قياس حالة الفراغ في قاطع التيار الفراغي عن طريق طريقة مراقبة الضغط الميكانيكي
مراقبة حالة الفراغ في مانعات التدفق بالفراغ
تعمل مانعات التدفق بالفراغ (VIs) كوسيلة رئيسية لقطع الدائرة الكهربائية في أنظمة الطاقة ذات الجهد المتوسط وتعتمد بشكل متزايد في الأنظمة ذات الجهد المنخفض والمتوسط والمرتفع. يعتمد أداء VIs على الحفاظ على ضغط داخلي أقل من 10 هكتو باسكال (حيث 1 هكتو باسكال يساوي 100 باسكال أو 0.75 تور). قبل مغادرة المصنع، تخضع VIs لاختبارات للتأكد من أن الضغط الداخلي فيها ≤10^-3 هكتو باسكال.
يرتبط أداء VI بمستوى الفراغ فيه ولكن ليس بشكل بسيط مع الضغط الداخلي. بدلاً من ذلك، يمكن تصنيف الضغط داخل VI إلى ثلاثة مجموعات:
• الضغط المنخفض: أقل من 10^-6 هكتو باسكال
• الضغط المتوسط: من حوالي 10^-3 هكتو باسكال حتى الضغط الأدنى لباسشن
• الضغط المرتفع: عادة ما يشير إلى فشل يؤدي إلى التعرض للهواء
في نطاق الضغط المنخفض، تعمل VIs بكفاءة. ومع ذلك، في النطاق المتوسط، تتدهور كل من قوة العزل وقدرة القطع، وتستمر هذه التدهور في النطاق "حتى الهواء". بشكل مثير للاهتمام، بينما يكون أداء العزل في أدنى مستوياته في الضغوط المتوسطة، فإنه يتحسن قليلاً في النطاق "حتى الهواء" - رغم أنه لا يصل إلى المستوى الموجود في النطاق المنخفض للضغط.
من الضروري أن ندرك أن أي من تقنيات المراقبة المذكورة لا تغطي كامل نطاق الضغوط داخل VI، من الضغط المنخفض وحتى الهواء. كل تقنية تنطبق على نطاق محدد، كما هو مفصل في النص ومختصر في الجدول 1. بالإضافة إلى ذلك، يختلف فعالية بعض الأساليب بناءً على تصميم VI، ويمكن أن تتأثر بعض النواتج بتكوين وضغط الغازات التي قد تسرب إلى VI، مثل الهواء الجوي أو غاز SF6 المستخدم في معدات التحويل الكهربائي.
يشدد استخدام VIs الواسع في معدات التحويل الكهربائي ذات الجهد المتوسط على تحدي تأكيد سلامة الفراغ في الميدان، خاصة بعد عقود من الخدمة. أظهرت فحوصات VIs بعد أكثر من 20 عامًا من الاستخدام نتائج مختلطة. من المهم ملاحظة أن VIs هي مجرد عنصر واحد في نظام أكبر؛ فوظيفة الآلية ودوائر التحكم وتصميم الدائرة والعناصر الأخرى بنفس القدر من الأهمية لعمل VIs بكفاءة.
يقدم الجدول 1 ملخصًا للتطبيقات العامة لهذه التقنيات في البيئات SF6، جنبًا إلى جنب مع اعتبارات عملية لاستخدامها مع معدات التحويل الكهربائي. يوضح هذا الجدول أيضًا نتائج طرق الاختبار المختلفة، مما يسلط الضوء على التعقيدات المعنية بضمان موثوقية VIs على المدى الطويل في سياقات تشغيل مختلفة. فهم هذه التفاصيل أمر أساسي لتحسين أداء وطول عمر الأنظمة الكهربائية المعتمدة على تقنية مانعات التدفق بالفراغ.
قياس حالة مانع التدفق بالفراغ باستخدام مراقبة الضغط الميكانيكي
يؤدي الضغط الجوي إلى تطبيق قوة إغلاق كبيرة على الطرف المتحرك في مانعات التدفق بالفراغ (VIs). بالنسبة لـ VIs المستخدمة في المقاطع الكهربائية، تبلغ هذه القوة عادة عدة مئات من النيوتن. عندما يفقد الفراغ داخل VI تمامًا، يتم تسوية الضغط الداخلي مع الضغط الجوي الخارجي، مما يقلل بشكل كبير من قوة الإغلاق ويغير السلوك الميكانيكي لـ VI. يمكن لطرق التشخيص المستندة إلى اكتشاف هذا التغيير فقط تحديد ما إذا كان VI قد فقد فراغه تمامًا، أي أنه أصبح "حتى الهواء". من الجدير بالذكر أنه حتى عند الضغوط العالية مثل تلك القريبة من الضغط الأدنى لباسشن، يظل هناك ضغط كافٍ داخل VI للحفاظ على القوة الكاملة لإغلاقه.
الطريقة الرئيسية لمراقبة الضغط الميكانيكي
تشمل الطريقة الرئيسية لمراقبة الضغط الميكانيكي ربط مكون متحرك إضافي بـ VI باستخدام جرسون أو آلية مشابهة (راجع الشكل 1). عندما يفقد الفراغ تمامًا، يتحرك هذا الجزء الإضافي بسبب تسوية الضغط الداخلي والخارجي. على عكس الاتصال المتحرك الذي يحدده آليات المقاطع الكهربائية، فإن هذا الجزء الإضافي حر في الحركة. يقوم نظام الكشف بمراقبة تغييرات وضع هذا الجزء الإضافي ويتفاعل وفقًا لذلك. اعتمادًا على نظام الكشف المستخدم، يسمح هذا الترتيب بمراقبة مستمرة لـ VI. يتحدد حركة الجزء الإضافي بواسطة تصميمه الخاص وليس تصميم VI ككل، مما يجعل هذه الطريقة قابلة للتطبيق على VIs ذات الجهد المنخفض والمتوسط والمرتفع.
اعتبارات عملية
على الرغم من أنه نظريًا ممكن، فإن استخدام قوة الإغلاق على الطرف المتحرك لـ VI للكشف عن فقدان الفراغ يقدم تحديات. يطبق الضغط الجوي عادة قوة تبلغ عدة مئات من النيوتن على الطرف المتحرك لـ VI، بينما تطبق المقاطع الكهربائية نفسها قوة إغلاق تبلغ عدة آلاف من النيوتن. لذلك، فإن تحديد انخفاض في قوة الإغلاق لـ VI عبر السلوك الميكانيكي للمقاطع الكهربائية صعب بسبب صغر حجم قوة الإغلاق لـ VI مقارنة بقوة المقاطع الكهربائية. ومع ذلك، في الملامسات الكهربائية، حيث تكون القوة المطبقة من آليات الملامس أقل، قد يكون تشخيص فقدان الفراغ الكامل من خلال السلوك الميكانيكي أكثر قابلية للتنفيذ.
من خلال استخدام مكون متحرك إضافي ونظام كشف، توفر مراقبة الضغط الميكانيكي حلًا عمليًا لتقييم مستمر لحالة الفراغ في VIs. توفر هذه التقنية وسيلة موثوقة لكشف فقدان الفراغ الكامل، على الرغم من أنها لا تستطيع تحديد زيادة جزئية في الضغط داخل VI. ومع ذلك، تمثل أداة قيمة لضمان سلامة وفعالية VIs في مختلف مستويات الجهد والتطبيقات.
توفر هذه الطريقة التأكيد على أن أي فقدان كبير للفراغ يتم اكتشافه فورًا، مما يسمح بإجراء صيانة أو استبدال في الوقت المناسب، وبالتالي تعزيز موثوقية وأمان الأنظمة الكهربائية المعتمدة على VIs.
خلفية حول مراقبة مانع التدفق بالفراغ باستخدام طريقة مراقبة الضغط الميكانيكي
تقوم تقنية مراقبة الضغط الميكانيكي بتقييم سلامة الفراغ في مانع التدفق بالفراغ (VI) من خلال اكتشاف التغييرات في السلوك الميكانيكي بسبب فقدان قوة الإغلاق الناجم عن الضغط الجوي على الطرف المتحرك. توفر هذه الطريقة قياسًا ثنائيًا (نجاح / فشل) يشير إلى ما إذا كان VI قد فقد فراغه وأصبح "حتى الهواء". الضغوط حول الضغط الأدنى لباسشن وغيرها من النقاط الحرجة حيث يبدأ أداء VI في التدهور منخفضة جدًا بحيث لا تسبب أي تغيير ميكانيكي يمكن اكتشافه باستخدام هذه الطريقة.
مزايا وعيوب طريقة مراقبة الضغط الميكانيكي
المزايا:
• التوافق: الطريقة متوافقة بشكل عام مع أنواع العزل المختلفة، بما في ذلك SF6 والنفط والعزل الصلب، شريطة أن يتم التعامل مع المشكلات العملية مثل القيود المكانية وإرشاد الضوء إلى معدات الكشف.
• فوائد التقنية البصرية: استخدام تقنية بصرية يتيح نقل المكونات غير البصرية إلى comparment الجهد المنخفض في معدات التحويل الكهربائي، مما يمكن أن يعزز الأمان وسهولة الصيانة.
العيوب:
• متطلبات التركيب: يجب تركيب الجزء المتحرك اللازم لمراقبة الضغط أثناء تصنيع VI الأولي. لا يمكن تجهيزه لـ VIs المبنية بالفعل. بينما قد يكون من الناحية النظرية ممكنًا دمج VIs مجهزة بهذه الميزة في المقاطع الكهربائية الموجودة مع المعدات اللازمة لمراقبة الضغط، فإن التحديات العملية المتعلقة بتركيب الامتداد لهذا الجزء الإضافي في التثبيتات الموجودة غالبًا ما يجعل هذا غير عملي.
• مخاوف بشأن الموثوقية: تشكل موثوقية معدات القياس مقارنة بـ VI نفسه مخاطر كبيرة. تضيف الأجزاء الملحومة الإضافية إلى VI مسارات تسرب محتملة جديدة وقد تكون أكثر عرضة للتلف أثناء التركيب، مما قد يؤدي إلى فقدان الفراغ.
هشاشة المكونات:
التقنيات البصرية: الألياف البصرية المستخدمة في نظام الكشف عرضة للانحراف والتلف أثناء التركيب وسدود من الرذاذ أو الغبار.
طريقة الاتصال الكهربائي: يتطلب الكشف عن الحركة عبر الاتصالات الكهربائية دارة مصغرة بالقرب من VI يجب أن تكون معزولة كهربائيًا أيضًا. هذا يدخل العديد من أوضاع الفشل المحتملة، بما في ذلك مشاكل موثوقية الدارة المصغرة ونقل الإشارة بنجاح وتزويد الدارة بالطاقة والحفاظ على العزل الكهربائي.
باختصار، بينما توفر طريقة مراقبة الضغط الميكانيكي طريقة مباشرة لتأكيد ما إذا كان VI قد فقد فراغه تمامًا، إلا أنها تأتي مع قيود ملحوظة. تتضمن هذه القيود عدم القدرة على تجهيز VIs الموجودة بالفعل، ومخاوف بشأن موثوقية المكونات الإضافية، والتحديات العملية المتعلقة بالتركيب والتشغيل. يعتبر التفكير بعناية في هذه العوامل أمرًا ضروريًا عند تحديد مدى ملاءمة هذه الطريقة للتطبيقات المحددة. يمكن أن يساعد التصميم والتنفيذ القوي في تخفيف بعض هذه المخاطر، مما يعزز الموثوقية والفعالية الكلية لنظم مراقبة مانعات التدفق بالفراغ.
