Merenje vakuumskog stanja u vakuumskom prekidacu metodom mehaničkog monitoringa pritiska

Monitorisanje vakuumskih uslova u vakuumskim prekidima

Vakumski prekidi (VP) služe kao primarni sredstvo za prekid struje u srednjeg napona električnim sistemima i sve više se koriste u niskim, srednjim i visokim naponima. Performanse VP zavise od održavanja unutrašnjeg pritiska ispod 10 hPa (gde 1 hPa iznosi 100 Pa ili 0,75 torr). Pre ostavljanja fabrike, VP su testirani kako bi se osiguralo da je njihov unutrašnji pritisak ≤10^-3 hPa.
Performanse VP koreliraju sa nivoom vakuma; međutim, one nisu proporcionalne unutrašnjem pritisku. Umesto toga, pritisak unutar VP može se klasifikovati u tri grupe:

•    Nizak pritisak: Ispod 10^-6 hPa
•    Srednji pritisak: Od otprilike 10^-3 hPa do minimalnog pritiska Paschen-a
•    Visok pritisak: Obično indikator neispravnosti koja dovodi do izlaganja vazduhu

U opsegu niskog pritiska, VP funkcionišu efektivno. Međutim, u srednjem opsegu, dijelnička čvrstoća i sposobnost prekida se degradiraju, degradacija koja se nastavlja do "do-vazduha" opsega. Zanimljivo, dok je dijelnička performansa najniža u srednjem opsegu pritiska, ona zapravo se neznatno poboljšava u "do-vazduha" opsegu – mada ne na nivou koji se posmatra u niskom pritisku.
Važno je prepoznati da nijedna od diskutiranih tehnika monitorisanja ne pokriva ceo opseg pritiska unutar VP, od niskog pritiska do "do-vazduha" stanja. Svaka tehnika se primenjuje na specifičan opseg, detaljno opisan u tekstu i sažet u Tabeli 1. Dodatno, efikasnost određenih metoda varira u zavisnosti od dizajna VP, a neki izlazi mogu biti uticani na kompoziciju i pritisak gasova koji potencijalno curenju u VP, poput atmosferskog vazduha ili SF6 gasa korišćenog u GIS prekidačima.

Široko korišćenje VP u srednjeg napona prekidačima naglašava izazove potvrđivanja integriteta vakuma na terenu, posebno nakon decenija korišćenja. Inspekcije VP nakon više od 20 godina korišćenja dale su smiješane rezultate. Važno je napomenuti da su VP samo jedna komponenta većeg sistema; funkcionalnost mehanizma, kontrolne šeme, kola i drugih elemenata je jednako kritična za efektivnu operaciju VP.

Tabela 1 pruža sažetak opštih primena ovih tehnika monitorisanja u okruženju SF6, zajedno sa praktičnim razmatranjima za njihovu upotrebu sa GIS prekidačima. Ova tabela takođe oblikuje rezultate različitih testnih metoda, ističući kompleksnosti u osiguravanju dugoročne pouzdanosti VP u različitim operativnim kontekstima. Razumevanje ovih nuansa je ključno za optimizaciju performansi i dugotrajnosti električnih sistema koji se oslanjaju na tehnologiju vakumnih prekidača.

Merenje stanja vakumnog prekidača pomoću mehaničkog monitorisanja pritiska

Atmosferski pritisak deluje velikim zatvarajućim silama na pokretan terminal vakumnih prekidača (VP). Za VP korišćene u prekidačima, ova sila obično iznosi nekoliko stotina newtona. Kada se vakuum unutar VP potpuno izgubi, unutrašnji pritisak se izjednači sa spoljašnjim atmosferskim pritiskom, znatno smanjujući zatvarajuću silu i menjajući mehaničko ponašanje VP. Dijagnostičke metode zasnovane na otkrivanju ove promene mogu identifikovati samo kada je VP potpuno izgubio vakuum, tj. postao "do-vazduha." Važno je napomenuti da čak i pri pritiscima blizu minimalnog pritiska Paschen-a, dovoljno pritiska ostaje unutar VP da bi se održala puna zatvarajuća sila.

Glavna metoda mehaničkog monitorisanja pritiska

Primarna pristup mehaničkom monitorisanju pritiska uključuje dodavanje dodatnog pokretanog elementa na VP pomoću bumbasta ili sličnog mehanizma (videti Sliku 1). Kada se vakuum potpuno izgubi, ovaj dodatni deo se pomera zbog izjednačavanja unutrašnjeg i spoljašnjeg pritiska. U suprotnosti sa pokretnim kontaktom, koji je ograničen mehanizmom prekidača, ovaj dodatni deo je slobodan da se pomiče. Sistem detekcije nadgleda promene pozicije ovog dodatnog elementa i reaguje odgovarajuće. Zavisno od korišćenog sistema detekcije, ova postavka omogućava kontinuirano monitorisanje VP. Pokret dodatnog dela određen je njegovim vlastitim dizajnom umesto opštim dizajnom VP, čime se ova metoda može primeniti na niske, srednje i visoke naponne VP.
Praktična razmatranja

Iako je teoretski moguće, korišćenje zatvarajuće sile na pokretnom terminalu VP za otkrivanje gubitka vakuma predstavlja izazove. Atmosferski pritisak normalno deluje silom od nekoliko stotina newtona na pokretni terminal VP, dok prekidač sam deluje zatvarajućom silom od nekoliko hiljada newtona. Stoga, identifikacija smanjenja zatvarajuće sile VP kroz mehaničko ponašanje prekidača je teška zbog relativno male veličine zatvarajuće sile VP u odnosu na silu prekidača. Međutim, u vakumnim kontaktorima, gde je primenjena sila od mehanizma kontaktora niža, dijagnoza potpunog gubitka vakuma kroz mehaničko ponašanje može biti više izvediva.

Korišćenjem dodatnog pokretnog dela i sistema detekcije, mehaničko monitorisanje pritiska pruža praktično rešenje za kontinuirano ocenjivanje stanja vakuma VP. Ova tehnika pruža pouzdano sredstvo za otkrivanje potpunog gubitka vakuma, iako ne može identifikovati parcijalne poraste pritiska unutar VP. Ipak, predstavlja važnu alatku za osiguranje integriteta i funkcionalnosti VP na različitim nivou napona i primenama.

Ova metoda osigurava da se svaki značajan gubitak vakuma brzo otkrije, omogućavajući pravo vreme održavanja ili zamene, time unapređujući pouzdanost i bezbednost električnih sistema koji se oslanjaju na VP.

Pozadina monitorisanja vakumnog prekidača pomoću metode mehaničkog monitorisanja pritiska

Metoda mehaničkog monitorisanja pritiska procenjuje integritet vakuma vakumnog prekidača (VP) otkrivajući promene u mehaničkom ponašanju uzrokovanim gubitkom zatvarajuće sile izazvane atmosferskim pritiskom na pokretni terminal. Ova metoda pruža binarnu, prošlu/neuspjelu meru koja ukazuje da li je VP izgubio vakuum i postao "do-vazduha." Pritisci oko minimalnog pritiska Paschen-a i drugih ključnih tačaka gde počinje degradacija performansi VP su previše niski da bi izazvali bilo kakvu detektabilnu mehaničku promenu koristeći ovu metodu.

Prednosti i nedostaci metode mehaničkog monitorisanja pritiska

Prednosti:
•    Kompatibilnost: Metoda je uopšte kompatibilna sa različitim tipovima izolacije, uključujući SF6, ulje i čvrstu izolaciju, pod uslovom da se praktični problemi, kao što su ograničenja prostora i usmeravanje svetlosti ka opremi za detekciju, mogu rešiti.
•    Prednosti optičke tehnike: Korišćenje optičke tehnike omogućava premještanje neoptičkih komponenti u niskonaponski odsek prekidača, što može unaprediti bezbednost i olakšati održavanje.
Nedostaci:
•    Zahtev za instalacijom: Pokretni deo potreban za monitorisanje pritiska mora biti instaliran tokom prvobitne proizvodnje VP. Ne može se adaptirati na već izgrađene VP. Iako je teoretski moguće integrisati VP opremljene ovom funkcijom u postojeće prekidače zajedno sa potrebnom opremom za monitorisanje, praktični izazovi vezani za prilagođavanje proširenja za dodatni deo u postojeće instalacije često čine ovo nemogućim.
•    Problem pouzdanosti: Pouzdanost mere opreme u poređenju sa VP-om predstavlja značajan rizik. Dodatni lemleni delovi dodati VP-u uvode potencijalne nove puteve za curenje i mogu biti osetljiviji na oštećenje tokom instalacije, što može dovesti do gubitka vakuma.

Slabost komponenata:

• Optičke tehnike: Optički vlakna korišćena u sistemu detekcije su osetljiva na neproporcionalnost, oštećenje tokom instalacije i blokade od kondenzacije ili prašine.

• Metoda električnog kontakta: Detekcija pokreta putem električnih kontakata zahteva napajan mikrocirkuit blizu VP, koji mora biti i električki izolovan. To uključuje nekoliko potencijalnih načina otkaza, uključujući probleme sa pouzdanosti mikrocirkvita, uspešnom prenosom signala, napajanjem kruga i održavanjem električne izolacije.

U skladu sa tim, iako metoda mehaničkog monitorisanja pritiska pruža jednostavan način za potvrđivanje da li je VP potpuno izgubio vakuum, dolazi sa značajnim ograničenjima. Ova uključuju nemogućnost adaptacije postojećih VP, potencijalne probleme pouzdanosti dodatnih komponenti i praktične izazove vezane za instalaciju i operaciju. Pažljivo razmatranje ovih faktora je ključno prilikom donošenja odluke o prikladnosti ove metode za specifične primene. Osiguranje robustnog dizajna i implementacije može pomoći u smanjenju ovih rizika, time unapređujući ukupnu pouzdanost i efikasnost sistema za monitorisanje vakumnih prekidača.