Merjenje vakuumskih pogojev v prekinitvenem elementu z metodo mehanskega merjenja tlaka

Nadzor nad vakuom v prekiniteljih vakuuma

Prekinitelji vakuuma (PV) so glavno sredstvo za prekinitev krak v srednjeprotnih električnih sistemih in se vse bolj uporabljajo tudi v nizko-, srednje- in visokoprotnih sistemih. Delovanje PV-jev je odvisno od ohranjanja notranjega tlaka pod 10 hPa (kjer 1 hPa enači 100 Pa ali 0,75 torr). Pred zapustitvijo tovarne so PV-ji testirani, da zagotovijo, da je njihov notranji tlak ≤10^-3 hPa.
Delovanje PV-ja je povezano z raven vakuuma, vendar ni preprosto sorazmerje z notranjim tlakom. Namesto tega se tlak znotraj PV-ja lahko razdeli na tri skupine:

•    Nizek tlak: Pod 10^-6 hPa
•    Srednji tlak: Od približno 10^-3 hPa do minimalnega Paschenovega tlaka
•    Visok tlak: Običajno kaže na neuspeh, ki vodi do izpostavljenosti zraku

V območju nizega tlaka delujejo PV-ji učinkovito. V območju srednjega tlaka pa se degradira dielektrična moč in sposobnost prekinitve, ta degradacija pa se nadaljuje v območju "do zraka". Zanimivo je, da čeprav je dielektrična zmogljivost najnižja v območju srednjega tlaka, se malo izboljša v območju "do zraka", čeprav ne do ravni, ki jo opazimo v območju nizega tlaka.
Ključno je, da nobena od opisanih tehnik nadzora ne pokriva celotnega obsega tlakov znotraj PV-ja, od nizega tlaka do območja "do zraka". Vsaka tehnika se uporablja za specifičen obseg, podrobno opisan v besedilu in povzet v Tabeli 1. Učinkovitost določenih metod se razlikuje glede na dizajn PV-ja, in nekatere izhodi lahko vplivajo na sestavo in tlak plinov, ki se lahko utrčijo v PV, kot so atmosferski zrak ali SF6 plin, uporabljen v GIS preklopniki.

Široka uporaba PV-jev v srednjeprotnih preklopnih napravah poudarja izziv potrditve integritete vakuuma na terenu, še posebej po desetletjih uporabe. Preiskave PV-jev po več kot 20 letih uporabe so prinesle mešane rezultate. Pomembno je, da so PV-ji le eden od komponent večjega sistema; funkcionalnost mehanizma, nadzornih vezij, sheme krak in drugih elementov je enako pomembna za učinkovito delovanje PV-jev.

Tabela 1 ponuja povzetek splošnih uporab teh tehnik nadzora v okolju SF6, skupaj z praktičnimi razmerami za njihovo uporabo z GIS preklopniki. Ta tabela tudi opisuje rezultate različnih testnih metod, ki poudarjajo kompleksnost zagotavljanja dolgoročne zanesljivosti PV-jev v različnih operativnih kontekstih. Razumevanje teh finutnosti je ključno za optimizacijo zmogljivosti in dolgega življenja električnih sistemov, ki se zanašajo na tehnologijo prekiniteljev vakuuma.

Merjenje stanja prekinitelja vakuuma z mehanskim nadzorom tlaka

Atmosferski tlak izvaja značilen silni zapirajoči poskok na gibljivi terminal prekiniteljev vakuuma (PV-jev). Za PV-je, uporabljen v preklopniku, ta poskok običajno znaša nekaj stotin newtonov. Ko je vakuum znotraj PV-ja popolnoma izgubljen, se notranji tlak izenači z zunanjim atmosferskim tlakom, kar značilno zmanjša zapirajoči poskok in spremeni mehansko vedenje PV-ja. Diagnostične metode, temeljene na zaznavanju te spremembe, lahko zaznajo samo, ko je PV-ju popolnoma izginil vakuum, torej, ko je postal "do zraka." Opomba, tudi pri tlakih, ki so blizu minimalnega Paschenovega tlaka, ostane dovolj tlaka znotraj PV-ja, da se ohrani poln zapirajoči poskok.

Glavna metoda mehanskega nadzora tlaka

Primarna pristop k mehanskemu nadzoru tlaka vključuje pripenjanje dodatnega gibljivega dela na PV z uporabo gumenke ali podobnega mehanizma (glej Sliko 1). Ko je vakuum popolnoma izgubljen, se to dodatno delo premakne zaradi izenačitve notranjega in zunanjega tlaka. Na razliko od gibljivega kontakta, ki ga omejuje mehanizem preklopnika, to dodatno delo lahko prosto premika. Sistem zaznavanja spremlja spremembe položaja tega dodatnega dela in ustrezno reagira. Odvisno od uporabljenega sistema zaznavanja, ta postavitev omogoča nepretrgano spremljanje PV-ja. Gibanje dodatnega dela je odvisno od njegovega lastnega dizajna namesto celotnega dizajna PV-ja, kar ta metodo uporabno za nizko-, srednje- in visokoprotna PV-ja.
Praktične razmere

Čeprav je teoretično mogoče, da se z uporabo zapirajočega poskoka na gibljivem terminalu PV-ja zazna izguba vakuuma, to predstavlja izziv. Atmosferski tlak običajno izvaja poskok nekaj stotin newtonov na gibljiv terminal PV-ja, medtem ko preklopnik sam izvaja zapirajoči poskok nekaj tisoč newtonov. Zato je težko zaznati zmanjšanje zapirajočega poskoka PV-ja preko mehanskega vedenja preklopnika, zaradi relativno majhnega značaja zapirajočega poskoka PV-ja v primerjavi s poskokom preklopnika. V vakuumskih kontaktorjih, kjer je uporabljen manjši poskok iz mehanizma, bi bilo morda bolj mogoče zaznati popolno izgubo vakuuma preko mehanskega vedenja.

Z uporabo dodatnega gibljivega dela in sistema zaznavanja, mehanski nadzor tlaka ponuja praktično rešitev za nepretrgano ocenjevanje stanja vakuuma v PV-ju. Ta tehnika ponuja zanesljiv način za zaznavanje popolne izgube vakuuma, čeprav ne more zaznati delnih povečanj tlaka znotraj PV-ja. Vseeno, to predstavlja dragocen orodje za zagotavljanje integritete in funkcionalnosti PV-jev na različnih nivojih napetosti in aplikacij.

Ta metoda zagotavlja, da je vsaka značilna izguba vakuuma hitro zaznana, kar omogoča tempestivne vzdrževalne ali zamenovalne akcije, s tem pa poveča zanesljivost in varnost električnih sistemov, ki se zanašajo na PV-je.

Ozadje nadzora stanja prekinitelja vakuuma z metodo mehanskega nadzora tlaka

Mehanska tehnika nadzora tlaka ocenjuje integriteto vakuuma v prekinitelju vakuuma (PV) z zaznavanjem sprememb mehanskega vedenja zaradi izgube zapirajočega poskoka, ki ga povzroča atmosferski tlak na gibljivem terminalu. Ta metoda ponuja binarno, uspešno/neuspešno merjenje, ki pove, ali je PV izgubil vakuum in je "do zraka." Tlaki okoli minimalnega Paschenovega tlaka in drugih ključnih točk, kjer se začne degradacija zmogljivosti PV-ja, so prenizi, da bi povzročili kakršnekoli zaznamo mehanske spremembe z uporabo te metode.

Prednosti in slabosti metode mehanskega nadzora tlaka

Prednosti:
•    Sporazumljivost: Metoda je na splošno združljiva z različnimi vrstami izolacije, vključno z SF6, oljem in trdno izolacijo, čeprav morajo biti praktične težave, kot so omejitve prostora in usmerjanje svetlobe do opreme za zaznavanje, upravljene.
•    Prednosti optične tehnike: Uporaba optične tehnike omogoča preselitev neoptičnih komponent v nizkonapetostni odsek preklopne naprave, kar lahko izboljša varnost in lahkost vzdrževanja.
Slabosti:
•    Zahteva za namestitvijo: Gibljivo delo, potrebno za nadzor tlaka, mora biti nameščeno med prvotno proizvodnjo PV-ja. Ne more biti dodano že zgrajenim PV-jem. Čeprav bi teoretično mogoče bilo integrirati PV-je, opremljene s to funkcijo, v obstoječe preklopnike skupaj z potrebno opremo za zaznavanje, praktične težave, povezane s prileganjem razširitve za dodatno delo v obstoječe namestitve, pogosto to naredijo nemogoče.
•    Zaskrbljenost glede zanesljivosti: Zanesljivost meritvene opreme v primerjavi s PV-ji predstavlja veliko tveganje. Dodatne lučne dele, dodane PV-ju, uvajajo nove možne putove za utrčevanje in so lahko bolj občutljivi na poškodbe med namestitvijo, kar lahko vodi do izgube vakuuma.

Lahkost komponent:

• Optične tehnike: Optične vlaknine, uporabljene v sistemu zaznavanja, so ranljive na zamenjavo, poškodbo med namestitvijo in zaključenost zaradi kondenzacije ali prašnine.

• Metoda električnega kontakta: Zaznavanje gibanja preko električnih kontaktov zahteva napajanje mikrokroga blizu PV-ja, ki mora biti tudi električno izoliran. To uvaja več možnih načinov odpovedi, vključno z zanesljivostjo mikrokroga, uspešnim prenosom signala, napajanjem kroga in ohranjanjem električne izolacije.

V skladu s tem, čeprav metoda mehanskega nadzora tlaka ponuja preprost način za potrditev, ali je PV popolnoma izgubil vakuum, ima opazne omejitve. Ti vključujejo nezmožnost nadgradnje obstoječih PV-jev, potencialne zaskrbljenosti glede zanesljivosti dodatnih komponent in praktične izzive, povezane z namestitvijo in delovanjem. Prenočna preučitev teh dejavnikov je ključna za odločanje o primernosti te metode za specifične aplikacije. Zagotavljanje trdnega dizajna in implementacije lahko pomaga zmanjšati nekatere te tveganja, s tem pa poveča skupno zanesljivost in učinkovitost sistemov za nadzor prekiniteljev vakuuma.