಯಮಿಕ್ ವೃತ್ತಾಕಾರ ಕ್ಯಾಬಿನೆಟ್ ಪ್ನೀಯಮಿಕ್ ಲೋಡ್ ಸ್ವಿಚ್ ಸಂಪನ್ನಾಗಿ ನಿರ್ದೇಶಿಸಲ್ಪಟ್ಟಿದೆ. ಇದರ ಚಲನೀಯ ಸಂಪರ್ಕ ಪುರುಷ ಒಂದು ವಾಯು ಸಿಲಿಂಡರ್ ರೂಪದಲ್ಲಿ ಪ್ರತಿನಿಧಿಸುತ್ತದೆ – ಇದರ ಖಾಲಿ ನಿರ್ಮಾಣವು ಏಕೀಕೃತ “ಪಿಸ್ಟನ್” ಅನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ, ಇದನ್ನು ಪ್ರಧಾನ ಷಾಫ್ಟ್ ದ್ವಾರಾ ಚಲನೆ ಮಾಡಿ ಬಂದು ಮತ್ತು ತೆರೆದು ಕ್ರಿಯೆಗಳನ್ನು ನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತದೆ. ತೆರೆದು ಕ್ರಿಯೆಯಲ್ಲಿ, ಪಿಸ್ಟನ್ ಚಲನೀಯ ಸಂಪರ್ಕ ಪುರುಷದಲ್ಲಿನ (ವಾಯು ಸಿಲಿಂಡರ್) ವಾಯುವನ್ನು ದ್ರುತವಾಗಿ ಸಂಪೀಡಿಸುತ್ತದೆ, ಮತ್ತು ಸಂಪರ್ಕ ವಿಘಟನೆಯಿಂದ ಉತ್ಪನ್ನವಾದ ಆರ್ಕ್‌ನ ದಿಕ್ಕಿನ ವಿರೋಧಾತ್ಮಕ ಪ್ಲಾಸ್ಟಿಕ್ ಮೌಲ್ಯಾಂಕನದ ಮೂಲಕ ವಾಯುವನ್ನು ಬ್ಲೋ ಮಾಡುತ್ತದೆ, ಇದರ ಮೂಲಕ ಆರ್ಕ್ ವಿಸ್ತರಿಸುವ ಮೂಲಕ ನಿವಾರಿಸಲ್ಪಟ್ಟು ಮತ್ತು ಮಧ್ಯದ ವಿದ್ಯುತ್ ಶಕ್ತಿಯ ವಿದ್ಯುತ್ ವಿದ್ಯುತ್ ಶ್ರೇಣಿಯನ್ನು ದ್ರುತವಾಗಿ ಪುನರುಧ್ದಿಸುತ್ತದೆ, ಆರ್ಕ್ ನ್ಯಾಯವಾಗಿ ಪುನರುಜ್ಜೀವಿಸುವನ್ನು ನಿರೋಧಿಸುತ್ತದೆ.

ಸ್ವಿಚ್ ನ ದೋಷ ಕರೆಂಟ್ ತುಂಬಾ ಕಡಿಮೆ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವನ್ನು (ಕೇವಲ 35kV ಕ್ಕಿಂತ ಕಡಿಮೆ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಸಿಸ್ಟಮ್‌ಗಳಿಗೆ ಅನುಕೂಲವಾಗಿ) ಪರಿಗಣಿಸಿ, “ಸಂಪರ್ಕ ಮಾಡುವ ಘಟಕ ಮತ್ತು ಆರ್ಕ್ ಉತ್ಪನ್ನ ಘಟಕ” ಎಂಬ ಡಿಸೈನ್ ಯೋಜನೆಯನ್ನು ಅನ್ವಯಿಸಲಾಗಿದೆ:

• ಸಂಪರ್ಕ ಮಾಡುವ ಘಟಕ: ಚಿನ್ನ ಕಾಕ್ ಪ್ರಜಾಪುರ್ವ ಕಾಂಟಾಕ್ ತಿಂಗಳು + ಸಂಪರ್ಕ ಪುರುಷ, ಕರೆಂಟ್ ಪರಿವಹನ ಮಾಡುವುದಕ್ಕೆ ಜವಾಬ್ದಾರಿ ಹೊಂದಿದೆ;

• ಆರ್ಕ್ ಉತ್ಪನ್ನ ಘಟಕ: ತಾಂಬಾ-ಟングsten 合金灭弧棒 + 灭弧环，专门用于产生和熄灭电弧。

在断开时，动触头杆的外表面首先与静触指分离，然后灭弧环与灭弧棒分离。电弧被限制在灭弧组件之间燃烧，避免了主触头损坏；动触头杆与下端通过梅花形触指连接以确保电气导通。

3. 故障原因深入分析
(1) 初步调查（外部因素）

此类开关的设计额定电流为630A，但调度数据显示变电站出线开关的运行电流为283A，理论上通过该开关柜的电流≤283A。结合现场环境（晴天，柜体无污染），可以直接排除过流、过压和污闪等外部因素，故障归因于开关柜本身缺陷。

(2) 拆解与测试验证

拆解故障柜后，初步推测“动、静触头接触不良导致过热烧毁”，但由于柜体严重损坏无法得出明确结论。因此，对同类型在运开关柜进行抽样检测：

• 耐压和回路电阻：耐压水平合格，回路电阻为114μΩ（符合技术规范）；

• 温升试验：30分钟电流上升试验数据（表1）显示，在400A时温升达到84.2℃，在630A时高达133.1℃，远超国家标准对于“1小时内温升≤1K或3小时内温升≤2K”的稳定判断标准。

(3) 根本原因识别

综合测试和结构分析表明，故障源于接触系统失效，具体表现为：

• 弹簧力不足：不能有效收缩梅花形触指，导致触指与动触头杆之间的“面接触”恶化为“线接触”，接触面积急剧减少；

• 加工精度缺陷：梅花形触指的弧面/平面加工精度不足，加剧了接触不良；

• 氧化恶性循环：触指与动触头杆暴露在空气中，氧化导致接触电阻增加→发热增加→弹簧张力进一步衰减→接触效果更差，最终导致空气电离电弧短路并跳闸。

4. 设备改造与优化方案
(1) 工艺升级：精确控制接触质量

针对“接触不良”这一核心问题，从材料和加工两端进行改进：

• 弹簧选型：采用高疲劳强度的弹簧，确保在设计寿命内（包括接通和分断额定电流的条件）弹簧力稳定，避免因弹簧失效引起的接触问题；

• 触指加工：严格控制梅花形触指的弧面和平面加工精度，确保与动触头杆的圆柱弧面完全贴合，消除线接触/点接触隐患，保证触头的载流能力和温升符合要求。

(2) 设计优化：全过程状态监测

将“在线监测”功能集成到柜体结构设计中，实现可视化状态：

• 温度测量窗口和探头：设置方便的温度测量窗口，在静触头上安装温度探头，通过面板仪表实时显示柜内接触部分的温度；

• 数据存储与预警：配置存储设备记录运行数据。即使设备老化，也可以通过数据分析提前识别异常情况，触发更换和维护流程，由被动维修转向主动运维。

(3) 运维加强：动态缺陷处理

对于在运设备，优化运维方法：

• 观察窗改造：将固定观察窗改为可移动观察窗，便于柜内温度监测；

• 局部放电测试常态化：在负荷高峰期对开关柜进行局部放电测试，提前捕捉绝缘缺陷，避免故障扩大。

5. 应用场景与发展建议

随着用电量的增加，配电网主线升级为300-400㎡的大截面电缆，变电站容量持续增长。气动开关柜的分断能力不足和触头脆弱的缺点日益突出。建议：

• 场景调整：退出线路环网应用，转为终端变压器区域的高压配电（变压器容量≤630kVA），利用其“结构简单、成本低”的优势；

• 技术迭代：对于线路环网场景，优先选择可靠性更高、分断能力更强的开关柜（如真空负荷开关），满足配电网自动化和高可靠性的要求；

• 价值延续：经过“工艺升级+在线监测”改造后，气动负荷开关柜可以继续服务于终端负荷场景，发挥其剩余价值。