La rolo de bellow en vakuum-interrupiloj
Enkonduko al Vakuumaj Interrupiloj kaj Faldaĵoj
Kun teknologia progreso kaj la pligrandiĝo de zorgo pri globala varmigo, vakuumaj cirkvitskebrosiloj estas iĝintaj signifa konsideraĵo en la elektra inĝenieraro.
Estontecaj elektraj retoj metas ĉiam pli severajn postulojn al la komutoperformanco de cirkvitskebrosiloj, speciale akcentante pli rapidan komuton kaj pli longan operacian vivperiodon. En mezvoltagaj cirkvitskebrosiloj, vakuumaj interrupiloj (VIs) akiris vaste disvastitan preferon. Tio estas ĉar la uzo de vakuo kiel interrompa medio oferas senparajn avantaĝojn en tiu specifa aplikaĵo. La vakua interrupilo servas kiel la kernkomponanto de vakua cirkvitskebrosilo, kaj faldaĵoj ludas esencan kaj efikan rolon en vakuumaj interrupiloj.
Metalaj faldaĵoj estas konstruitaj por prizorgi ultrahigh-vakuan sigelon dum samtempe permesante la translaciomovadon de la moviĝanta elektra kontakto en la interrupila kompartmento. Tamen, la mekanika vivperiodo de vakua interrupilo estas plejparte limigita de la tiel nomitaj vakuumaj faldaĵoj. En la konteksto de estontecaj cirkvitskebrosiloj, la serĉado de pli rapida komutrapido neeviteble rezultos en pli alta dinamika impakttipo de ŝargoj. Tiuj ŝargoj povas kaŭzi faldaĵosciladojn kun pli grandaj amplitudoj, do signife reduktante la vivperiodon de la faldaĵoj. Krome, antaŭvidante la pligrandon de la frekvenco de komutoperacioj en estontecaj elektraj retoj, la simulado de vakuumaj faldaĵoj fariĝas necesa por optimumigi ilian dizajnon kaj sekve plibonigi la mekanikan vivperiodon de vakuumaj interrupiloj.
La Rolo de Faldaĵoj en Vakuumaj Interrupiloj
Faldaĵoj, kutime faritaj el maldikaj folioj de neroksa stalo, estas dezignitaj por faciligi la malfermon kaj fermon de kontaktoj dum certigante la daŭrigon de vakua medio en la interrupilo.
La laca rezisto de faldaĵoj estas klavfaktoro determinanta la mekanikan vivperiodon de vakua interrupilo. Ĉiu malferma kaj ferma operacio submetas la faldaĵojn al streĉo, speciala la konvoluoj najbarantaj la finojn. Krom la rekta mekanika streĉo de la operacia movado, la faldaĵoj ankaŭ spertas post-operaciajn osciladojn unu fojon la kontakta movado finiĝas. Ĉi tiuj osciladoj plu kontribuas al la uzado kaj matroŝo de la faldaĵoj, akcelante ilian degeneracion dum tempo.
Figuro 1 montras specifan tipon de faldaĵoj por vakuumaj interrupiloj produktitaj de Sigma-Netics kompanio.
Fig 1: Vakuumaj Interrupilfaldaĵoj de Sigma-Netics kompanio
La mekanika vivperiodo de vakuumaj interrupiloj estas signife influata de pluraj klavaj parametroj de kontakta movado:
Stabilekontakta strako aŭ interspaco: Tio determinas la distancon kiun la kontaktoj apartigas dum operacio, influante la elektran izoladon kaj arkkomputilon.
Malferma kaj ferma rapido: Pli rapideco povas plibonigi la komutperformon, sed ankaŭ impozas pli grandan dinaman ŝargon sur la komponantojn, inkluzive la faldaĵojn.
Movdampado je la fino de la malferma kaj ferma strako: Adekvata dampado estas esenca por minimumigi vibradojn kaj redukti la mekanikan streĉon sur la faldaĵoj kaj aliaj partoj.
Supera atingo kaj rebundo dum malfermo: Ĉi tiuj fenomenoj povas kaŭzi plian uzadon kaj matroŝon de la kontaktoj kaj la faldaĵoj, eble mallongigante la tutan vivperiodon.
Montada elasteco: La maniero kiel vakua interrupilo estas montita povas afekti la distribuon de fortoj dum operacio, influante la mekanikan vivperiodon de la faldaĵoj.
Kontakta saltado dum ferma: Ekscesa kontakta saltado povas gvidi al arkado kaj pli granda streĉo sur la faldaĵoj, degenerante ilian performon dum tempo.
La faldaĵoj ludas duoblrolon en vakuumaj interrupiloj. Ili ebligas la movadon de la moviĝanta kontakto dum daŭrigante vakua sigela fermado. Konstruitaj el neroksa stalo, kutime kun diko ĉirkaŭ 150 µm, ili estas inĝenieriitaj por resisti la severajn operaciajn kondiĉojn en la interrupilo. Tri tipoj de faldaĵoj estas sukcese integritaj en vakuumaj interrupildizajnoj:
Senŝova hidroformita faldaĵo: Ĉi tiuj estas formitaj sen videblaj ŝovo, potenciala oferante pli bonan integrecon kaj performon.
Ŝovkudrita hidroformita faldaĵo: Fabrikita per ŝovkudrado post hidroformado, ili ekvilibras kostojn kaj performancpostulojn.
Faldaĵoj faritaj el bordkudritaj, maldikaj neroksa-stalaj laveroj: Konstruitaj per kudrado de maldikaj laveroj, ili provizas kostefektivan solvon por certaj aplikaĵoj.
Kompletaj detaloj rilate al la dizajno kaj performo de faldaĵoj povas esti trovitaj en la EJMA Standardoj.
Unu fino de la faldaĵo estas sekure fiksita per brasado al la finplato de la vakua interrupilo, dum la alia fino estas brasita al la moviĝanta terminalo kaj moviĝas kun ĝi kiel la kontaktoj malfermas kaj fermas. En vakua interrupilo, la faldaĵoj estas submetitaj al impulsiva movado dum kontakta operacio. La malferma rapido de la moviĝanta kontakto povas rapide pliiĝi de 0 m/s al kiel alte kiel 2 m/s en malpli ol 100 µs. Je la fino de la kontakta strako, ĉu malfermi aŭ fermi, la moviĝanta fino de la faldaĵo venas al abrupta haltado
La frekvenco de ĉi tiuj malferma-ferma operacioj varias depende de la laborciklo. En iuj kazoj, ili povas okazi multfoje, dum en aliaj, ili estas maloftaj. La movado impartiĝa al la faldaĵoj estas longe neuniforma, kaj estas komuna ke la faldaĵoj osciladas multfoje dum unu sola malferma aŭ ferma operacio. Por tiuj interesitaj analizi ĉi tiun faldaĵmovadon, ĝenerala analiza aliro estas evoluigita por determini la dinamikajn streĉojn spertitajn de la faldaĵoj sub impulsiva movado.
Plejmulte de vakuumaj interrupilfabrikantoj akiras siajn faldaĵojn de bone etabligitaj faldaĵfabrikantoj kaj kunlaboras kun ili por atingi la deziratan faldaĵvivperiodon. Tio estas kutime atingita per enkonduko de la faldaĵoj en praktikan vakuan interrupilon kaj kondukado de mekanikaj vivperiodtestoj sur statistike signifa nombro de vakuumaj interrupilekzempleroj. Post tio, specifa mekanika vivperiodo povas esti asignita al la vakua interrupilo kun tiu faldaĵo uzante Weibull-analizon. Kutime, la mekanika vivperiodlimo de vakua interrupilo estas determinita per la nombro de operacioj kiujn la faldaĵo povas enduri antaŭ laca fiasko.
Kiam mekanike testante vakuan interrupilon, estas grava submeti la faldaĵojn al la samaj operaciaj parametroj kiujn ĝi renkontos en komutsilo. Ĉi tiuj parametroj inkluzivas la totalan vojaĝon (operacia interspaco plus supervojaĝo), maksimuman malferman rapido, maksimuman ferman rapido, kaj la efektojn de akcelado kaj dekcelado. Testado de la faldaĵoj en la vakua interrupilo certigas ke ĝi subiras ĉiujn la fabrikadpaŝojn kiujn la fina aparato subiros. Ekzemple, ĝi devus esti eksponita al ĉiuj la varmegaj kaj malvarmegaj cikloj bezonataj por vakua interrupilfabrikado. Ĉi tiuj procezoj neeviteble annealos la metalon de la faldaĵo, ŝanĝante ĝian granulan mikrostrukturon kaj sekve ĝian performcarakteron.
La mekanika vivperiodo de specifa faldaĵo dependas ne nur de la supre mencititaj operaciaj parametroj, sed ankaŭ de siaj propraj fizikaj atributoj. Ĉi tiuj inkluzivas la tipon de neroksa stalo uzata, ĝian longon, diametron, dikon, la nombron de konvoluoj, kaj ĝian kapablon amorti movadon unu fojon la kontakto haltas. Estas eble dezajni faldaĵojn kiuj povas fidinde efektivi la normajn 30,000 operaciojn bezonatajn por plej multaj vakuumaj cirkvitskebrosiloj kaj vakuumaj reklosiloj, kaj eĉ superi 10^6 operaciojn por vakuumaj kontaktiloj. Tamen, malgraŭ la penoj de vakuumaj interrupilfabrikantoj dezajni siajn produktojn por kontentigi la specifan mekanikan vivperiodon de diversaj komutsiloj, plej multaj vakuumaj interrupiloj ne atingas sian deklaritan mekanikan vivperiodon kiam ili estas disponebligataj en la tereno.Por pli da perspektivoj pri la fiaskorazoj de Vakuumaj Interrupiloj (VIs), bonvolu referenci la relevantan artikolon.
La vakuumaj interrupildizajnistoj devas preni precaŭzojn por eviti ke la uzanto torĉas la faldaĵojn kiam instali la vakuan interrupilon en mekanisman. Torĉita faldaĵo povas havi sian mekanikan vivperiodon severe reduktitan, eble al malpli ol 1% de ĝia dezinita vivperiodo. La turnmomanto kiun oni povas aplikigi al la maldika murita faldaĵo en vakua interrupilo antaŭ permanenta torĉado estas relative malalta, ĉirkaŭ 8.5–11.5 Nm. Por eviti faldaĵtorĉadon, la dizajnistoj devus enmeti anti-torĉadbuŝon en ĝin. Ĉi tiu buŝo povas esti blokita en loko per ĝisfiksigo al la finplato de la interrupilo. La interna surfaco de la buŝo estas formita aŭ havas ŝlosiloĉe por eviti ajnan rotacion de la moviĝanta kupra terminalo ankaŭligita al la faldaĵo (kiel montrite en Figuro 2). La buŝmaterialo povas esti metalo aŭ plastiko kiel Nylatron. Uzante plastikmaterialojn kiel Nylatron kaj Valox, necesas esti atentema. Ĉi tiuj materialoj povas esti uzitaj nur en aplikaĵoj kie la maksimuma permesa temperaturo kiun ili spertos estas limigita. Ekzemple, por Nylatron, la temperaturo je kiu ĝia tensia forto estas reduktita al 50% post 100,000 horoj estas ĉirkaŭ 125°C (ĝi povas toleri pli altajn temperaturojn por mallongaj periodoj sen deformiĝo pro sia vidrofibroenhavo), kaj por Valox DR48, ĝi estas ĉirkaŭ 140°C. Ankaŭ estas pli kostaj, pli altatemperaturaj plastikoj haveblaj, kiel “Ultem 2310 R.”
Fig 2: Ekzemploj de Anti-torĉadbuŝoj por Faldaĵprotektado
La materialo uzata por ĉi tiuj anti-torĉadbuŝoj havas maksimuman permesan temperaturon de ĉirkaŭ 180°C. Ĝi povas toleri mallongan tempon (ĉirkaŭ 1 horo) de eksponado al temperaturoj super ĉi tiu limo sen signifa deformiĝo.
Por vakuumaj interrupiloj operantaj je pli alta cirkvitskebrosilvoltajo, pli longa kontakta strako estas necesa. Ekzemple, je 72.5 kV, strako de ĉirkaŭ 40 mm estas bezonata. Por akomodi ĉi tiun etenditan strakon, la faldaĵoj devas proporcie longigi. Tamen, tre longaj faldaĵoj ne malfermas kaj fermas uniforme. Anstataŭe, ili tendencas vermi dum movado. Kiel rezulto, la internaj konvoluoj de la faldaĵo povas frosti kontraŭ la kupra (Cu) terminalo. Ĉi tiu frosto povas substanciale redukti la vivperiodon de la faldaĵo.
Por solvi ĉi tiun problemon, specialaj faldaĵoj kun internaj padoj estas evoluigitaj. Ĉi tiuj padoj glitas laŭ la Cu terminaloj, minimumigante uzadon kaj matroŝon. Ekzemplo de tia faldaĵdizajno estas montrita en Figuro 3.
