Tyhjiön tilan mittaaminen tyhjiökatkaisijassa mekaanisen paineen valvontamenetelmällä

Vakuumpitoisuuden valvonta vakuumpoikkeamissa

Vakuumpoikkeamat (VP) toimivat keskispankoksi sähköjärjestelmien pääasiallisena katkopisteena ja niiden käyttö on yleistymässä matalan, keskisen ja korkean jännitteen järjestelmissä. VP:n suorituskyky perustuu siihen, että sisäinen paine pidetään alle 10 hPa (missä 1 hPa = 100 Pa tai 0.75 torr). Tehtaasta lähtevät VP:t testataan varmistaakseen, että niiden sisäinen paine on ≤10^-3 hPa.
VP:n suorituskyky liittyy sen vakuupitoisuuteen, mutta se ei ole suoraan verrannollinen sisäiseen paineeseen. Sen sijaan VP:n sisäinen paine voidaan luokitella kolmeen ryhmään:

•    Matala paine: Alle 10^-6 hPa
•    Keskirypäleinen paine: Noin 10^-3 hPa alkaen Paschenin minimipaineen asti
•    Korkea paine: Yleensä osoittaa epäonnistumista, joka johtaa ilmaan altistumiseen

Matalassa paineryhmässä VP:t toimivat tehokkaasti. Keskirypäleisessä paineryhmässä kuitenkin sekä dielektrinen vahvuus että katko-ominaisuudet heikkenevät, mikä jatkuu "ilmaan asti" -alueelle. Kiinnostavasti, vaikka dielektrinen suorituskyky on heikoin keskirypäleisissä paineissa, se paraneekin hieman "ilmaan asti" -alueella – vaikka ei samaan tasoon kuin matalassa paineryhmässä.
On tärkeää huomioida, että mitään mainituista valvontamenetelmistä ei kattaa VP:n koko painearvoaluetta, matalasta painesta ilmanaltistumiseen asti. Jokainen menetelmä soveltuu tiettyyn painealueeseen, jota on selitetty tekstissä ja yhteenvetetty Taulukossa 1. Lisäksi tietyt menetelmien tehokkuudet vaihtelevat VP:n suunnittelun mukaan, ja jotkut tulokset voivat riippua mahdollisesti VP:hon vuotavien kaasujen, kuten ilmakehän tai GIS-pistoriippuvaihdetuksessa käytettävän SF6-kaasun, koostumuksen ja paineen mukaan.

VP:n laajalla käytöllä keskijännitteisissä pistoriipeissä korostuu haaste vakuun eheyden vahvistamisessa kentässä, erityisesti useiden vuosikymmenien palvelun jälkeen. VP:n tarkastukset yli 20 vuoden käytön jälkeen ovat tuottaneet ristiriitaisia tuloksia. On tärkeää huomioida, että VP:t ovat vain osa laajempaa järjestelmää; mekanismin, ohjauskierroksen, piirisuunnitelman ja muiden elementtien toimivuus on yhtä tärkeää VP:n tehokkaalle toiminnalle.

Taulukko 1 tarjoaa yhteenvetokuvan näiden valvontamenetelmien yleisimmistä sovelluksista SF6-ympäristöissä, sekä käytännön huomioita niiden käytöstä GIS-pistoriipeissä. Tämä taulukko esittelee myös eri testimenetelmien tulokset, korostaen VP:n pitkäaikaisen luotettavuuden varmistamisen monimutkaisuutta erilaisissa toimintaympäristöissä. Näiden yksityiskohtien ymmärtäminen on olennaista sähköjärjestelmien, jotka perustuvat vakuumpoikkeamatekniikkaan, suorituskyvyn ja kestävyyden optimoimiseksi.

Vakuumpoikkeaman tilan mittaus mekaanisen painevalvonnan avulla

Ilmakehän paine aiheuttaa merkittävän sulkuvoiman vakuumpoikkeamien (VP) liikutteelle. Sirkuittipistoriipeihin käytettyjen VP:jen käsittelyssä tämä voima on yleensä useita satoja newtonia. Kun VP:n sisäinen vakuu on kokonaan kadonnut, sisäinen paine tasautuu ulkoisen ilmakehän paineen kanssa, mikä merkittävästi vähentää sulkuvoimaa ja muuttaa VP:n mekaanista käyttäytymistä. Diagnostiset menetelmät, jotka perustuvat tähän muutokseen, kykenevät tunnistamaan ainoastaan, kun VP on kokonaan kadottanut vakuunsa, eli se on "ilman altistuneena". Huomioitavaa on, että jopa Paschenin minimipainetta lähellä olevissa paineissa VP:ssä on riittävästi painetta ylläpitääkseen täydellisen sulkuvoiman.

Pääasiallinen menetelmä mekaanisen painevalvonnan suorittamiseksi

Pääasiallinen lähestymistapa mekaaniseen painevalvontaan on lisätä VP:hen ylimääräinen liikuva komponentti, kuten bellows-mekanismilla (katso Kuva 1). Kun vakuu on kokonaan kadonnut, tämä ylimääräinen osa liikkuu sisäisen ja ulkoisen paineen tasapainottamisen vuoksi. Erityyppisestä sirkuittipistoriipimekanismista rajoitettuun liikkuvaan kontaktiin verrattuna tämä ylimääräinen osa on vapaa liikkumaan. Havaintojärjestelmä seuraa tämän ylimääräisen komponentin sijaintimuutoksia ja reagoi niihin vastaavasti. Käytettävän havaintojärjestelmän mukaan tämä asetus mahdollistaa VP:n jatkuvan valvonnan. Ylimääräisen osan liike määräytyy sen omasta suunnittelusta, eikä VP:n yleisestä suunnittelusta, mikä tekee tästä menetelmästä sovellettavaksi matalan, keskisen ja korkean jännitteen VP:ihin.
Käytännön huomiot

Vaikka teoreettisesti mahdollista, VP:n liikutteen sulkuvoiman käyttö vakuun kadotuksen havaitsemiseen asettaa haasteita. Ilmakehän paine yleensä aiheuttaa VP:n liikutteelle useita satoja newtonia, kun taas sirkuittipistoriipi itse aiheuttaa sulkuvoiman, joka on useita tuhatia newtonia. Siksi on vaikeaa havaita VP:n sulkuvoiman vähenemistä sirkuittipistoriipin mekaanisen käyttäytymisen kautta, koska VP:n sulkuvoiman suuruus on verrattain pieni sirkuittipistoriipin sulkuvoiman suhteen. Vakuukontaktoreissa, joissa kontaktorimekanismi aiheuttaa alempiin voimiin, vakuun kokonaisen kadotuksen diagnostiikka mekaanisen käyttäytymisen kautta voi olla kuitenkin mahdollista.

Ylimääräisen liikuva osan ja havaintojärjestelmän käyttö antaa käytännöllisen ratkaisun VP:n vakuutilanteen jatkuvan arvioinnin suorittamiseksi. Tämä tekniikki tarjoaa luotettavan keinon havaita kokonaisten vakuun kadotuksen, vaikka se ei pysty havaitsemaan osittaisia paineen kasvuja VP:ssä. Siitä huolimatta se edustaa arvokasta työkalua VP:n eheyden ja toimivuuden varmistamiseksi eri jänniteasteilla ja sovelluksissa.

Tämä menetelmä varmistaa, että kaikki merkittävät vakuun kadotukset havaitaan välittömästi, mikä mahdollistaa ajallisen huollon tai vaihdon, parantaen siten VP:ihin perustuvien sähköjärjestelmien luotettavuutta ja turvallisuutta.

Tausta vakuumpoikkeaman valvonnasta mekaanisen painevalvonnan avulla

Mekaaninen painevalvonta-arviointi arvioi vakuumpoikkeaman (VP) eheyttä havaitsemalla mekaanisen käyttäytymisen muutoksia, jotka johtuvat sulkuvoiman kadotuksesta ilmakehän paineen vuoksi VP:n liikutteessa. Tämä menetelmä tarjoaa binäärisen, hyvä/huono mittauksen, joka osoittaa, onko VP kadottanut vakuunsa ja on "ilman altistuneena". Painet, jotka ovat lähellä Paschenin minimiä ja muita kriittisiä pisteitä, joissa VP:n suorituskyky alkaa heikentyä, ovat liian pieniä aiheuttamaan mitään havaittavaa mekaanista muutosta tämän menetelmän avulla.

Mekaanisen painevalvonnan etu- ja haittapuolia

Eduet:
•    Yhteensopivuus: Menetelmä on yleisesti yhteensopiva eri eristysmuodoilla, kuten SF6, öljyllä ja kiinteällä eristyksellä, jos käytännön ongelmat, kuten tilan rajoitukset ja valon ohjaaminen havaintolaitteisiin, voidaan hallita.
•    Optisen tekniikan edut: Optisen tekniikan käyttö mahdollistaa ei-optisten komponenttien siirtämisen pistoriipin matalajännitekompartimenttiin, mikä voi parantaa turvallisuutta ja ylläpidon helpottamista.
Haitat:
•    Asennusvaatimus: Painevalvontaan tarvittava liikuva osa on asennettava VP:n alkuperäiseen valmistukseen. Sitä ei voida lisätä jo rakennettuihin VP:ihin. Vaikka teoreettisesti olisi mahdollista integroida tämän ominaisuuden varustetut VP:t olemassa oleviin sirkuittipistoriipeihin yhdessä tarvittavien valvontalaiteiden kanssa, käytännön haasteet, kuten ylimääräisen osan lisäykseksi olemassa oleviin asennuksiin, usein tekevät tämän epäkäytännölliseksi.
•    Luotettavuushaasteet: Mittauslaitteiston luotettavuuden VP:n omaan luotettavuuteen nähden on merkittävä riski. Lisättyihin VP:hin liitetyt limatussa osissa aiheuttavat potentiaalisia uusia vuotojen reittejä ja ne voivat olla alttiimpia vahingoille asennuksen aikana, mikä voi johtaa vakuun kadotukseen.

Komponenttien haurautus:

• Optiset tekniikat: Valokuitu, jota havaintojärjestelmässä käytetään, on altis epätarkalle asettamiselle, vahingoille asennuksen aikana ja sumenemiselle kondensaation tai pölyilyn vuoksi.

• Sähköinen yhteysmetodi: Liikkeen havaitseminen sähkökontaktien kautta vaatii VP:n lähelle asennetun virtapiirin, joka on myös sähköisesti eristettävä. Tämä tuo mukanaan useita potentiaalisia epäonnistumismalleja, mukaan lukien virtapiirin luotettavuuden, signaalien onnistuneen siirtämisen, virtapiirin toiminnan ja sähköisen eristämisen ylläpitämisen.

Yhteenvetona, vaikka mekaaninen painevalvonta-arviointi tarjoaa yksinkertaisen keinon vahvistaa, onko VP kokonaan kadottanut vakuunsa, sillä on huomattavia rajoitteita. Nämä sisältävät mahdottomuuden lisätä olemassa oleviin VP:ihin, potentiaalisia luotettavuushaasteita lisäkomponenttien kanssa ja käytännön haasteita asennuksen ja toiminnan suhteen. Nämä tekijät on huomioitava tarkasti päätettäessä tämän menetelmän soveltuvuudesta tiettyihin sovelluksiin. Luotettavan suunnittelun ja toteutuksen varmistaminen voi auttaa lievittämään joitakin näistä riskeistä, parantaen siten VP-valvontajärjestelmien yleistä luotettavuutta ja tehokkuutta.