Vakuumszint-mérés a vákuumszakítóban mechanikus nyomásvizsgálati módszerrel

Vakuumszint monitorozása vakuumpörölyökben

A vakuumpörölyök (VIs) az elsődleges áramköri megszakító médiát jelentenek a középhatású villamos rendszerek számára, és egyre nagyobb mértékben használják őket alacsony, közepes és magas feszültségű rendszerekben. A VIs teljesítménye attól függ, hogy a belső nyomás 10 hPa (ahol 1 hPa = 100 Pa vagy 0,75 torr) alatt marad. A gyárból kilépés előtt a VIs-eket tesztelik, hogy bizonyosodjanak meg róla, hogy a belső nyomásuk ≤10^-3 hPa.
A VI teljesítménye összefügg a vakuumszinttel, de nem arányos a belső nyomással. Inkább a VI belső nyomása három csoportba sorolható:

•    Alacsony nyomás: 10^-6 hPa alatt
•    Közepes nyomás: Körülbelül 10^-3 hPa-tól a Paschen minimális nyomásig
•    Magas nyomás: Általában a viharodás jelzése, ami a levegőbe való kitettséget jelenti

Az alacsony nyomás tartományban a VIs hatékonyan működnek. Azonban a közepes nyomás tartományban mind a dielektrikus erő, mind a megszakító képességek romlásnak indultak, ami tovább folytatódik a "levégi" tartományban. Érdekes módon, bár a közepes nyomásoknál a dielektrikus teljesítmény a leggyengébb, a "levégi" tartományban enyhén javul, mégsem éri el az alacsony nyomás tartományban tapasztalt szintet.
Fontos megjegyezni, hogy a beszélt monitorozási technikák egyike sem lefedi a VI teljes nyomásvastagságát, ahol az alacsony nyomástól a "levégi" állapotig terjed. Minden technika egy adott tartományra vonatkozik, amely a szövegben részletezett, és Összefoglaló táblázatban (1. táblázat) ismertetve van. Továbbá, bizonyos módszerek hatékonysága a VI tervezésétől függ, és a potenciálisan belebukkanó gázok, például a légkörbeli levegő vagy a GIS kapcsolókban használt SF6 gáz kompozíciójától és nyomásától is befolyásolható a VI-ben.

A VIs széles körben történő alkalmazása a középhatású kapcsolókban kiemeli a mezőben a vakuumszint integritásának ellenőrzésének kihívását, különösen több évtizednyi használat után. A 20 év feletti használat után végzett ellenőrzések egymástól eltérő eredményeket hoztak. Fontos megjegyezni, hogy a VIs csak egy olyan nagyobb rendszer egyik összetevője, a mechanizmus, vezérlőkör, áramkörtervezés és más elemek működése is létfontosságú a VIs hatékony működéséhez.

A 1. táblázat összefoglalja ezeknek a monitorozási technikáknak a széles körben alkalmazott SF6 környezetben történő használatát, valamint a GIS kapcsolókkal való használatuk gyakorlati szempontjait. Ez a táblázat különböző teszmódszerek eredményeit is bemutatja, felhívva a figyelmet a VIs hosszú távú megbízhatóságának biztosításával kapcsolatos összetettségre különböző működési környezetekben. Ezeknek a finom pontoknak a megértése létfontosságú a vakuumpöröly technológiát használó villamos rendszerek teljesítményének és élettartamának optimalizálása szempontjából.

Vakuumpöröly állapotának mérése mechanikus nyomásmonitorozással

A légkörnyezeti nyomás jelentős záróerőt gyakorol a vakuumpörölyök (VIs) mozgó termináljára. A VIs-ket áramköri kapcsolókban használó esetekben ez a záróerő általában több száz newton. Amikor a VI belső vakuuma teljesen elveszik, a belső nyomás egyenlővé válik a külső légkörnyezeti nyomással, jelentősen csökkentve a záróerőt, és megváltoztatva a VI mechanikai viselkedését. A diagnosztikai módszerek, amelyek ezt a változást érzékelik, csak akkor tudják azonosítani, ha a VI teljesen elveszítette a vakuumát, azaz "levégi" állapotban van. Megjegyzendő, hogy még a Paschen minimális nyomás közelében is elégséges nyomás marad a VI-ben, hogy a teljes záróerőt fenntartsa.

Fő módszer a mechanikus nyomásmonitorozáshoz

A mechanikus nyomásmonitorozás főközelítése egy további mozgó elem csatlakoztatását jelenti a VI-hoz csavaros vagy hasonló mechanizmus segítségével (lásd az 1. ábrát). Amikor a vakuum teljesen elveszik, ez a további rész a belső és külső nyomás egyenlőtlensége miatt mozog. A mozgó kapcsolónak ellentétben, amelyet a kapcsolómechanizmus korlátoz, ez a további rész szabadon mozdulhat. Egy érzékelőrendszer figyeli a további elem helyzetváltozását, és ennek megfelelően reagál. Az érzékelőrendszer függvényében ez a beállítás lehetővé teszi a VI folyamatos monitorozását. A további rész mozgása saját tervezésétől függ, nem pedig a teljes VI tervezésétől, így ez a módszer alkalmazható alacsony, közepes és magas feszültségű VIs-re.
Gyakorlati szempontok

Bár elméletileg lehetséges, a VI mozgó termináljának záróerőjének a vakuumvesztés érzékelésére való használata nehézségekkel jár. A légkörnyezeti nyomás általában több száz newton erejét gyakorolja a VI mozgó termináljára, míg a kapcsolómagát több ezer newton erejével zárja. Ezért a VI záróerőjének csökkenésének azonosítása a kapcsoló mechanikai viselkedéséből nehezen oldható meg, mivel a VI záróerőjének relatív kis nagysága a kapcsolóhoz képest. A vakuumpörölykapcsolókban, ahol a kapcsolómechanizmus által kifejtett erő kisebb, a teljes vakuumvesztés diagnosztizálása a mechanikai viselkedés alapján könnyebb lehet.

Egy további mozgó rész és érzékelőrendszer használatával a mechanikus nyomásmonitorozás praktikus megoldást kínál a VIs vakuumszintjének folyamatos értékelésére. Ez a technika megbízható módot nyújt a teljes vakuumvesztés észlelésére, bár nem képes azonosítani a VI belső részében bekövetkező részleges nyomás-emelkedést. Ugyanakkor ez egy értékes eszköz a VIs integritásának és működésének biztosítására különböző feszültségi szinteken és alkalmazásokban.

Ez a módszer garantálja, hogy a jelentős vakuumvesztést időben észleljük, lehetővé téve a szükséges karbantartási vagy cserélési lépések időben történő végrehajtását, ezzel növelve a VIs-re épülő villamos rendszerek megbízhatóságát és biztonságát.

Háttér a vakuumpörölyek monitorozására mechanikus nyomásmonitorozással

A mechanikus nyomásmonitorozási technika a vakuumpöröly (VI) vakuumszintjének integritását ellenőrzi a mozgó terminálra ható záróerő elvesztésének detektálásával. Ez a módszer bináris, passz/nem passz mérést ad arról, hogy a VI teljesen elvesztette-e a vakuumát, és "levégi" állapotban van-e. A Paschen minimális nyomás körül és más kritikus pontokon, ahol a VI teljesítménye kezd romlani, a nyomás túl alacsony ahhoz, hogy bármilyen észrevehető mechanikai változást okozzon ezzel a módszerrel.

A mechanikus nyomásmonitorozási módszer előnyei és hátrányai

Előnyök:
•    Kompatibilitás: A módszer általában kompatibilis különböző izolációs típusokkal, beleértve az SF6, olaj és szilárd izolációt, feltéve, hogy gyakorlati problémák, mint a térkérdés és a fényvezetés a detektáló berendezések felé, kezelhetők.
•    Optikai technika előnyei: Az optikai technika alkalmazása lehetővé teszi, hogy a nem optikai komponenseket a kapcsolók alacsony feszültségű osztályába helyezzük, ami a biztonságot és a karbantartás kényelmességét növeli.
Hátrányok:
•    Telepítési követelmény: A nyomásmonitorozáshoz szükséges mozgó részt a VI kezdeti gyártásakor kell telepíteni. Nem lehet már elkészült VIs-hez hozzáadni. Bár elméletileg lehetséges lenne VIs-eket, amelyek ezzel a funkcióval rendelkeznek, meglévő kapcsolókkal és a szükséges monitorozási berendezésekkel integrálni, a gyakorlati kihívások, mint a további rész behelyezése a meglévő telepítésekbe, gyakran azt jelentik, hogy ez nem praktikus.
•    Meglévő részek megbízhatósága: A mérőberendezések megbízhatósága a VI-nál jelentősen kockázatosabb. A VI-hez hozzáadott további láncolt részek új lehetséges csapástalajokat hoznak, és a telepítés során könnyebben sérülhetnek, ami potenciálisan a vakuumvesztéshez vezethet.

Összetevők sebezhetősége:

• Optikai technikák: A detektáló rendszerben használt fényvezetők elhelyezési hibák, telepítési sérülések, kondenzáció vagy por miatti blokkolások révén sebezhetőek.

• Elektromos kapcsolat módszere: A mozgás detektálása elektromos kapcsolatokon keresztül egy mikroáramkör használatát igényli a VI közelében, amit elektronikusan el kell izolálni. Ez több potenciális hibamódot is bevezet, beleértve a mikroáramkör megbízhatóságát, a sikeres jelátvitelt, a kör megtekercése és az elektronikus izoláció fenntartását.

Összefoglalva, bár a mechanikus nyomásmonitorozási módszer egyszerű módot kínál a VI teljes vakuumvesztésének ellenőrzésére, jelentős korlátokkal is jár. Ezek között a már meglévő VIs-hez való hozzáadás hiánya, a további komponensek megbízhatósága, valamint a telepítés és a működés gyakorlati kihívásai. Ezeknek a tényezőknek a megfontolása kulcsfontosságú a módszer alkalmas alkalmazásainak döntéséhez. Erős tervezés és implementáció segíthet enyhíteni ezeket a kockázatokat, növelve a vakuumpörölyek monitorozási rendszereinek teljesítményét és hatékonyságát.