رفتار دیسک‌های قطع کننده خلاء بیرون از ساختمان در محیط‌های مدل‌سازی شده
مدارک بازدارنده خلاء بیرونی عمدتا در بخش ولتاژ متوسط و بالا (MHV) استفاده می‌شوند. این دستگاه‌ها عنصر کلیدی در بخش توزیع، به ویژه در شبکه‌های ۱۱kV و ۳۳kV هستند. انواع مواد مرکب مختلف در ساخت این مدارک استفاده می‌شود. از میان آنها، مدارک خلاء بیرونی به عنوان مهم‌ترین جزء برجسته می‌شود. برای مدارک خلاء بیرونی، مدارک خلاء معمولاً در یک پوشش سرامیکی قرار می‌گیرند.
این مدارک از طریق میله‌های عملکردی که با رزین تقویت شده با فیبرگلاس ساخته شده‌اند به مکانیزم عملکردی متصل می‌شوند که نیز به نوبه خود به یک میله عملکردی مشترک از فولاد متصل می‌شود. مکانیزم عملکردی مدارک خلاء بیرونی معمولاً از نوع فنری است و در یک پوشش فولادی قرار دارد. با توجه به استفاده از مواد متعدد، ارزیابی سازگاری این مواد و همچنین طراحی و کیفیت ساخت آنها در شرایط محیطی مختلف که مدارک قرار است در آنها عمل کنند ضروری است. این ارزیابی عملکرد بدون مشکل و در نتیجه ثبات شبکه الکتریکی که بخشی از آن هستند را تضمین می‌کند.
آزمون‌های محیطی برای مدارک، به ویژه آزمون‌های دمای پایین و دمای بالا، تحت بند ۶.۱۰۱.۳ استاندارد IEC ۶۲۲۷۱-۱۰۰[۱] پوشش داده شده‌اند. برای مناطق سرد، محدوده دمایی ترجیحی برای مقادیر حداقل و حداکثر -۵۰°C تا +۴۰°C است، در حالی که برای مناطق بسیار گرم -۵°C تا +۵۰°C است. در ارتفاعات تا ۱۰۰۰ متر، دمای محیطی حداقل ترجیحی برای آزمون دمای پایین -۱۰°C، -۲۵°C، -۳۰°C و -۴۰°C است. در کاربردهای بیرونی، طراحی مدارک خلاء باید تغییرات سریع دما را در نظر بگیرد. در هند، مکان‌های زیادی در مناطقی مانند کشمیر، هیمال چال، اوتاراکانت و سیکیم با چنین تغییرات دما مواجه می‌شوند.
دمای می‌تواند تا -۲۵°C کاهش یابد. در چنین مکان‌هایی، مشکلات مربوط به شرایط سرد با وقوع مکرر پدیده‌هایی مانند سرماخوردگی و طوفان برف تشدید می‌شوند. در تابستان، در بسیاری از نقاط هند، دمای می‌تواند تا ۵۰°C افزایش یابد. تولیدکنندگانی که مدارک خود را به کشورهایی صادر می‌کنند که با دمای بسیار پایین یا بالا مواجه می‌شوند، باید عملکرد محصولات خود را در این شرایط آب و هوایی شدید تعیین کنند.
این مقاله به عملکرد مدارک خلاء بیرونی ۳۶ kV در شرایط محیطی شبیه‌سازی شده بر اساس IEC 62271-100 می‌پردازد. آزمون‌هایی که در اینجا مورد بحث قرار گرفته‌اند شامل (الف) آزمون دمای پایین و (ب) آزمون دمای بالا می‌شود. علاوه بر این، مقاله به زمان عملکرد، تفاوت زمانی بین قطب‌ها و زمان شارژ مکانیزم عملکردی برای یک مدارک خلاء بیرونی ۳۶ kV می‌پردازد.
آزمون دمای پایین
برای درک عملکرد مدارک خلاء بیرونی در شرایط دمای پایین، رویه مشخص شده در IEC-62271-100 به عنوان مرجع انتخاب شده است. این استاندارد IEC مقرر می‌کند که برای مدارک با پوشش واحد و مکانیزم عملکردی مشترک، آزمون‌های سه‌فازی انجام شود. برای مدارک با پوشش‌های چندگانه و قطب‌های مستقل، آزمون یک قطب کامل مجاز است. در مواردی که محدودیت‌های تجهیزات آزمون وجود دارد، مدارک با پوشش‌های چندگانه می‌توانند با یک یا چند گزینه زیر آزمون شوند، به شرطی که شرایط عملکرد مکانیکی مدارک در تنظیمات آزمون مطلقاً مساعدتر از شرایط عادی نباشد:
در طول آزمون، هرگونه نگهداری، جایگزینی قطعه یا تنظیم مجدد مدارک ممنوع است. مگر اینکه طراحی مدارک نیاز به منبع گرما داشته باشد، تأمین مواد مایع یا گازی برای مدارک باید در دمای هوا آزمون باشد.
خصوصیات عملکردی زیر از مدارک باید آزمون شوند:
زمان بسته شدن
زمان باز شدن
تفاوت زمانی بین قطب‌ها
گسترش زمانی بین واحد‌های یک قطب (اگر چند قطب آزمون شده باشد)
زمان شارژ دستگاه عملکردی
مصرف مدار کنترل
مصرف دستگاه‌های قطع و ضبط شماره‌های شانسی
مدت زمان پالس‌های دستور بستن و باز کردن
آزمون تنگی اگر لازم باشد
فشار گاز اگر لازم باشد
مقاومت مدار اصلی
نمودار زمان-مسافت
این خصوصیات باید در شرایط زیر ثبت شوند:
پارامترهای تغییر یافته فشار برای مدارک خلاء بیرونی قابل اجرا نیستند چون تماس‌کننده در ظروف خلاء قرار دارد و این مجموعه مدارک خلاء در پوشش سرامیکی عایق‌بندی شده با هوا برای کاربرد بیرونی قرار دارد.
دنباله آزمون برای آزمون دمای پایین در بند ۶.۱۰۱.۳.۳ استاندارد IEC 62271-100 تعریف شده است. خصوصیات عملکردی اولیه [۱.۴] بعد از قرار دادن مدارک در دمای ۲۰ ± ۵°C مشخص می‌شوند. پس از بررسی اولیه با مدارک در وضعیت بسته، دمای محیط به حداقل دمای هوا بر اساس دسته‌بندی دما کاهش می‌یابد. مدارک برای ۲۴ ساعت در وضعیت بسته با گرمکن‌های ضد تكثيف روشن نگهداری می‌شوند. پس از ۲۴ ساعت، مدارک با مقادیر اسمی ولتاژ تغذیه باز و بسته می‌شوند. زمان باز و بسته شدن ثبت می‌شود تا خصوصیات عملکردی دمای پایین تعیین شود. سپس تغذیه گرمکن‌های ضد تكثيف برای مدت زمان (t₁) مشخص شده توسط تولیدکننده، با حداقل دو ساعت قطع می‌شود. در این بازه، هشدارها مجاز هستند اما قفل‌ها مجاز نیستند. پس از زمان t₁، مدارک باز می‌شوند و زمان باز شدن ثبت می‌شود. اگر ممکن است، خصوصیات حرکت مکانیکی نیز اندازه‌گیری می‌شوند تا توان قطع را ارزیابی کنند.
مدارک برای ۲۴ ساعت در وضعیت باز نگهداری می‌شوند و سپس بسته و باز می‌شوند. سپس ۵۰ عملیات CO انجام می‌شود که سه عملیات اول CO بدون تأخیر انجام می‌شوند. عملیات CO باقی‌مانده به صورت C - tₑ - O - tₑ انجام می‌شوند. زمان tₑ مدت زمان بین عملیات است. یک بازه ۳ دقیقه‌ای برای هر دوره یا دنباله مجاز است. پس از تکمیل ۵۰ عملیات CO، دمای کامره آزمون محیطی با نرخ ۱۰ K/ساعت افزایش می‌یابد. در طول دوره انتقال، عملیات C - tₑ - O - tₑ و O - tₑ - C - tₑ - O به گونه‌ای انجام می‌شوند که مدارک در وضعیت بسته و باز برای ۳۰ دقیقه بین دنباله‌های عملکردی نگهداری شوند. پس از استقرار مدارک به دمای محیطی، اندازه‌گیری مجدد خصوصیات عملکردی در ۲۰ ± ۵°C برای مقایسه با خصوصیات اولیه در ۲۰ ± ۵°C انجام می‌شود.
CPRI بیش از ده سال است که آزمون‌های دمای پایین و بالا بر روی مدارک ولتاژ متوسط و بالا تا ۳۶ kV انجام می‌دهد. شکل ۱ یک تنظیم آزمون معمول برای یک مدارک خلاء بیرونی ۳۶ kV نصب شده در کامره آزمون برای آزمون‌های دمای بالا و پایین را نشان می‌دهد.
نتایج آزمایشی برای یک مدارک خلاء بیرونی ۳۶ kV در طول آزمون‌های دمای پایین و بالا ارائه شده است. مدارک آزمون شده با مکانیزم‌های عملکردی فنری مجهز شده بودند.
آزمون دمای بالا در +۵۵°C انجام شد و آزمون‌های دمای پایین در -۱۰°C و -۲۵°C انجام شد. خصوصیات زیر برای تحلیل عملکرد مدارک بررسی شدند:
زمان بستن و باز کردن (زمان عملکرد):زمان بستن به عنوان بازه زمانی بین تغذیه مدار بستن، با مدارک در وضعیت باز، و لحظه‌ای که تماس‌ها در تمام قطب‌ها برخورد می‌کنند تعریف می‌شود.زمان باز کردن یک مدارک به عنوان بازه زمانی بین لحظه تغذیه دستگاه باز کردن، با مدارک در وضعیت بسته، و لحظه‌ای که تماس‌های قوسی در تمام قطب‌ها جدا می‌شوند تعریف می‌شود.
برای به دست آوردن داده‌های حجمی، مقدار متوسط زمان‌های عملکرد تمام سه قطب برای مقایسه در نظر گرفته می‌شود. چون تغییرات زمانی بین قطب‌ها مقایسه شده‌اند، تغییر حداکثر بین زمان حداکثر و حداقل قطب‌های فردی به طور خودکار نمایش داده می‌شود.
الف) گسترش زمانی بین قطب‌ها
ب) خصوصیات دستگاه شارژ، مانند زمان شارژ و مصرف جریان.
ج) تغییر در خصوصیات عملکردی نسبت به خصوصیات عملکردی اولیه.
عملکرد مدارک در طول آزمون‌های دمای بالا و پایین با توجه به خصوصیات ذکر شده مقایسه شده و نتایج در بخش‌های بعدی بحث می‌شوند.
ارزیابی عملکرد در دمای بالا
نتایج آزمون دمای بالا در جدول ۱ ارائه شده است. خصوصیات اولیه در ۲۰°C اندازه‌گیری شد. IEC 62271-100 هیچ مقداری برای زمان عملکرد یا زمان بستن مشخص نکرده است. زمان‌های باز کردن اولیه اندازه‌گیری شده حدود ۳۶ میلی‌ثانیه است و زمان بستن حدود ۴۴ میلی‌ثانیه است. به طور مشابه، زمان شارژ دستگاه عملکردی از ۹.۶ ثانیه تا ۱۱.۳ ثانیه متغیر است و جریان شارژ در محدوده ۲.۸ آمپر تا ۳.۱ آمپر است.
پس از ۲۴ ساعت قرار گرفتن در ۵۵°C با مدارک در وضعیت بسته، زمان باز کردن و بستن به طور یکنواخت حدود ۵% افزایش یافت. پس از یک دوره ۲۴ ساعته دیگر در ۵۵°C با مدارک در وضعیت باز، زمان بستن حدود ۲.۵% و زمان باز کردن حدود ۴% افزایش یافت.
تغییر قابل توجهی در گسترش زمانی بین قطب‌ها برای همه سه نمونه آزمون در طول آزمون مشاهده نشد. بنابراین می‌توان نتیجه گرفت که رفتار در تمام قطب‌های مدارک خلاء مشابه است.زمان شارژ از ۱۱.۳ ثانیه به ۹.۶ ثانیه کاهش یافت اما جریان از ۲.۹ آمپر به ۳.۴ آمپر تغییر کرد.
در مقایسه زمان‌های باز کردن و بستن بین مقادیر اولیه و نهایی در دمای محیطی، تغییر کمتر از ۱٪ در زمان عملکرد مشاهده شد که قابل صرف نظر است.
خصوصیات عملکردی اولیه در ۲۰°C اندازه‌گیری شد. مقادیر اولیه اندازه‌گیری شده برای زمان باز کردن حدود ۳۶ میلی‌ثانیه و زمان بستن ۴۴ میلی‌ثانیه بود. به طور مشابه، زمان شارژ دستگاه عملکردی ۱۰.۶ ثانیه و جریان دستگاه شارژ ۲.۸ آمپر بود.
پس از ۲۴ ساعت قرار گرفتن در -۱۰°C با مدارک در وضعیت بسته، زمان باز کردن حدود ۰.۷% کاهش یافت و زمان بستن حدود ۲% افزایش یافت که تغییر قابل توجهی نبود.
در طول دوره دو ساعته بدون گرمکن‌های ضد تكثيف، زمان باز کردن ۱.۳۶% کاهش یافت.پس از یک دوره ۲۴ ساعته دیگر در -۱۰°C با مدارک در وضعیت باز، زمان بستن حدود ۳% افزایش یافت و زمان باز کردن حدود ۲% کاهش یافت.
در آزمون نهایی در دمای محیطی، تغییر کمتر از ۱% بود. در طول کل دوره آزمون دمای پایین در -۱۰°C، تغییر قابل توجهی در گسترش زمانی بین قطب‌ها مشاهده نشد.
عملکرد مدارک در دمای‌های مختلف، از +۵۵°C، -۱۰°C و -۲۵°C در جدول ۱ ارائه شده است.
تغییرات قابل توجهی در زمان عملکرد مشاهده شد وقتی مدارک در دمای پایین -۲۵°C عمل می‌کرد. نتایج در جدول ۳ نشان می‌دهد که مدارک در -۲۵°C رفتار کندی در باز کردن و بستن داشت. درصد تغییر در زمان عملکرد در -۲۵°C به طور قابل توجهی متفاوت بود. پس از ۲۴ ساعت قرار گرفتن، زمان باز کردن ۳۰% افزایش یافت و زمان بستن حدود ۲۵% افزایش یافت. به طور مشابه، پس از قطع گرمکن‌های ضد تكثيف برای دو ساعت، زمان باز کردن ۴۶% افزایش یافت. قرار گرفتن برای ۲۴ ساعت دیگر در -۲۵°C با مدارک در وضعیت باز و بازگشت تغذیه گرمکن‌های ضد تكثيف منجر به ۴۴% افزایش زمان باز کردن و ۲۱% افزایش زمان بستن شد. نمودارهای زمانی ثبت شده برای زمان بستن و باز کردن در طول آزمون این تغییرات را به وضوح نشان می‌دهند.
آزمون در دمای محیطی ۲۰°C در شکل ۲ نشان داده شده است. نمودارهای زمانی ثبت شده برای زمان بستن پس از ۵۰ ساعت قرار گرفتن در -۲۵°C در شکل ۳ ارائه شده است. در مقایسه، کندی مدارک در -۲۵°C به وضوح مشهود است.
در مقایسه با عملکرد آن در -۱۰°C که تغییر در زمان عملکرد فقط حدود ۰.۵% تا ۳% بود، خصوصیات مدارک در -۲۵°C به طور قابل توجهی تضعیف شده است. در -۲۵°C، تغییرات زمان عملکرد در مراحل مختلف آزمون حدود ۴۵% رسید.
این مقاله نتایج آزمایشی مقایسه عملکرد مدارک خلاء بیرونی ۳۶ kV در طول آزمون‌های دمای پایین و بالا بر اساس IEC
