Վակուումի պայմանների չափումը վակուումային դեպքում մեխանիկական ճնշման հետևումով
Vacuum Condition Monitoring in Vacuum Interrupters
Վակուումի դեպքերը (VIs) հանդիսանում են միջին լարման էլեկտրաէներգետիկ համակարգերի գլխավոր շղթայի դեպքերի միջոցը և ավելի շատ օգտագործվում են ցածր, միջին և բարձր լարման համակարգերում։ VIs-ի աշխատանքը կախված է ներքին ճնշումը պահպանելուց 10 hPa-ից awah 10 hPa-ն հավասար է 100 Pa կամ 0.75 torr-ի։ Ֆաբրիկայից դուրս գալուց առաջ VIs-ը փորձարկվում են նրանց ներքին ճնշումը ստուգելու համար, որը պետք է լինի ≤10^-3 hPa։
VIs-ի աշխատանքը կապված է նրա վակուումի մակարդակի հետ, սակայն չէ որ այն պարզապես համամասն է ներքին ճնշմանը։ 오히려, VI-ի ներսում գտնվող ճնշումը կարող է կարգավորվել երեք խմբերով.
• Ցածր ճնշում. 10^-6 hPa-ից awah
• Միջին ճնշում. մոտ 10^-3 hPa-ից մինչև Պաշենի նվազագույն ճնշումը
• Բարձր ճնշում. ընդհանուր առմամբ ցույց է տալիս վարույթի անհաջողությունը և ատմոսֆերայի ներսում ընկնելը
Ցածր ճնշման շրջանում VIs-ը աշխատում են արդյունավետորեն։ Սակայն միջին ճնշման շրջանում և դիելեկտրիկ ուժը և դեպքի հնարավորությունը կորուստվում են, որը շարունակվում է ատմոսֆերայի ներսում ընկնելու շրջանում։ Հետաքրքիր է, որ միջին ճնշման շրջանում դիելեկտրիկ ուժը իր ամենացածր մակարդակում է, սակայն նույնիսկ ատմոսֆերայի ներսում ընկնելու շրջանում մի քիչ բարձրանում է, չնայած այն չի հասնում ցածր ճնշման շրջանում դիտարկվող մակարդակին։
Նշելով, որ քննարկվող ոչ մի դիտարկման մեթոդ չի ծածկում VIs-ի ներսում գտնվող ամբողջ ճնշման շրջանը, ցածր ճնշումից մինչև ատմոսֆերայի ներսում ընկնելը։ Յուրաքանչյուր մեթոդ կիրառվում է հատուկ շրջանում, որը մանրամասնորեն նկարագրված է տեքստում և ընդհանրացված է ตารางที่ 1 คือ ตารางสรุปเทคนิคการตรวจสอบทั่วไปในสภาพแวดล้อม SF6 พร้อมข้อพิจารณาในการใช้งานกับสวิตช์ GIS ตารางนี้ยังแสดงผลลัพธ์ของวิธีทดสอบต่างๆ ซึ่งเน้นความซับซ้อนในการรับประกันความน่าเชื่อถือระยะยาวของ VIs ในบริบทการทำงานที่หลากหลาย การเข้าใจรายละเอียดเหล่านี้เป็นสิ่งสำคัญในการเพิ่มประสิทธิภาพและความทนทานของระบบไฟฟ้าที่พึ่งพาเทคโนโลยีตัวตัดวงจรแบบสุญญากาศ．
VIs-ի լայն կիրառումը միջին լարման սահմանափակող սարքերում հաստատում է դաշտում վակուումի ամբողջականությունը հաստատելու դժվարությունը, ことに、20年以上の使用後にVIを点検すると、結果はまちまちです。VIは大きなシステムの一部に過ぎないため、機構、制御回路、回路設計など他の要素もVIの効果的な動作には同様に重要であることに注意することが重要です。
Таблица 1 предоставляет общий обзор применения этих методов мониторинга в среде SF6, а также практических соображений по их использованию с выключателями GIS. В таблице также описываются результаты различных методов испытаний, подчеркивая сложности, связанные с обеспечением долгосрочной надежности VIs в различных эксплуатационных условиях. Понимание этих нюансов необходимо для оптимизации производительности и долговечности электрических систем, зависящих от технологии вакуумных прерывателей.
Vacuum Interrupter Condition Measurement Using Mechanical Pressure Monitoring
Atmospheric pressure exerts a substantial closing force on the moving terminal of vacuum interrupters (VIs). For VIs used in circuit breakers, this force typically amounts to several hundred newtons. When the vacuum inside the VI is completely lost, the internal pressure equalizes with the external atmospheric pressure, significantly reducing the closing force and altering the mechanical behavior of the VI. Diagnostic methods based on detecting this change can only identify when the VI has fully lost its vacuum, i.e., it has become "up-to-air." Notably, even at pressures as high as those near the Paschen minimum, sufficient pressure remains inside the VI to maintain full closing force.
Main Method for Mechanical Pressure Monitoring
The primary approach to mechanical pressure monitoring involves attaching an additional movable component to the VI using a bellows or similar mechanism (refer to Figure 1). When the vacuum is completely lost, this additional part moves due to the equalization of internal and external pressures. Unlike the moving contact, which is constrained by the circuit breaker mechanism, this additional part is free to move. A detection system monitors the position changes of this additional component and reacts accordingly. Depending on the detection system used, this setup allows for continuous monitoring of the VI. The motion of the additional part is determined by its own design rather than the overall VI design, making this method applicable to low, medium, and high-voltage VIs.
Practical Considerations
While theoretically possible, using the closing force on the VI's moving terminal to detect vacuum loss presents challenges. Atmospheric pressure normally applies a force of several hundred newtons to the VI’s moving terminal, whereas the circuit breaker itself applies a closing force of several thousand newtons. Therefore, identifying a reduction in the VI’s closing force through the breaker's mechanical behavior is difficult due to the relatively small magnitude of the VI closing force compared to that of the circuit breaker. In vacuum contactors, however, where the applied force from the contactor mechanism is lower, diagnosing complete vacuum loss through mechanical behavior may be more feasible.
By employing an additional moving part and a detection system, mechanical pressure monitoring offers a practical solution for continuously assessing the vacuum condition of VIs. This technique provides a reliable means to detect total vacuum loss, although it cannot identify partial pressure increases within the VI. Nonetheless, it represents a valuable tool for ensuring the integrity and functionality of VIs across various voltage levels and applications.
This method ensures that any significant vacuum loss is promptly detected, allowing for timely maintenance or replacement actions, thereby enhancing the reliability and safety of electrical systems relying on VIs.
Background on Vacuum Interrupter Monitoring Using Mechanical Pressure Monitoring Method
The mechanical pressure monitoring technique assesses the vacuum integrity of a Vacuum Interrupter (VI) by detecting changes in mechanical behavior due to the loss of closing force caused by atmospheric pressure on the moving terminal. This method provides a binary, pass/fail measurement indicating whether the VI has lost its vacuum and is "up-to-air." Pressures around the Paschen minimum and other critical points where VI performance begins to degrade are too low to cause any detectable mechanical change using this method.
Advantages and Disadvantages of the Mechanical Pressure Monitoring Method
Advantages:
• Compatibility: The method is generally compatible with various insulation types, including SF6, oil, and solid insulation, provided that practical issues such as space constraints and guiding light to detection equipment can be managed.
• Optical Technique Benefits: Utilizing an optical technique allows for relocating non-optical components into the low-voltage compartment of the switchgear, which can enhance safety and ease of maintenance.
Disadvantages:
• Installation Requirement: The moving part necessary for pressure monitoring must be installed during the initial manufacturing of the VI. It cannot be retrofitted to already built VIs. While it might be theoretically possible to integrate VIs equipped with this feature into existing circuit breakers along with the required monitoring equipment, practical challenges related to fitting the extension for the extra part into existing installations often make this impractical.
• Reliability Concerns: The reliability of the measurement equipment compared to the VI itself poses a significant risk. Additional brazed parts added to the VI introduce potential new leak paths and may be more susceptible to damage during installation, potentially leading to vacuum loss.
Fragility of Components:
Optical Techniques: Fiber optics used in the detection system are vulnerable to misalignment, damage during installation, and blockages from condensation or dust.
Electrical Contact Method: Motion detection via electrical contacts requires a powered microcircuit near the VI, which must also be electrically isolated. This introduces several potential failure modes, including issues with microcircuit reliability, successful signal transmission, powering the circuit, and maintaining electrical isolation.
In summary, while the mechanical pressure monitoring method offers a straightforward way to confirm if a VI has completely lost its vacuum, it comes with notable limitations. These include the inability to retrofit existing VIs, potential reliability concerns with additional components, and practical challenges related to installation and operation. Careful consideration of these factors is essential when deciding on the suitability of this method for specific applications. Ensuring robust design and implementation can help mitigate some of these risks, thereby enhancing the overall reliability and effectiveness of vacuum interrupter monitoring systems.
