Pomiar warunków próżni w przerywaczu próżniowym metodą monitorowania ciśnienia mechanicznego

Monitorowanie stanu próżni w przerywnikach próżniowych

Przerywniki próżniowe (VIs) pełnią funkcję głównego środka przerwania obwodów w systemach średniego napięcia i są coraz częściej wykorzystywane w systemach niskiego, średniego i wysokiego napięcia. Wydajność VIs zależy od utrzymania ciśnienia wewnętrznego poniżej 10 hPa (gdzie 1 hPa równa się 100 Pa lub 0,75 torr). Przed opuszczeniem fabryki VIs są testowane, aby upewnić się, że ich ciśnienie wewnętrzne wynosi ≤10^-3 hPa.
Wydajność VI koreluje z poziomem próżni, jednak nie jest to proporcjonalne do ciśnienia wewnętrznego. Zamiast tego, ciśnienie wewnątrz VI można podzielić na trzy grupy:

•    Niskie ciśnienie: Poniżej 10^-6 hPa
•    Średnie ciśnienie: Od około 10^-3 hPa do minimalnego ciśnienia Paschena
•    Wysokie ciśnienie: Ogólnie wskazuje na awarię prowadzącą do ekspozycji na powietrze

W zakresie niskiego ciśnienia VIs działają skutecznie. Jednak w zakresie średnim zarówno wytrzymałość dielektryczna, jak i zdolności przerwania obwodu ulegają degradacji, która kontynuuje się w zakresie "do powietrza". Interesująco, choć wydajność dielektryczna jest najniższa w zakresie średniego ciśnienia, poprawia się nieco w zakresie "do powietrza" - choć nie do poziomu obserwowanego w zakresie niskiego ciśnienia.
Jest kluczowe, aby rozpoznać, że żadna z omawianych technik monitorowania nie obejmuje całego zakresu ciśnień wewnątrz VI, od niskich ciśnień do warunków "do powietrza". Każda technika stosowana jest do określonego zakresu, szczegółowo opisanego w tekście i podsumowanego w Tabeli 1. Dodatkowo, skuteczność niektórych metod może się różnić w zależności od projektu VI, a niektóre wyniki mogą być wpływane przez skład i ciśnienie gazów potencjalnie przeciekających do VI, takich jak powietrze atmosferyczne lub gaz SF6 używany w GIS.

Szerokie wdrożenie VIs w aparaturze średniego napięcia podkreśla trudność potwierdzenia integralności próżni w terenie, zwłaszcza po dekadach użytkowania. Inspekcje VIs po ponad 20 latach użytkowania dają mieszane wyniki. Warto zauważyć, że VIs to tylko jeden element większego systemu; funkcjonalność mechanizmu, obwodów sterujących, projektu obwodu i innych elementów jest równie ważna dla skutecznego działania VIs.

Tabela 1 zawiera podsumowanie ogólnych zastosowań tych technik monitorowania w środowiskach SF6, wraz z praktycznymi rozważaniami dotyczącymi ich użycia z GIS. Ta tabela również przedstawia rezultaty różnych metod testowych, podkreślając złożoność zapewnienia długoterminowej niezawodności VIs w różnych kontekstach operacyjnych. Zrozumienie tych niuanse jest kluczowe dla optymalizacji wydajności i długości życia systemów elektrycznych opartych na technologii przerywników próżniowych.

Pomiar stanu przerywnika próżniowego za pomocą monitorowania mechanicznego ciśnienia

Ciśnienie atmosferyczne wywiera znaczną siłę zamykającą na ruchomej części przerywników próżniowych (VI). Dla VI używanych w przełącznikach, ta siła zwykle wynosi kilkaset newtonów. Gdy próżnia wewnątrz VI jest całkowicie utracona, ciśnienie wewnętrzne wyrównuje się z zewnętrznym ciśnieniem atmosferycznym, co znacznie zmniejsza siłę zamykającą i zmienia zachowanie mechaniczne VI. Metody diagnostyczne oparte na wykryciu tej zmiany mogą jedynie identyfikować, gdy VI całkowicie utraciło próżnię, czyli stało się "do powietrza". Należy zauważyć, że nawet przy ciśnieniach bliskich minimalnemu ciśnieniu Paschena, wystarczające ciśnienie wewnątrz VI pozostaje, aby utrzymać pełną siłę zamykającą.

Główna metoda monitorowania mechanicznego ciśnienia

Podstawowy sposób monitorowania mechanicznego ciśnienia polega na dołączeniu dodatkowej ruchomej części do VI za pomocą dzwonka lub podobnej konstrukcji (patrz Rysunek 1). Gdy próżnia jest całkowicie utracona, ta dodatkowa część porusza się z powodu wyrównania ciśnień wewnętrznych i zewnętrznych. W przeciwieństwie do ruchomego kontaktu, który jest ograniczony przez mechanizm przełącznika, ta dodatkowa część jest wolna do poruszania się. System detekcyjny monitoruje zmiany położenia tej dodatkowej części i reaguje odpowiednio. W zależności od używanego systemu detekcyjnego, ten układ umożliwia ciągłe monitorowanie VI. Ruch dodatkowej części jest determinowany przez jej własny projekt, a nie przez ogólny projekt VI, co czyni tę metodę stosowną dla VIs niskiego, średniego i wysokiego napięcia.
Rozważania praktyczne

Choć teoretycznie możliwe, wykorzystanie siły zamykającej na ruchomej części VI do wykrycia utraty próżni stwarza wyzwania. Ciśnienie atmosferyczne normalnie wywiera siłę kilkuset newtonów na ruchomą część VI, podczas gdy sam przełącznik wywiera siłę zamykającą kilka tysięcy newtonów. Dlatego identyfikacja zmniejszenia siły zamykającej VI poprzez zachowanie mechaniczne przełącznika jest trudna ze względu na relatywnie małą wielkość siły zamykającej VI w porównaniu z siłą zamykającą przełącznika. W kontaktorach próżniowych, gdzie siła zastosowana przez mechanizm kontaktora jest niższa, diagnozowanie pełnej utraty próżni poprzez zachowanie mechaniczne może być bardziej realistyczne.

Korzystając z dodatkowej ruchomej części i systemu detekcyjnego, monitorowanie mechanicznego ciśnienia oferuje praktyczne rozwiązanie do ciągłego oceniania stanu próżni VIs. Ta technika dostarcza niezawodny sposób na wykrycie całkowitej utraty próżni, chociaż nie może ona identyfikować częściowych wzrostów ciśnienia wewnątrz VI. Mimo to, stanowi cenny narzędzie do zapewnienia integralności i funkcjonalności VIs w różnych poziomach napięcia i zastosowaniach.

Ta metoda zapewnia, że każda istotna utrata próżni jest szybko wykryta, co pozwala na及时停止，以下是翻译的完整内容： ```html

Monitorowanie stanu próżni w przerywnikach próżniowych

Przerywniki próżniowe (VIs) pełnią funkcję głównego środka przerwania obwodów w systemach średniego napięcia i są coraz częściej wykorzystywane w systemach niskiego, średniego i wysokiego napięcia. Wydajność VIs zależy od utrzymania ciśnienia wewnętrznego poniżej 10 hPa (gdzie 1 hPa równa się 100 Pa lub 0,75 torr). Przed opuszczeniem fabryki VIs są testowane, aby upewnić się, że ich ciśnienie wewnętrzne wynosi ≤10^-3 hPa.
Wydajność VI koreluje z poziomem próżni, jednak nie jest to proporcjonalne do ciśnienia wewnętrznego. Zamiast tego, ciśnienie wewnątrz VI można podzielić na trzy grupy:

•    Niskie ciśnienie: Poniżej 10^-6 hPa
•    Średnie ciśnienie: Od około 10^-3 hPa do minimalnego ciśnienia Paschena
•    Wysokie ciśnienie: Ogólnie wskazuje na awarię prowadzącą do ekspozycji na powietrze

W zakresie niskiego ciśnienia VIs działają skutecznie. Jednak w zakresie średnim zarówno wytrzymałość dielektryczna, jak i zdolności przerwania obwodu ulegają degradacji, która kontynuuje się w zakresie "do powietrza". Interesująco, choć wydajność dielektryczna jest najniższa w zakresie średniego ciśnienia, poprawia się nieco w zakresie "do powietrza" - choć nie do poziomu obserwowanego w zakresie niskiego ciśnienia.
Jest kluczowe, aby rozpoznać, że żadna z omawianych technik monitorowania nie obejmuje całego zakresu ciśnień wewnątrz VI, od niskich ciśnień do warunków "do powietrza". Każda technika stosowana jest do określonego zakresu, szczegółowo opisanego w tekście i podsumowanego w Tabeli 1. Dodatkowo, skuteczność niektórych metod może się różnić w zależności od projektu VI, a niektóre wyniki mogą być wpływane przez skład i ciśnienie gazów potencjalnie przeciekających do VI, takich jak powietrze atmosferyczne lub gaz SF6 używany w GIS.

Szerokie wdrożenie VIs w aparaturze średniego napięcia podkreśla trudność potwierdzenia integralności próżni w terenie, zwłaszcza po dekadach użytkowania. Inspekcje VIs po ponad 20 latach użytkowania dają mieszane wyniki. Warto zauważyć, że VIs to tylko jeden element większego systemu; funkcjonalność mechanizmu, obwodów sterujących, projektu obwodu i innych elementów jest równie ważna dla skutecznego działania VIs.

Tabela 1 zawiera podsumowanie ogólnych zastosowań tych technik monitorowania w środowiskach SF6, wraz z praktycznymi rozważaniami dotyczącymi ich użycia z GIS. Ta tabela również przedstawia rezultaty różnych metod testowych, podkreślając złożoność zapewnienia długoterminowej niezawodności VIs w różnych kontekstach operacyjnych. Zrozumienie tych niuanse jest kluczowe dla optymalizacji wydajności i długości życia systemów elektrycznych opartych na technologii przerywników próżniowych.

Pomiar stanu przerywnika próżniowego za pomocą monitorowania mechanicznego ciśnienia

Ciśnienie atmosferyczne wywiera znaczną siłę zamykającą na ruchomej części przerywników próżniowych (VI). Dla VI używanych w przełącznikach, ta siła zwykle wynosi kilkaset newtonów. Gdy próżnia wewnątrz VI jest całkowicie utracona, ciśnienie wewnętrzne wyrównuje się z zewnętrznym ciśnieniem atmosferycznym, co znacznie zmniejsza siłę zamykającą i zmienia zachowanie mechaniczne VI. Metody diagnostyczne oparte na wykryciu tej zmiany mogą jedynie identyfikować, gdy VI całkowicie utraciło próżnię, czyli stało się "do powietrza". Należy zauważyć, że nawet przy ciśnieniach bliskich minimalnemu ciśnieniu Paschena, wystarczające ciśnienie wewnątrz VI pozostaje, aby utrzymać pełną siłę zamykającą.

Główna metoda monitorowania mechanicznego ciśnienia

Podstawowy sposób monitorowania mechanicznego ciśnienia polega na dołączeniu dodatkowej ruchomej części do VI za pomocą dzwonka lub podobnej konstrukcji (patrz Rysunek 1). Gdy próżnia jest całkowicie utracona, ta dodatkowa część porusza się z powodu wyrównania ciśnień wewnętrznych i zewnętrznych. W przeciwieństwie do ruchomego kontaktu, który jest ograniczony przez mechanizm przełącznika, ta dodatkowa część jest wolna do poruszania się. System detekcyjny monitoruje zmiany położenia tej dodatkowej części i reaguje odpowiednio. W zależności od używanego systemu detekcyjnego, ten układ umożliwia ciągłe monitorowanie VI. Ruch dodatkowej części jest determinowany przez jej własny projekt, a nie przez ogólny projekt VI, co czyni tę metodę stosowną dla VIs niskiego, średniego i wysokiego napięcia.
Rozważania praktyczne

Choć teoretycznie możliwe, wykorzystanie siły zamykającej na ruchomej części VI do wykrycia utraty próżni stwarza wyzwania. Ciśnienie atmosferyczne normalnie wywiera siłę kilkuset newtonów na ruchomą część VI, podczas gdy sam przełącznik wywiera siłę zamykającą kilka tysięcy newtonów. Dlatego identyfikacja zmniejszenia siły zamykającej VI poprzez zachowanie mechaniczne przełącznika jest trudna ze względu na relatywnie małą wielkość siły zamykającej VI w porównaniu z siłą zamykającą przełącznika. W kontaktorach próżniowych, gdzie siła zastosowana przez mechanizm kontaktora jest niższa, diagnozowanie pełnej utraty próżni poprzez zachowanie mechaniczne może być bardziej realistyczne.

Korzystając z dodatkowej ruchomej części i systemu detekcyjnego, monitorowanie mechanicznego ciśnienia oferuje praktyczne rozwiązanie do ciągłego oceniania stanu próżni VIs. Ta technika dostarcza niezawodny sposób na wykrycie całkowitej utraty próżni, chociaż nie może ona identyfikować częściowych wzrostów ciśnienia wewnątrz VI. Mimo to, stanowi cenny narzędzie do zapewnienia integralności i funkcjonalności VIs w różnych poziomach napięcia i zastosowaniach.

Ta metoda zapewnia, że każda istotna utrata próżni jest szybko wykryta, co pozwala na odpowiednie działania serwisowe lub wymianę, zwiększając niezawodność i bezpieczeństwo systemów elektrycznych opartych na VIs.

Tło dotyczące monitorowania przerywnika próżniowego za pomocą metody monitorowania mechanicznego ciśnienia

Metoda monitorowania mechanicznego ciśnienia ocenia integralność próżni przerywnika próżniowego (VI) poprzez wykrywanie zmian zachowania mechanicznego spowodowanych utratą siły zamykającej przez ciśnienie atmosferyczne na ruchomą część. Ta metoda dostarcza binarnego pomiaru, który wskazuje, czy VI straciło próżnię i jest "do powietrza". Ciśnienia w okolicach minimalnego ciśnienia Paschena i innych punktów krytycznych, gdzie wydajność VI zaczyna się degradować, są zbyt niskie, aby wywołać jakiekolwiek wykrywalne zmiany mechaniczne za pomocą tej metody.

Zalety i wady metody monitorowania mechanicznego ciśnienia

Zalety:
•    Kompatybilność: Metoda jest ogólnie kompatybilna z różnymi typami izolacji, w tym SF6, olejem i izolacją stałą, pod warunkiem, że problemy praktyczne, takie jak ograniczenia przestrzenne i kierowanie światła do sprzętu detekcyjnego, są zarządzane.
•    Korzyści z techniki optycznej: Użycie techniki optycznej pozwala przenieść komponenty nieoptyczne do niskonapięciowego przedziału aparatury, co może zwiększyć bezpieczeństwo i ułatwić konserwację.
Wady:
•    Wymagania instalacyjne: Ruchoma część niezbędna do monitorowania ciśnienia musi być zamontowana podczas początkowej produkcji VI. Nie można jej zainstalować w już zbudowanych VIs. Choć teoretycznie możliwe jest integracja VIs wyposażonych w tę funkcję do istniejących przełączników razem z niezbędnym sprzętem monitorującym, praktyczne wyzwania związane z dopasowaniem rozszerzenia dla dodatkowej części do istniejących instalacji często sprawiają, że to jest niewykonalne.
•    Obawy dotyczące niezawodności: Niezawodność sprzętu pomiarowego w porównaniu do samego VI stanowi istotne ryzyko. Dodatkowe spawane części do VI wprowadzają potencjalne nowe ścieżki przecieku i mogą być bardziej podatne na uszkodzenia podczas instalacji, co może prowadzić do utraty próżni.

Lekkość komponentów:

• Techniki optyczne: Włókna optyczne używane w systemie detekcyjnym są podatne na niewłaściwe ustawienie, uszkodzenia podczas instalacji oraz zablokowanie przez kondensację lub kurz.

• Metoda kontaktu elektrycznego: Wykrywanie ruchu za pomocą kontaktów elektrycznych wymaga zasilanego mikroukładu w pobliżu VI, który musi być także elektrycznie izolowany. To wprowadza wiele potencjalnych trybów awarii, w tym problemy z niezawodnością mikroukładu, udanym przekazywaniem sygnału, zasilaniem obwodu i utrzymaniem izolacji elektrycznej.

Podsumowując, mimo że metoda monitorowania mechanicznego ciśnienia oferuje prosty sposób na potwierdzenie, czy VI całkowicie straciło próżnię, ma też znaczące ograniczenia. Obejmują one niemożliwość modernizacji istniejących VIs, potencjalne obawy dotyczące niezawodności dodatkowych komponentów oraz praktyczne wyzwania związane z instalacją i eksploatacją. Staranne rozważenie tych czynników jest kluczowe przy decyzji o odpowiedniości tej metody do określonych zastosowań. Zapewnienie solidnego projektu i implementacji może pomóc złagodzić niektóre z tych ryzyk, zwiększając ogólne niezawodność i efektywność systemów monitorowania przerywników próżniowych.