Đo Điều Kiện chân Không Trong Bộ Ngắt Chân Không Bằng Phương Pháp Giám Sát Áp Suất Cơ Học

Quản lý Điều kiện chân không trong Bộ ngắt chân không

Bộ ngắt chân không (VIs) đóng vai trò là phương tiện chính để ngắt mạch cho các hệ thống điện trung thế và ngày càng được sử dụng nhiều trong các hệ thống điện áp thấp, trung bình và cao. Hiệu suất của VIs phụ thuộc vào việc duy trì áp suất nội bộ dưới 10 hPa (trong đó 1 hPa bằng 100 Pa hoặc 0,75 torr). Trước khi rời khỏi nhà máy, VIs được kiểm tra để đảm bảo áp suất nội bộ của chúng ≤10^-3 hPa.
Hiệu suất của một VI liên quan đến mức độ chân không của nó; tuy nhiên, nó không đơn giản tỷ lệ thuận với áp suất nội bộ. Thay vào đó, áp suất bên trong một VI có thể được phân loại thành ba nhóm:

•    Áp suất thấp: Dưới 10^-6 hPa
•    Áp suất trung bình: Từ khoảng 10^-3 hPa lên đến áp suất tối thiểu Paschen
•    Áp suất cao: Thường chỉ ra sự hỏng hóc dẫn đến tiếp xúc với không khí

Trong phạm vi áp suất thấp, VIs hoạt động hiệu quả. Tuy nhiên, ở phạm vi áp suất trung bình, cả sức mạnh điện môi và khả năng ngắt mạch đều giảm, sự suy giảm này tiếp tục diễn ra trong phạm vi "lên đến không khí". Thú vị thay, mặc dù hiệu suất điện môi ở mức thấp nhất trong phạm vi áp suất trung bình, nó thực sự cải thiện một chút trong phạm vi lên đến không khí - mặc dù không đạt đến mức quan sát thấy trong phạm vi áp suất thấp.
Điều quan trọng cần nhận biết là không có kỹ thuật giám sát nào đề cập bao gồm toàn bộ phạm vi áp suất trong một VI, từ áp suất thấp đến điều kiện lên đến không khí. Mỗi kỹ thuật áp dụng cho một phạm vi cụ thể, được chi tiết hóa trong văn bản và tóm tắt trong Bảng 1. Ngoài ra, hiệu quả của một số phương pháp khác nhau dựa trên thiết kế của VI, và một số đầu ra có thể bị ảnh hưởng bởi thành phần và áp suất của khí có thể rò rỉ vào VI, như không khí khí quyển hoặc khí SF6 được sử dụng trong GIS switchgear.

Sự triển khai rộng rãi của VIs trong thiết bị chuyển mạch điện áp trung bình nhấn mạnh thách thức xác nhận tính toàn vẹn của chân không trong thực tế, đặc biệt là sau nhiều thập kỷ sử dụng. Các cuộc thanh tra VIs sau hơn 20 năm sử dụng đã mang lại kết quả hỗn hợp. Cần lưu ý rằng VIs chỉ là một thành phần của hệ thống lớn hơn; chức năng của cơ chế, mạch điều khiển, thiết kế mạch và các yếu tố khác cũng rất quan trọng đối với hoạt động hiệu quả của VIs.

Bảng 1 cung cấp tóm tắt về các ứng dụng chung của các kỹ thuật giám sát này trong môi trường SF6, cùng với các cân nhắc thực tế cho việc sử dụng chúng với GIS switchgear. Bảng này cũng phác thảo kết quả của các phương pháp thử nghiệm khác nhau, nhấn mạnh sự phức tạp liên quan đến việc đảm bảo độ tin cậy lâu dài của VIs trong các ngữ cảnh hoạt động đa dạng. Hiểu rõ những điểm tinh tế này là cần thiết để tối ưu hóa hiệu suất và tuổi thọ của các hệ thống điện dựa trên công nghệ bộ ngắt chân không.

Đo Đạc Điều kiện Bộ ngắt Chân không Sử dụng Giám sát Áp suất Cơ học

Áp suất khí quyển tạo ra một lực đóng đáng kể lên đầu di động của bộ ngắt chân không (VIs). Đối với VIs được sử dụng trong cầu chì, lực này thường đạt vài trăm newton. Khi chân không bên trong VI hoàn toàn mất đi, áp suất nội bộ cân bằng với áp suất khí quyển bên ngoài, làm giảm đáng kể lực đóng và thay đổi hành vi cơ học của VI. Các phương pháp chẩn đoán dựa trên việc phát hiện sự thay đổi này chỉ có thể xác định khi VI đã hoàn toàn mất chân không, tức là nó đã trở thành "lên đến không khí." Lưu ý rằng, ngay cả ở áp suất cao như gần áp suất tối thiểu Paschen, áp suất đủ vẫn tồn tại bên trong VI để duy trì lực đóng đầy đủ.

Phương pháp Chính cho Giám sát Áp suất Cơ học

Phương pháp chính để giám sát áp suất cơ học bao gồm việc gắn thêm một thành phần di động vào VI sử dụng bellows hoặc cơ chế tương tự (xem Hình 1). Khi chân không hoàn toàn mất đi, phần bổ sung này di chuyển do sự cân bằng giữa áp suất nội bộ và ngoại vi. Không giống như tiếp điểm di động, bị ràng buộc bởi cơ chế cầu chì, phần bổ sung này có thể di chuyển tự do. Hệ thống phát hiện theo dõi sự thay đổi vị trí của phần bổ sung này và phản ứng tương ứng. Tùy thuộc vào hệ thống phát hiện được sử dụng, cách bố trí này cho phép giám sát liên tục VI. Sự di chuyển của phần bổ sung được xác định bởi thiết kế riêng của nó chứ không phải thiết kế tổng thể của VI, khiến phương pháp này áp dụng được cho VIs điện áp thấp, trung bình và cao.
Cân nhắc Thực tế

Mặc dù có thể về mặt lý thuyết, việc sử dụng lực đóng trên đầu di động của VI để phát hiện mất chân không gặp phải những thách thức. Áp suất khí quyển thường áp dụng một lực vài trăm newton lên đầu di động của VI, trong khi cầu chì áp dụng một lực đóng vài nghìn newton. Do đó, việc xác định sự giảm lực đóng của VI thông qua hành vi cơ học của cầu chì là khó khăn do độ lớn nhỏ của lực đóng của VI so với cầu chì. Trong các bộ tiếp xúc chân không, nơi lực áp dụng từ cơ chế tiếp xúc thấp hơn, việc chẩn đoán mất hoàn toàn chân không thông qua hành vi cơ học có thể khả thi hơn.

Bằng cách sử dụng một phần di động bổ sung và hệ thống phát hiện, giám sát áp suất cơ học cung cấp một giải pháp thực tế để đánh giá liên tục tình trạng chân không của VIs. Phương pháp này cung cấp một phương tiện đáng tin cậy để phát hiện mất hoàn toàn chân không, mặc dù nó không thể xác định sự tăng áp suất cục bộ bên trong VI. Tuy nhiên, nó đại diện cho một công cụ quý giá để đảm bảo tính toàn vẹn và chức năng của VIs trong các mức điện áp và ứng dụng khác nhau.

Phương pháp này đảm bảo rằng bất kỳ mất chân không đáng kể nào cũng được phát hiện kịp thời, cho phép thực hiện các biện pháp bảo dưỡng hoặc thay thế kịp thời, do đó nâng cao độ tin cậy và an toàn của các hệ thống điện dựa trên VIs.

Nền tảng về Giám sát Bộ ngắt Chân không Sử dụng Phương pháp Giám sát Áp suất Cơ học

Phương pháp giám sát áp suất cơ học đánh giá tính toàn vẹn của chân không của Bộ ngắt Chân không (VI) bằng cách phát hiện sự thay đổi hành vi cơ học do mất lực đóng gây ra bởi áp suất khí quyển trên đầu di động. Phương pháp này cung cấp một phép đo nhị phân, đỗ/quá trình, chỉ ra liệu VI đã mất chân không và "lên đến không khí" hay chưa. Áp suất xung quanh áp suất tối thiểu Paschen và các điểm quan trọng khác mà hiệu suất của VI bắt đầu suy giảm quá thấp để gây ra bất kỳ thay đổi cơ học nào có thể phát hiện bằng phương pháp này.

Ưu điểm và Nhược điểm của Phương pháp Giám sát Áp suất Cơ học

Ưu điểm:
•    Khả năng tương thích: Phương pháp này nói chung tương thích với các loại cách điện khác nhau, bao gồm SF6, dầu và cách điện rắn, miễn là các vấn đề thực tế như hạn chế về không gian và hướng dẫn ánh sáng đến thiết bị phát hiện có thể được quản lý.
•    Lợi ích của Kỹ thuật Quang học: Việc sử dụng kỹ thuật quang học cho phép di chuyển các thành phần không quang học vào ngăn điện áp thấp của thiết bị chuyển mạch, có thể tăng cường an toàn và dễ dàng bảo dưỡng.
Nhược điểm:
•    Yêu cầu Lắp đặt: Phần di động cần thiết cho giám sát áp suất phải được lắp đặt trong quá trình sản xuất ban đầu của VI. Nó không thể được lắp đặt lại cho các VI đã được xây dựng. Mặc dù có thể về mặt lý thuyết để tích hợp VIs được trang bị tính năng này vào các cầu chì hiện có cùng với thiết bị giám sát cần thiết, nhưng các thách thức thực tế liên quan đến việc lắp đặt phần mở rộng cho phần bổ sung vào các hệ thống hiện có thường làm cho điều này không thực tế.
•    Lo ngại về Độ tin cậy: Độ tin cậy của thiết bị đo lường so với VI chính nó là rủi ro đáng kể. Các phần được hàn thêm vào VI giới thiệu các đường rò mới có thể xảy ra và có thể dễ bị hỏng trong quá trình lắp đặt, có thể dẫn đến mất chân không.

Sự mỏng manh của Thành phần:

• Kỹ thuật Quang học: Sợi quang được sử dụng trong hệ thống phát hiện dễ bị sai lệch, hỏng hóc trong quá trình lắp đặt và bị tắc nghẽn do ngưng tụ hoặc bụi.

• Phương pháp Tiếp xúc Điện: Phát hiện chuyển động thông qua tiếp xúc điện yêu cầu một mạch vi điện gần VI, phải được cách điện điện. Điều này giới thiệu nhiều chế độ hỏng hóc tiềm năng, bao gồm các vấn đề về độ tin cậy của mạch vi, truyền tín hiệu thành công, cấp nguồn cho mạch và duy trì cách điện điện.

Tóm lại, mặc dù phương pháp giám sát áp suất cơ học cung cấp một cách đơn giản để xác nhận liệu VI đã hoàn toàn mất chân không hay chưa, nó cũng đi kèm với những hạn chế đáng kể. Những hạn chế này bao gồm không thể lắp đặt lại cho các VI hiện có, lo ngại về độ tin cậy của các thành phần bổ sung và các thách thức thực tế liên quan đến lắp đặt và vận hành. Cân nhắc kỹ lưỡng những yếu tố này là cần thiết khi quyết định về tính phù hợp của phương pháp này cho các ứng dụng cụ thể. Đảm bảo thiết kế và triển khai vững chắc có thể giúp giảm thiểu một số rủi ro này, do đó nâng cao độ tin cậy và hiệu quả tổng thể của các hệ thống giám sát bộ ngắt chân không.