پیژندگی شرایط خلأ در مدار قطع کننده خلأ با روش نظارت مکانیکی بر فشار

کنترل شرایط خلاء در مدار قطع‌کننده‌های خلاء

مدار قطع‌کننده‌های خلاء (VIs) به عنوان رسانه اصلی قطع مدار برای سیستم‌های برق با ولتاژ متوسط عمل می‌کنند و به طور فزاینده‌ای در سیستم‌های با ولتاژ پایین، متوسط و بالا استفاده می‌شوند. عملکرد VIs به حفظ فشار داخلی کمتر از 10 هکتوپاسکال (که 1 هکتوپاسکال برابر است با 100 پاسکال یا 0.75 تور) بستگی دارد. قبل از ترک کارخانه، VIs آزمایش می‌شوند تا اطمینان حاصل شود که فشار داخلی آن‌ها ≤10^-3 هکتوپاسکال است.
عملکرد یک VI با سطح خلاء آن مرتبط است؛ اما تنها به فشار داخلی نسبت مستقیم ندارد. به جای آن، فشار داخلی یک VI می‌تواند به سه گروه تقسیم شود:

•    فشار کم: زیر 10^-6 هکتوپاسکال
•    فشار متوسط: از حدود 10^-3 هکتوپاسکال تا فشار حداقل پاشن
•    فشار بالا: معمولاً نشان‌دهنده خرابی و از دست دادن خلاء و مواجهه با هوا

در محدوده فشار کم، VIs به طور موثر عمل می‌کنند. اما در محدوده متوسط، هر دو قدرت دی الکتریکی و توانایی قطع مدار کاهش می‌یابند، کاهشی که در محدوده "بازگشت به هوا" ادامه می‌یابد. جالب است که در حالی که عملکرد دی الکتریکی در فشارهای متوسط کمترین است، در محدوده "بازگشت به هوا" کمی بهبود می‌یابد - اگرچه به سطح مشاهده شده در محدوده فشار کم نمی‌رسد.
بسیار مهم است که متوجه شویم هیچ یک از تکنیک‌های کنترل مورد بحث تمام محدوده فشارهای داخل یک VI، از فشار کم تا بازگشت به هوا را پوشش نمی‌دهند. هر تکنیک به یک محدوده خاص اعمال می‌شود، که در متن توضیح داده شده و در جدول 1 خلاصه شده است. علاوه بر این، اثربخشی برخی روش‌ها بر اساس طراحی VI متفاوت است و برخی خروجی‌ها می‌توانند تحت تأثیر ترکیب و فشار گازهایی که ممکن است به داخل VI نشت کنند، مانند هوا یا گاز SF6 استفاده شده در GIS، قرار بگیرند.

استفاده گسترده VIs در قطع‌کننده‌های ولتاژ متوسط چالش تأیید کاملیت خلاء در میدان را تاکید می‌کند، به ویژه پس از دهه‌ها استفاده. بررسی‌های VIs پس از بیش از 20 سال استفاده نتایج مختلطی داشته‌اند. باید توجه داشت که VIs تنها یک مؤلفه از یک سیستم بزرگ‌تر هستند؛ عملکرد مکانیسم، مدار کنترل، طراحی مدار و سایر عناصر نیز برای عملکرد موثر VIs حیاتی است.

جدول 1 خلاصه‌ای از کاربردهای عمومی این تکنیک‌های کنترل در محیط‌های SF6 را ارائه می‌دهد، همراه با در نظر گرفتن موارد عملی برای استفاده آن‌ها با GIS. این جدول همچنین نتایج مختلف روش‌های تست را نشان می‌دهد و پیچیدگی‌های موجود در تضمین قابلیت اعتماد بلندمدت VIs در محتوای عملیاتی متنوع را برجسته می‌کند. درک این جزئیات برای بهینه‌سازی عملکرد و طول عمر سیستم‌های برق که بر تکنولوژی مدار قطع‌کننده خلاء تکیه می‌کنند، ضروری است.

اندازه‌گیری وضعیت مدار قطع‌کننده خلاء با استفاده از کنترل فشار مکانیکی

فشار جوی یک نیروی بستن قابل توجهی را بر روی قطب متحرک مدار قطع‌کننده‌های خلاء (VIs) وارد می‌کند. برای VIs استفاده شده در قطع‌کننده‌های مدار، این نیرو معمولاً به صدها نیوتن می‌رسد. وقتی خلاء داخل VI کاملاً از دست رفته است، فشار داخلی با فشار خارجی جوی برابر می‌شود، که به طور قابل توجهی نیروی بستن را کاهش می‌دهد و رفتار مکانیکی VI را تغییر می‌دهد. روش‌های تشخیصی بر اساس تشخیص این تغییر فقط قادرند تعیین کنند که VI کاملاً خلاء خود را از دست داده است، یعنی "بازگشت به هوا" شده است. به توجه داشته باشید که حتی در فشارهای بالا نزدیک به حداقل پاشن، فشار کافی در داخل VI وجود دارد تا نیروی بستن کامل را حفظ کند.

روش اصلی کنترل فشار مکانیکی

رویکرد اصلی کنترل فشار مکانیکی شامل اتصال یک جزء متحرک اضافی به VI با استفاده از یک لوله زنبرکی یا مکانیسم مشابه (به شکل 1 مراجعه کنید) است. وقتی خلاء کاملاً از دست رفته است، این جزء اضافی به دلیل برابر شدن فشارهای داخلی و خارجی حرکت می‌کند. در حالی که تماس متحرک توسط مکانیسم قطع‌کننده محدود می‌شود، این جزء اضافی آزاد است تا حرکت کند. یک سیستم تشخیصی حرکات این جزء اضافی را نظارت می‌کند و به طور متناسب واکنش نشان می‌دهد. با توجه به سیستم تشخیصی استفاده شده، این ساختار اجازه نظارت مداوم بر VI را می‌دهد. حرکت جزء اضافی بستگی به طراحی خود جزء دارد و نه طراحی کلی VI، که این روش را برای VIs با ولتاژ پایین، متوسط و بالا قابل اعمال می‌کند.
اعتبارات عملی

با اینکه از نظر نظری امکان‌پذیر است، استفاده از نیروی بستن روی قطب متحرک VI برای تشخیص از دست دادن خلاء چالش‌هایی دارد. فشار جوی معمولاً نیروی چند صد نیوتن را به قطب متحرک VI وارد می‌کند، در حالی که خود قطع‌کننده نیروی بستن چند هزار نیوتنی وارد می‌کند. بنابراین، تشخیص کاهش نیروی بستن VI از طریق رفتار مکانیکی قطع‌کننده به دلیل اندازه نسبتاً کوچک نیروی بستن VI نسبت به نیروی بستن قطع‌کننده دشوار است. در مورد تماس‌گیرهای خلاء، اما که نیروی وارد شده از مکانیسم تماس‌گیر کمتر است، تشخیص کامل از دست دادن خلاء از طریق رفتار مکانیکی ممکن‌تر است.

با استفاده از یک جزء متحرک اضافی و یک سیستم تشخیصی، کنترل فشار مکانیکی راه‌حل عملی برای ارزیابی مداوم وضعیت خلاء VIs ارائه می‌دهد. این تکنیک روشی قابل اعتماد برای تشخیص کامل از دست دادن خلاء فراهم می‌کند، اگرچه قادر به شناسایی افزایش جزئی فشار در داخل VI نیست. با این حال، این تکنیک ابزاری ارزشمند برای تضمین کاملیت و عملکرد VIs در سطوح مختلف ولتاژ و کاربردها است.

این روش اطمینان می‌دهد که هر گونه از دست دادن خلاء قابل توجه به طور سریع شناسایی شود و اقدامات تعمیر و نگهداری یا جایگزینی به موقع انجام شود، که منجر به افزایش قابلیت اعتماد و ایمنی سیستم‌های برق که بر VIs تکیه می‌کنند می‌شود.

زمینه کنترل مدار قطع‌کننده خلاء با استفاده از روش کنترل فشار مکانیکی

روش کنترل فشار مکانیکی کاملیت خلاء یک مدار قطع‌کننده خلاء (VI) را با تشخیص تغییرات رفتار مکانیکی ناشی از از دست دادن نیروی بستن به دلیل فشار جوی روی قطب متحرک ارزیابی می‌کند. این روش اندازه‌گیری دودویی، عبور / عدم عبور ارائه می‌دهد که نشان می‌دهد VI آیا خلاء خود را از دست داده و "بازگشت به هوا" شده است. فشارهای نزدیک حداقل پاشن و سایر نقاط بحرانی که عملکرد VI شروع به کاهش می‌کند، خیلی کم هستند تا تغییرات مکانیکی قابل تشخیصی از طریق این روش ایجاد کنند.

مزایا و معایب روش کنترل فشار مکانیکی

مزایا:
•    سازگاری: این روش به طور کلی با انواع مختلف عایق‌سازی، از جمله SF6، روغن و عایق جامد سازگار است، به شرطی که مسائل عملی مانند محدودیت فضایی و هدایت نور به تجهیزات تشخیصی مدیریت شود.
•    مزایای روش نوری: استفاده از یک روش نوری امکان جابجایی اجزای غیرنوری به قسمت ولتاژ پایین سوئیچ‌گیری را فراهم می‌کند که می‌تواند ایمنی و راحتی نگهداری را افزایش دهد.
معایب:
•    نیاز به نصب: قطعه متحرک مورد نیاز برای کنترل فشار باید در مرحله ساخت اولیه VI نصب شود. این قطعه نمی‌تواند به VIs ساخته شده نصب شود. اگرچه از نظر نظری ممکن است VIs مجهز به این ویژگی را به قطع‌کننده‌های موجود با تجهیزات مورد نیاز اضافه کنیم، چالش‌های عملی مربوط به تناسب افزودن قطعه اضافی به نصب‌های موجود اغلب این موضوع را غیرعملی می‌کند.
•    نگرانی‌های مربوط به قابلیت اعتماد: قابلیت اعتماد تجهیزات اندازه‌گیری نسبت به خود VI خطر قابل توجهی است. افزودن قطعات دیگر به VI مسیرهای نشت جدید ممکن را معرفی می‌کند و ممکن است در نصب آسیب‌پذیرتر باشند، که ممکن است منجر به از دست دادن خلاء شود.

آسیب‌پذیری اجزا:

• روش‌های نوری: فیبرهای نوری استفاده شده در سیستم تشخیصی آسیب‌پذیر به ناهماهنگی، آسیب در نصب و بلوکه شدن به دلیل تكثيف یا گرد و غبار هستند.

• روش تماس الکتریکی: تشخیص حرکت از طریق تماس‌های الکتریکی نیاز به یک مدار میکروی تغذیه شده نزدیک VI دارد که باید الکتریکی جدا شود. این موضوع چندین حالت شکست ممکن را معرفی می‌کند، از جمله مشکلات مربوط به قابلیت اعتماد مدار میکرو، انتقال موفقیت‌آمیز سیگنال، تغذیه مدار و حفظ جدایی الکتریکی.

به طور خلاصه، اگرچه روش کنترل فشار مکانیکی راهی ساده برای تأیید کامل از دست دادن خلاء یک VI ارائه می‌دهد، محدودیت‌های قابل توجهی دارد. این محدودیت‌ها شامل عدم امکان نصب مجدد VIs موجود، نگرانی‌های مربوط به قابلیت اعتماد اجزای اضافی و چالش‌های عملی مربوط به نصب و عملکرد می‌شود. در نظر گرفتن دقیق این عوامل برای تصمیم‌گیری در مورد مناسب بودن این روش برای کاربردهای خاص ضروری است. تضمین طراحی و اجرای قوی می‌تواند برخی از این خطرات را کاهش دهد و به طور کلی قابلیت اعتماد و اثربخشی سیستم‌های کنترل مدار قطع‌کننده خلاء را افزایش دهد.