Vakuuma prečuļu funkcija

Vacuumu izolācijas un vācu ierīču ievads

Ar tehnoloģisko progresu un pieaugošo satraukumu par globālo sasilšanu, vakuuma šķērsojumu izmantošana ir kļuvusi par nozīmīgu jautājumu elektrikuma inženierzinātnēs.
Nākotnes elektrotīkli stāvokļiem uzdod arvien stingrākas prasības attiecībā uz šķērsojumu veiktspēju, īpaši uzsvērtas ir augstākas šķērsojuma ātrumi un ilgāka darbības laiks. Vidēja sprieguma šķērsojumos vakuuma izolācijas (VIs) ir kļuvušas par plaši izplatītu izvēli. Tāpēc, ka vakuuma izmantošana kā izolējošais materiāls šajā specifiskajā lietojumā piedāvā neapspriežamus priekšrocības. Vakuuma izolācija ir vakuuma šķērsojuma galvenais komponents, un vāci atspoguļo būtisku un efektīvu lomu vakuuma izolācijā.

Metāla vāces ir izstrādātas, lai nodrošinātu ultravysoku vakuumu ciešanu, vienlaikus ļaujot pārvietojamajam elektriskajam kontaktam pārvietoties šķērsojuma kamērā. Tomēr vakuuma izolācijas mehāniskais darbības laiks bieži tiek ierobežots tā sauktajām vakuuma vācēm. Nākotnes šķērsojumos, strādājot pie ātrākiem šķērsojuma ātrumiem, notiks nepieciešamība pēc augstākiem dinamiskiem iedarbību veidiem. Šie iedarbības veidi var izraisīt vācu svārstījumus ar lielākiem amplitūdu apmēriem, tādējādi būtiski samazinot vācu darbības laiku. Turklāt, ņemot vērā prognozēto šķērsojumu operāciju biežumu nākotnes elektrotīklos, vakuuma vācu simulēšana kļūst par nepieciešamu, lai optimizētu to dizainu un, tādējādi, uzlabotu vakuuma izolācijas mehānisko darbības laiku.

Vācu loma vakuuma izolācijās

Vāces, parasti izgatavotas no dūņmetāla plāksnes, ir izstrādātas, lai ļautu kontaktu atvēršanu un slēgšanu, uzturējot vakuumu vidē šķērsojuma kamērā.
Vācu izturība pret mēru ir galvenais faktors, kas nosaka vakuuma izolācijas mehānisko darbības laiku. Katra kontaktu atvēršanas un slēgšanas operācija izraisa vācu nomākošanu, īpaši tuvākās konvolūcijas pretējām malām. Kā papildus mehāniskajai nomākošanai no operācijas pārvietojuma, vācas arī pieredz post-operācijas svārstījumus, kad kontakta pārvietojums beidzas. Šie svārstījumi papildus nomāco vācas, paātrinot to degradāciju laikā.
Attēlā 1 attēlots specifisks Sigma-Netics uzņēmuma ražotais vakuuma izolācijas vācu veids.

Attēls 1: Sigma-Netics uzņēmuma vakuuma izolācijas vāces

Vakuuma izolācijas mehāniskais darbības laiks ir būtiski ietekmēts vairākiem kritiskiem kontaktu pārvietojuma parametriem:

• Stacionārā stāvokļa kontaktu pārbīde vai atstarpe: Tas nosaka, cik tālu kontakti atdalās operācijas laikā, ietekmējot elektrisko izolāciju un loksnes iznīcināšanas spējas.

• Atvēršanas un slēgšanas ātrums: Strādājot ar ātrākiem ātrumiem, var uzlabot šķērsojuma veiktspēju, bet arī izraisa lielākus dinamiskos iedarbības veidus dažādiem komponentiem, tostarp vācēm.

• Pārvietojuma dempfēšana atvēršanas un slēgšanas gaitās beigās: Piestājīga dempfēšana ir būtiska, lai samazinātu vibrācijas un mehānisko nomākošanu vācēm un citiem daļējiem.

• Pārsprādziena un atskaņas atvēršanā: Šie fenomeni var izraisīt papildu nomākošanu kontaktiem un vācēm, potenciāli saīsinot kopējo darbības laiku.

• Montāžas elastīgums: Vacuuma izolācijas montāžas veids var ietekmēt spēku sadalījumu operācijas laikā, ietekmējot vācu mehānisko darbības laiku.

• Kontaktu trīcēšana slēgšanas laikā: Nepieciešama kontaktu trīcēšana var radīt loksni un nomākošanu vācēm, pasliktinot to veiktspēju laikā.

Vācas vakuuma izolācijās spēlē divvirzienu lomu. Tās ļauj pārvietojamā kontakta pārvietojumu, uzturējot vakuumu ciešanu. Izstrādātas no dūņmetāla, parasti ar aptuveni 150 µm biezumu, tās ir izstrādātas, lai izturētu grūtās darbības apstākļus šķērsojuma kamērā. Trīs vācu veidi ir veiksmīgi integrēti vakuuma izolācijas dizainā:

• Bezsešņu hidroformētas vāces: Tās ir formētas bez redzamiem sešņiem, potenciāli piedāvājot uzlabotu integritāti un veiktspēju.

• Sešņu savienotas hidroformētas vāces: Izgatavotas, savienojot sešņus pēc hidroformēšanas, tās balsta izmaksas un veiktspējas prasības.

• Vāces, kas izgatavotas no saldētas dūņmetāla plāksnes: Izstrādātas, savienojot plāksnes, tās piedāvā ekonomisku risinājumu noteiktām lietojumu jomām.

Detalizētā informācija par vācu dizainu un veiktspēju ir pieejama EJMA standartos.

Viena vācu gala ir droši fiksēta, brazējot to vakuuma izolācijas beigu plāksnei, savukārt otra gala ir brazēta pie pārvietojamā termināla un pārvietojas kopā ar to, kad kontakti atveras un slēdzas. Vakuuma izolācijā vācas tiek pakļautas impulsa pārvietojumam kontaktu operācijās. Pārvietojamā kontakta atvēršanas ātrums var strauji palielināties no 0 m/s līdz pat 2 m/s mazāk nekā 100 µs. Kontaktu pārbīdes beigās, vai tas būtu atvēršana vai slēgšana, vācu pārvietojamā gala pārtrauc tieši.

Šo atvēršanas - slēgšanas operāciju biežums atšķiras atkarībā no darbības cikla. Dažos gadījumos tās var notikt daudzkārt, savukārt citos tās ir retas. Pārvietojums, ko vācēm ir jāuzņemas, ir tālu no vienmērīga, un bieži notiek, ka vācas svārstās vairākas reizes vienā atvēršanas vai slēgšanas operācijā. Tiem, kas interesējas analizēt šo vācu pārvietojumu, ir izstrādāts vispārīgs analītisks pieejas veids, lai noteiktu dinamiskos spēkus, kādus vācas pieredz impulsa pārvietojumā.

Lielākā daļa vakuuma izolāciju ražotāju iegūst savas vācas no labi izveidotiem vācu ražotājiem un sadarbojas ar tiem, lai sasniegtu vēlamu vācu darbības laiku. Parasti tas tiek sasniegts, iestrādājot vācas praktiskā vakuuma izolācijā un veicot mehāniskus darbības laika testus statistiski nozīmīgā skaitā vakuuma izolāciju paraugiem. Pēc tam var piešķirt noteiktu mehānisko darbības laiku vakuuma izolācijai ar šādām vācēm, izmantojot Veibula analīzi. Parasti vakuuma izolācijas mehāniskais darbības laika ierobežojums tiek noteikts pēc vācu spējas izturēt iedarbības veidus, pirms notiek nomākošana.

Mehāniski testējot vakuuma izolāciju, ir būtiski, lai vācas tiktu pakļautas tādiem pašiem darbības parametriem, kādos tās sastopas šķērsojuma ierīcē. Šie parametri ietver kopējo pārbīdi (operatīvo atstarpi plus pārākumu), maksimālo atvēršanas ātrumu, maksimālo slēgšanas ātrumu un paātrinājuma un palēninājuma efektus. Testējot vācas vakuuma izolācijā, tās tiek pakļautas visiem ražošanas soļiem, kādus pieredz gatava ierīce. Piemēram, tām ir jātiecas visiem siltuma un dzesēšanas cikliem, kas nepieciešami vakuuma izolācijas ražošanai. Šie procesi neizbēgami anihilēs vācu metālu, mainot tā mikrostruktūru un, tādējādi, tā veiktspējas raksturlielus.

Konkrētas vācas mehāniskais darbības laiks atkarīgs ne tikai no minētajiem darbības parametriem, bet arī no tās pašas fiziskajiem atribūtiem. Šie ietver dūņmetāla veidu, to garumu, diametru, biezumu, konvolūciju skaitu un tās spēju dempfēt pārvietojumu, kad kontakts pārtrauc pārvietoties. Ir iespējams izstrādāt vācas, kas uzticami veic normālās 30 000 operācijas, kas nepieciešamas lielākajai daļai vakuuma šķērsojumu un vakuuma atkalievējošo ierīču, un pat pārsniedz 10^6 operācijas vakuuma kontaktoriem. Tomēr, neskatoties uz vakuuma izolāciju ražotāju pūlēm, lai izstrādātu savus produktus, lai atbilstu dažādo šķērsojumu ierīču noteiktajam mehāniskajam darbības laikam, lielākā daļa vakuuma izolāciju nesasniedz savu norādīto mehānisko darbības laiku, kad tiek izmantotas laukā.Lai iegūtu vairāk informācijas par vakuuma izolāciju (VI) neveiksmju iemesliem, lūdzu, atsaucejieties uz atbilstošo rakstu.

Vakuuma izolācijas dizaineris ir jāņem vērā, lai novērstu vācu izliekšanos, instalējot vakuuma izolāciju mehānismā. Izliekta vāca var būtiski samazināt tās mehānisko darbības laiku, iespējams, līdz mazāk nekā 1% no tās projektētā darbības laika. Spēks, kas var tikt piemērots dūņmetāla vācēm vakuuma izolācijā, pirms notiek pastāvīga izliekšana, ir relatīvi zems, aptuveni 8.5–11.5 Nm. Lai izvairītos no vācu izliekšanas, dizaineris vajadzētu iestrādāt anti-izliekšanas bušu tajā. Šo bušu var fiksēt, piesaistot to izolācijas beigu plāksnei. Bušas iekšējā virsma ir formēta vai ir ar klātieni, lai novērstu kustīgo medņa, kas ir piesaistīts vācēm, rotāciju (kā attēlā 2). Bušas materiāls var būt metāls vai plastmasa, piemēram, Nylatron. Izmantojot plastmasas, piemēram, Nylatron un Valox, ir jābūt uzmanīgam. Šīs materiālu izmantošana ir ierobežota tikai tādās lietojumu jomās, kur maksimāli atļautais temperatūras līmenis, ko tās var izturēt, ir ierobežots. Piemēram, Nylatron temperatūrai, pie kuras tās sprādziena stipruma samazinās līdz 50% pēc 100 000 stundām, ir aptuveni 125°C (tā var izturēt augstākas temperatūras īsā laikā, nevis deformēties, tāpēc, ka tā satur stikla fibru), un Valox DR48 temperatūrai ir aptuveni 140°C. Ir arī dārgākas, augstākās temperatūras plastmasas, piemēram, "Ultem 2310 R".

Attēls 2: Anti-izliekšanas bušu piemēri vācu aizsardzībai

Anti-izliekšanas bušu materiālam ir maksimāli atļauta temperatūra aptuveni 180°C. Tā var izturēt īsu laika (aptuveni 1 stunda) pārsniedzumu šai temperatūrai, neizraisot būtisku deformāciju.

Augstākiem šķērsojumu voltāžu līmeņiem vakuuma izolācijām ir nepieciešama garāka kontaktu pārbīde. Piemēram, 72.5 kV līmenī ir nepieciešama aptuveni 40 mm pārbīde. Lai iestrādātu šo palielināto pārbīdi, vācas ir jāpaildzina proporcionāli. Tomēr ļoti garas vācas neatveras un neslēdzas vienmērīgi. Gan gan tās tendēšanās izkāpt laikā pārvietojuma. Tādējādi vācu iekšējās konvolūcijas var rubēties pret medņu (Cu) terminālu. Šī fricija var būtiski samazināt vācu darbības laiku.

Lai atrisinātu šo problēmu, ir izstrādātas specializētas vāces ar iekšējiem padamiem. Šie padami slīd pa Cu termināliem, samazinot nomākošanu. Piemērs šāda vācu dizaina ir attēlots Attēlā 3.