การวัดสภาพสุญญากาศในตัวขัดขวางสุญญากาศโดยวิธีการตรวจสอบความดันเชิงกล

การตรวจสอบสภาพความเป็นสุญญากาศในตัวขัดขวางสุญญากาศ

ตัวขัดขวางสุญญากาศ (VIs) ทำหน้าที่เป็นสื่อหลักในการตัดวงจรสำหรับระบบไฟฟ้าแรงดันกลางและได้รับการใช้งานมากขึ้นในระบบไฟฟ้าแรงดันต่ำ กลาง และสูง การทำงานของ VIs ขึ้นอยู่กับการรักษาความดันภายในต่ำกว่า 10 hPa (โดยที่ 1 hPa เท่ากับ 100 Pa หรือ 0.75 torr) ก่อนออกจากโรงงาน VIs จะถูกทดสอบเพื่อให้แน่ใจว่าความดันภายในไม่เกิน 10^-3 hPa
ประสิทธิภาพของ VI มีความสัมพันธ์กับระดับความเป็นสุญญากาศ แต่ไม่ได้มีความสัมพันธ์เชิงเส้นตรงกับความดันภายใน แทนที่จะเป็นเช่นนั้น ความดันภายในของ VI สามารถแบ่งออกเป็นสามกลุ่ม:

•    ความดันต่ำ: ต่ำกว่า 10^-6 hPa
•    ความดันปานกลาง: จากประมาณ 10^-3 hPa ถึงความดันขั้นต่ำของ Paschen
•    ความดันสูง: บ่งบอกถึงการล้มเหลวที่นำไปสู่การสัมผัสกับอากาศ

ในช่วงความดันต่ำ VIs ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ อย่างไรก็ตาม ในช่วงความดันปานกลาง ทั้งความแข็งแกร่งทางไฟฟ้าสถิตและความสามารถในการตัดวงจรลดลง และการลดลงนี้ยังคงดำเนินต่อไปในช่วง "จนถึงอากาศ" อย่างน่าสนใจ แม้ว่าประสิทธิภาพทางไฟฟ้าสถิตจะต่ำที่สุดในช่วงความดันปานกลาง แต่มันก็ปรับปรุงขึ้นเล็กน้อยในช่วง "จนถึงอากาศ" แต่ไม่เท่ากับที่เห็นในช่วงความดันต่ำ
เป็นสิ่งสำคัญที่ต้องทราบว่าวิธีการตรวจสอบที่กล่าวถึงไม่ครอบคลุมช่วงความดันทั้งหมดภายใน VI ตั้งแต่ความดันต่ำจนถึงช่วง "จนถึงอากาศ" แต่ละวิธีมีความเหมาะสมเฉพาะช่วงหนึ่ง รายละเอียดในข้อความและสรุปในตาราง 1 นอกจากนี้ ประสิทธิภาพของวิธีการบางอย่างอาจแตกต่างกันขึ้นอยู่กับการออกแบบของ VI และผลลัพธ์บางอย่างอาจถูกกระทบโดยองค์ประกอบและความดันของแก๊สที่อาจรั่วเข้ามาใน VI เช่น อากาศหรือแก๊ส SF6 ที่ใช้ในสวิตช์เกียร์ GIS

การใช้งาน VIs อย่างกว้างขวางในสวิตช์เกียร์แรงดันกลางเน้นย้ำถึงความท้าทายในการยืนยันความสมบูรณ์ของสุญญากาศในสนาม โดยเฉพาะหลังจากหลายทศวรรษของการใช้งาน การตรวจสอบ VIs หลังจากใช้งานมากกว่า 20 ปีได้ผลลัพธ์ที่หลากหลาย ต้องทราบว่า VIs เป็นเพียงส่วนหนึ่งของระบบขนาดใหญ่ การทำงานของกลไก วงจรควบคุม การออกแบบวงจร และองค์ประกอบอื่น ๆ ยังมีความสำคัญเท่าเทียมกันในการทำงานของ VIs อย่างมีประสิทธิภาพ

ตาราง 1 ให้ภาพรวมของแอปพลิเคชันทั่วไปของเทคนิคการตรวจสอบเหล่านี้ในสภาพแวดล้อม SF6 พร้อมกับการพิจารณาปฏิบัติในการใช้งานกับสวิตช์เกียร์ GIS ตารางนี้ยังแสดงผลลัพธ์ของวิธีการทดสอบต่าง ๆ ซึ่งเน้นความซับซ้อนในการรับประกันความน่าเชื่อถือระยะยาวของ VIs ในบริบทการดำเนินงานที่หลากหลาย การเข้าใจความซับซ้อนเหล่านี้เป็นสิ่งจำเป็นในการเพิ่มประสิทธิภาพและการยืดอายุการใช้งานของระบบไฟฟ้าที่พึ่งพาเทคโนโลยีตัวขัดขวางสุญญากาศ

การวัดสภาพของตัวขัดขวางสุญญากาศโดยใช้วิธีการตรวจสอบความดันเชิงกล

ความดันบรรยากาศกระทำแรงปิดบนปลายเคลื่อนไหวของตัวขัดขวางสุญญากาศ (VIs) สำหรับ VIs ที่ใช้ในวงจรเบรกเกอร์ แรงนี้มักเท่ากับหลายร้อยนิวตัน เมื่อสุญญากาศภายใน VI สูญหายอย่างสมบูรณ์ ความดันภายในจะเท่ากับความดันภายนอก ทำให้แรงปิดลดลงอย่างมากและเปลี่ยนแปลงพฤติกรรมเชิงกลของ VI วิธีการวินิจฉัยที่อาศัยการตรวจจับการเปลี่ยนแปลงนี้สามารถระบุได้ว่า VI ได้สูญเสียสุญญากาศอย่างสมบูรณ์ คือ "จนถึงอากาศ" ที่สำคัญ แม้ที่ความดันสูงเท่ากับความดันขั้นต่ำของ Paschen ความดันภายใน VI ยังคงเพียงพอที่จะรักษาแรงปิดเต็มรูปแบบ

วิธีการหลักในการตรวจสอบความดันเชิงกล

วิธีการหลักในการตรวจสอบความดันเชิงกลคือการติดตั้งส่วนที่เคลื่อนไหวเพิ่มเติมกับ VI โดยใช้ท่อส่งหรือกลไกที่คล้ายคลึงกัน (ดูรูปที่ 1) เมื่อสุญญากาศสูญหายอย่างสมบูรณ์ ส่วนที่เคลื่อนไหวเพิ่มเติมนี้จะเคลื่อนที่เนื่องจากการเท่ากันของความดันภายในและภายนอก ต่างจากส่วนที่เคลื่อนไหวซึ่งถูกจำกัดโดยกลไกวงจรเบรกเกอร์ ส่วนที่เคลื่อนไหวเพิ่มเติมนี้สามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ ระบบตรวจจับจะตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงตำแหน่งของส่วนที่เคลื่อนไหวเพิ่มเติมและตอบสนองตามลำดับ ขึ้นอยู่กับระบบตรวจจับที่ใช้ การตั้งค่านี้ช่วยให้สามารถตรวจสอบ VI ได้อย่างต่อเนื่อง การเคลื่อนที่ของส่วนที่เคลื่อนไหวเพิ่มเติมขึ้นอยู่กับการออกแบบของตัวเองมากกว่าการออกแบบของ VI ทั้งหมด ทำให้วิธีการนี้สามารถใช้ได้กับ VIs แรงดันต่ำ กลาง และสูง
การพิจารณาปฏิบัติ

แม้ว่าจะเป็นไปได้ในทางทฤษฎี การใช้แรงปิดบนปลายเคลื่อนไหวของ VI เพื่อตรวจจับการสูญเสียสุญญากาศมีความท้าทาย ความดันบรรยากาศปกติมักกระทำแรงประมาณหลายร้อยนิวตันบนปลายเคลื่อนไหวของ VI ในขณะที่วงจรเบรกเกอร์เองกระทำแรงปิดประมาณหลายพันนิวตัน ดังนั้น การระบุการลดลงของแรงปิดของ VI ผ่านพฤติกรรมเชิงกลของวงจรเบรกเกอร์เป็นเรื่องยาก เนื่องจากขนาดของแรงปิดของ VI นั้นค่อนข้างน้อยเมื่อเทียบกับวงจรเบรกเกอร์ ในคอนแทคเตอร์สุญญากาศ อย่างไรก็ตาม ที่แรงที่ใช้จากกลไกคอนแทคเตอร์น้อยลง การวินิจฉัยการสูญเสียสุญญากาศอย่างสมบูรณ์ผ่านพฤติกรรมเชิงกลอาจเป็นไปได้มากขึ้น

ด้วยการใช้ส่วนที่เคลื่อนไหวเพิ่มเติมและระบบตรวจจับ การตรวจสอบความดันเชิงกลนำเสนอวิธีการที่ปฏิบัติได้ในการประเมินสภาพสุญญากาศของ VI อย่างต่อเนื่อง วิธีการนี้ให้การตรวจสอบที่เชื่อถือได้ในการตรวจจับการสูญเสียสุญญากาศอย่างสมบูรณ์ แม้ว่าจะไม่สามารถระบุการเพิ่มขึ้นของความดันบางส่วนภายใน VI ได้ แต่ก็เป็นเครื่องมือที่มีคุณค่าในการรับประกันความสมบูรณ์และฟังก์ชันการทำงานของ VIs ทั่วทุกระดับแรงดันและการใช้งาน

วิธีการนี้ช่วยให้สามารถตรวจจับการสูญเสียสุญญากาศอย่างมีนัยสำคัญได้ทันท่วงที ทำให้สามารถดำเนินการบำรุงรักษาหรือเปลี่ยนทดแทนได้ทันเวลา ทำให้เพิ่มความน่าเชื่อถือและความปลอดภัยของระบบไฟฟ้าที่พึ่งพา VIs

พื้นฐานของการตรวจสอบตัวขัดขวางสุญญากาศโดยใช้วิธีการตรวจสอบความดันเชิงกล

วิธีการตรวจสอบความดันเชิงกลประเมินความสมบูรณ์ของสุญญากาศของตัวขัดขวางสุญญากาศ (VI) โดยการตรวจจับการเปลี่ยนแปลงพฤติกรรมเชิงกลเนื่องจากการสูญเสียแรงปิดที่เกิดจากความดันบรรยากาศบนปลายเคลื่อนไหว วิธีการนี้ให้การวัดแบบสองสถานะ ผ่าน/ไม่ผ่าน ระบุว่า VI ได้สูญเสียสุญญากาศและ "จนถึงอากาศ" แล้ว ความดันรอบๆ ความดันขั้นต่ำของ Paschen และจุดสำคัญอื่น ๆ ที่ประสิทธิภาพของ VI เริ่มลดลงนั้นต่ำเกินไปที่จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเชิงกลที่ตรวจจับได้ด้วยวิธีการนี้

ข้อดีและข้อเสียของวิธีการตรวจสอบความดันเชิงกล

ข้อดี:
•    ความเข้ากันได้: วิธีการนี้โดยทั่วไปเข้ากันได้กับประเภทฉนวนต่าง ๆ รวมถึง SF6, น้ำมัน และฉนวนแข็ง ตราบใดที่สามารถจัดการปัญหาปฏิบัติเช่น การจำกัดพื้นที่และการนำแสงไปยังอุปกรณ์ตรวจจับได้
•    ประโยชน์ของเทคนิคออปติคอล: การใช้เทคนิคออปติคอลช่วยให้สามารถย้ายส่วนที่ไม่ใช่ออปติคอลไปยังช่องแรงดันต่ำของสวิตช์เกียร์ ซึ่งสามารถเพิ่มความปลอดภัยและความสะดวกในการบำรุงรักษา
ข้อเสีย:
•    ความต้องการติดตั้ง: ส่วนที่เคลื่อนไหวที่จำเป็นสำหรับการตรวจสอบความดันต้องติดตั้งในระหว่างการผลิตครั้งแรกของ VI ไม่สามารถติดตั้งย้อนหลังใน VI ที่สร้างเสร็จแล้ว แม้ว่าจะเป็นไปได้ในทางทฤษฎีที่จะรวม VIs ที่มีคุณสมบัตินี้เข้ากับวงจรเบรกเกอร์ที่มีอยู่พร้อมกับอุปกรณ์ตรวจจับที่จำเป็น แต่ปัญหาปฏิบัติในการติดตั้งส่วนขยายสำหรับส่วนที่เคลื่อนไหวเพิ่มเติมในการติดตั้งที่มีอยู่มักทำให้ไม่เป็นไปได้
•    ความกังวลเรื่องความน่าเชื่อถือ: ความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์วัดเมื่อเทียบกับ VI เองเป็นความเสี่ยงที่สำคัญ ส่วนที่เชื่อมต่อเพิ่มเติมที่เพิ่มเข้าไปใน VI อาจทำให้เกิดช่องทางรั่วใหม่และอาจเสียหายได้ง่ายในระหว่างการติดตั้ง ทำให้สุญญากาศสูญหาย

ความเปราะบางของส่วนประกอบ:

• เทคนิคออปติคอล: ใยแก้วนำแสงที่ใช้ในระบบตรวจจับไวต่อการผิดตำแหน่ง การเสียหายในระหว่างการติดตั้ง และการอุดตันจากน้ำค้างหรือฝุ่น

• วิธีการตรวจจับด้วยตัวต่อไฟฟ้า: การตรวจจับการเคลื่อนไหวผ่านตัวต่อไฟฟ้าต้องใช้วงจรไมโครใกล้ VI ซึ่งต้องแยกไฟฟ้าด้วย ซึ่งทำให้มีโหมดการล้มเหลวหลายอย่าง รวมถึงปัญหาความน่าเชื่อถือของวงจรไมโคร การส่งสัญญาณ การจ่ายไฟให้วงจร และการแยกไฟฟ้า

สรุป แม้ว่าวิธีการตรวจสอบความดันเชิงกลจะเสนอวิธีการที่ง่ายในการยืนยันว่า VI ได้สูญเสียสุญญากาศอย่างสมบูรณ์ แต่ก็มีข้อจำกัดที่สำคัญ รวมถึงการไม่สามารถติดตั้งย้อนหลังใน VI ที่มีอยู่ การกังวลเรื่องความน่าเชื่อถือของส่วนประกอบเพิ่มเติม และปัญหาปฏิบัติในการติดตั้งและการดำเนินงาน การพิจารณาอย่างรอบคอบเกี่ยวกับปัจจัยเหล่านี้เป็นสิ่งสำคัญเมื่อตัดสินใจเกี่ยวกับความเหมาะสมของวิธีการนี้สำหรับการใช้งานเฉพาะ การออกแบบและดำเนินการที่แข็งแกร่งสามารถช่วยลดความเสี่ยงเหล่านี้ ทำให้เพิ่มความน่าเชื่อถือและประสิทธิภาพของระบบตรวจสอบตัวขัดขวางสุญญากาศ