Vakuuma stāvokļa mērīšana vakuuma pārtraukumā, izmantojot mehānisko spiediena uzraudzīšanas metodi

Vakuuma kontrolešana vakuuma pārtraukumos

Vakuuma pārtrauku (VP) primārā loma ir kā galvenais elektrosistēmu līknes pārtraukšanas līdzeklis vidējā sprieguma sistēmās un tie tiek arvien biežāk izmantoti zemā, vidējā un augstā sprieguma sistēmās. VP veiktspēja atkarīga no iekšējā spiediena uzturēšanas zemāk par 10 hPa (kur 1 hPa ir vienāds ar 100 Pa vai 0,75 torr). Pirms VP iziet no rūpnīcas, to testē, lai pārliecinātos, ka iekšējais spiediens ir ≤10^-3 hPa.
VP veiktspēja saistīta ar tā vakuuma līmeni, bet tā nav vienkārši proporcionāla iekšējam spiedienam. Iekšējais spiediens VP var tikt sadalīts trīs grupās:

•    Zems spiediens: Zemāks par 10^-6 hPa
•    Vidējs spiediens: No aptuveni 10^-3 hPa līdz Paschen minima spiedienam
•    Augsts spiediens: Parasti norāda uz defektu, kas ved pie gaisa ieplūdes

Zema spiediena diapazonā VP strādā efektīvi. Tomēr, vidējā spiediena diapazonā gan dielektriskā stipruma, gan pārtraukuma spējas samazinās, un šis samazinājums turpinās līdz "līdz gaisam" diapazonam. Interesanti, ka, neskatoties uz to, ka dielektriskā veiktspēja ir viszemākā vidējā spiediena diapazonā, tā patiesībā daļēji uzlabojas "līdz gaisam" diapazonā — tomēr ne tik labi kā zema spiediena diapazonā.
Ir svarīgi saprast, ka neviena no apspriestajām monitorēšanas metodēm nepārklāj visu VP iekšējo spiediena diapazonu no zema spiediena līdz "līdz gaisam" stāvoklim. Katra metode piemērojama konkrētam diapazonam, kas aprakstīts teksta satura un apkopots Tabulā 1. Papildus tam, dažu metodju efektivitāte var atšķirties atkarībā no VP dizaina, un dažas rezultāti var tikt ietekmēti gāzu, kas var ieplūst VP, sastāva un spiediena, piemēram, atmosfēras gaisa vai SF6 gāzes, ko izmanto GIS pārslēgumu komplektos.

VP plašā izmantošana vidējā sprieguma pārslēgumu komplektos nosaka problēmu, kā apstiprināt vakuuma integritāti praksē, īpaši pēc vairāku desmitgadu izmantošanas. Pārbaudes VP pēc vairāk kā 20 gadu izmantošanas ir sniegusi dažādas rezultātes. Svarīgi ir ņemt vērā, ka VP ir tikai viens no lielāka sistēmas komponentiem; mehānismu, vadības shēmas, elektriskās shēmas un citu elementu darbība ir tikpat kritiska VP efektīvai darbībai.

Tabula 1 piedāvā kopumu par šo monitorēšanas metodēm vispārīgajā lietojumā SF6 vidi, kā arī praktiskas ieteikumi to lietošanai ar GIS pārslēgumu komplektiem. Šī tabula arī apraksta dažādu testa metožu rezultātus, akcentējot sarežģītību, kas saistīta ar VP ilgtermiņa uzticamības nodrošināšanu dažādos darbības kontekstos. Šo sfīģu sapratne ir būtiska, lai optimizētu elektrosistēmu, kas balstās uz vakuuma pārtrauku tehnoloģiju, veiktspēju un ilgumu.

Vakuuma pārtrauka stāvokļa mērīšana, izmantojot mehānisko spiediena monitorēšanu

Atmosfēras spiediens izraisa ievērojamu slēgšanas spēku uz VP kustīgo terminālu. VP, kas izmantoti pārtraukumu mehānismos, šis spēks parasti sasniedz vairākus simtus newtonu. Kad VP iekšējais vakuums pilnībā zudis, iekšējais spiediens vienādojas ar ārējo atmosfēras spiedienu, samazinot slēgšanas spēku un mainot VP mehānisko uzvedību. Diagnostiskās metodes, kas balstītas uz šīs izmaiņas uzsmešanu, var identificēt tikai to, kad VP pilnībā zaudējis savu vakuumu, t.i., tas ir kļuvis "līdz gaisam." Jāatzīmē, ka pat pie spiediena, kas tuvu Paschen minima, iekšējā spiediena daudzums VP iekšpusē paliek pietiekams, lai uzturētu pilnu slēgšanas spēku.

Galvenā metode mehāniskā spiediena monitorēšanai

Galvenais pieejas veids mehāniskajai spiediena monitorēšanai ietver papildu kustīgu daļu piesaisti VP, izmantojot bellows vai līdzīgu mehānismu (skat. Attēls 1). Kad vakuums pilnībā zudis, šī papildu daļa kustējas, jo iekšējais un ārējais spiediens vienādojas. Atšķirībā no kustīgā kontaktpunkta, kurš ir ierobežots pārtraukumu mehānisma dēļ, šī papildu daļa ir brīva kustēties. Detektora sistēma monitorē šīs papildu daļas pozīcijas maiņas un reaģē attiecīgi. Atkarībā no izmantotās detektora sistēmas, šis ierīkojums ļauj nepārtrauktu VP monitorēšanu. Papildu daļas kustība ir atkarīga no tās pašas dizaina, nevis no vispārējā VP dizaina, kas padara šo metodi pielāgojamo zemā, vidējā un augstā sprieguma VP.
Praktiskas ieteikumi

Lai gan teorētiski iespējams, izmantot VP kustīgā termināla slēgšanas spēku, lai noteiktu vakuuma zudumu, šī metode ir sarežģīta. Atmosfēras spiediens parasti izraisa spēku, kas ir vairāki simti newtonu, bet pārtraukuma mehānisma izmantotais slēgšanas spēks ir vairāki tūkstoši newtonu. Tāpēc, identificēt VP slēgšanas spēka samazinājumu caur pārtraukuma mehānismu ir grūti, tāpēc ka VP slēgšanas spēks salīdzinājumā ar pārtraukuma mehānisma spēku ir relatīvi mazs. Taču vakuumkontaktori, kurās izmantotais spēks no kontaktora mehānisma ir zemāks, varētu būt vieglāk diagnosticēt pilnu vakuuma zudumu, izmantojot mehānisko uzvedību.

Izmantojot papildu kustīgo daļu un detektora sistēmu, mehāniskā spiediena monitorēšana piedāvā praktisku risinājumu nepārtrauktam VP vakuuma stāvokļa novērtēšanai. Šī metode nodrošina uzticamu veidu, kā identificēt pilnu vakuuma zudumu, lai gan tā nevar identificēt daļēju spiediena palielinājumu VP iekšpusē. Tomēr, tā ir vērtīga rīka, lai nodrošinātu VP integritāti un funkcionalitāti dažādos sprieguma līmeņos un lietojumos.

Šī metode nodrošina, ka jebkura nozīmīga vakuuma zuda ir laikus identificēta, ļaujot veikt laikus uzturēšanas vai aizvietošanas darbības, tādējādi palielinot elektrosistēmu, kas balstās uz VP, uzticamību un drošību.

Fons par vakuuma pārtrauku monitorēšanu, izmantojot mehānisko spiediena monitorēšanas metodi

Mehāniskā spiediena monitorēšanas metode novērtē VP vakuuma integritāti, uzsmešot mehānisko uzvedības izmaiņas, ko izraisījis atmosfēras spiediens uz kustīgo terminālu. Šī metode sniedz bināru, "pieņemts/atsaidīts" mērījumu, kas norāda, vai VP ir zaudējis savu vakuumu un ir "līdz gaisam." Spiediens aptuveni Paschen minima un citi kritiski punkti, kur VP veiktspēja sāk degradēties, ir pārāk zems, lai izraisītu kādu mērāmo mehānisko izmaiņu, izmantojot šo metodi.

Mehāniskā spiediena monitorēšanas metodes priekšrocības un trūkumi

Priekšrocības:
•    Saderība: Metode ir vispārīgi saderīga ar dažādiem izolācijas tipiem, tostarp ar SF6, eļļu un solidāro izolāciju, ja praktiskas problēmas, piemēram, telpas ierobežojumi un gaismas novadīšana uz detektora aprīkojumu, ir pārvaldāmas.
•    Optiskās metodes priekšrocības: Optisko tehniku izmantošana ļauj pārvietot neoptiskos komponentus uz zemā sprieguma sekciju pārslēgumu komplektā, kas var palielināt drošību un uzturēšanas vieglumu.
Trūkumi:
•    Instalācijas prasība: Papildu kustīgā daļa, kas nepieciešama spiediena monitorēšanai, jāinstalē VP ražošanas laikā. To nevar pielāgot jau izgatavotiem VP. Teorētiski iespējams integrēt VP ar šo funkciju esošos pārtraukumu mehānismos kopā ar nepieciešamo monitorēšanas aprīkojumu, taču prakses problēmas, kas saistītas ar papildu daļas iestatīšanu esošajās instalācijās, bieži padara to nepraktisku.
•    Uzticamības problēmas: Mērīšanas aprīkojuma uzticamība salīdzinājumā ar pašu VP rada nozīmīgu risku. Papildu brazētie daļēji VP ievieš jaunas leju ceļus un var būt vairāk ietekmēti uzstādīšanas laikā, potenciāli vedot pie vakuuma zuda.

Komponēntu fragilitāte:

• Optiskās metodes: Fiberoptika, kas izmantota detektora sistēmā, ir jūtīga pret neskaitāmiem faktoriem, piemēram, nepareizu orientāciju, bojājumiem uzstādīšanas laikā un bloķēšanu no kondensācijas vai putekļiem.

• Elektrokontaktu metode: Kustības uzsmešana, izmantojot elektrokontaktus, prasa piekārtoto mikroshēmu tuv VP, kas jāizolē elektriski. Tas ievieš vairākas potenciālas neveiksmes modes, tostarp problēmas ar mikroshēmas uzticamību, signāla pārraides veiksmīgumu, shēmas pieenerģēšanu un elektriskās izolācijas uzturēšanu.

Kopsakot, lai arī mehāniskā spiediena monitorēšanas metode piedāvā vienkāršu veidu, kā apstiprināt, vai VP pilnībā zaudējis savu vakuumu, tā arī ir saistīta ar zināmām ierobežojumiem. Šie ierobežojumi ietver neiespējamību pielāgot esošos VP, potenciālas uzticamības problēmas ar papildu komponentiem un prakses problēmas, kas saistītas ar instalāciju un darbību. Šo faktoru rūpīga apsvēršana ir būtiska, pieņemot lēmumu par šīs metodes piemērotību konkrētiem lietojumiem. Robusta dizains un implementācija var palīdzēt mazināt dažus no šiem riskiem, tādējādi palielinot vakuuma pārtrauku monitorēšanas sistēmu kopējo uzticamību un efektivitāti.