ماذا يحدث عندما يفقد قاطع الدائرة الفراغي الفراغ؟ نتائج الاختبار الحقيقية المكشوفة
ماذا يحدث عندما يفقد مفصل الفراغ فراغه؟
إذا فقد مفصل الفراغ فراغه، يجب النظر في السيناريوهات التشغيلية التالية:
فتح الأقطاب
عملية الإغلاق
مغلق ويعمل بشكل طبيعي
فتح وإيقاف تيار طبيعي
فتح وإيقاف تيار عطل
الحالات أ، ب، وج نسبياً بسيطة. في هذه الحالات، لا يؤثر فقدان الفراغ بشكل عام على النظام.
ومع ذلك، تتطلب الحالات د وه مزيدًا من المناقشة.
افترض أن قاطع الدائرة ذو الفراغ ثلاثي الأطوار يفقد فراغه في طور واحد. إذا كان الحمل الذي يخدمه القاطع المعيب متصلًا بتوصيلة مثلثية (غير مربوطة بالأرض)، فإن عمليات التبديل لن تؤدي إلى فشل. في الأساس، لا يحدث شيء. الطوران الصحيان (مثل الطور 1 والطور 2) يوقفان الدائرة بنجاح، وتتوقف التيار في الطور المعيب (الطور 3) بشكل طبيعي.
تختلف الحالة مع الأحمال المربوطة بالأرض. في هذه الحالة، لا يتوقف تدفق التيار في الطور المعيب عند إيقاف الطورين الصحيين. يستمر القوس الكهربائي في الطور 3 دون شيء لإطفائه، ويستمر هذا التيار حتى يعمل الحماية الاحتياطية. النتيجة تكون عادة أضرار كارثية للقاطع.
نظرًا لأن قواطع الدائرة ذات الفراغ في نطاق 3-15 كيلوفولت تستخدم بشكل أساسي في الأنظمة المرتبطة بالأرض، فقد درسنا آثار مفصل الفراغ المعيب في مختبر الاختبارات الخاص بنا منذ سنوات. قمنا بإخراج مفصل الفراغ إلى ضغط جوي ("مسطح") ثم خضع القاطع لاختبار الانقطاع الكامل للدائرة القصيرة.
كما هو متوقع، فشل المفصل "المسطح" في إزالة العطل في الطور المتضرر وتعرض للتلف. نجح قاطع المختبر الاحتياطي في إزالة العطل.
بعد الاختبار، تم إزالة القاطع من الخلية. كان مغطى بالفحم لكنه سليم ميكانيكيًا. تم تنظيف الدخان والفحم من القاطع والخلية، واستبدال الوحدة المعيبة، وأعيد القاطع إلى الخزان. في وقت لاحق من نفس اليوم، تم إجراء اختبار آخر للدائرة القصيرة بنجاح. أكدت سنوات الخبرة في المجال النتائج من هذه الاختبارات المختبرية.
أحد عملائنا، وهي شركة كيميائية رائدة، تعرضت لفشل منعزل في تكوينات دوائر مماثلة (واحد مع قاطع مغناطيسي هواء، وواحد مع قاطع فراغ) في مرافق مختلفة في دول مختلفة. كان لديهم تكوين دائري مشترك ونمط فشل مشترك: دائرة اتصال حيث كانت مصادر الطاقة على جانبي القاطع غير متناسقة، مما يطبق تقريبًا ضعف الجهد المقنن عبر فجوة الاتصال. هذا أدى إلى فشل القاطع.
نتجت هذه الفشل عن ظروف التطبيق التي تنتهك توجيهات ANSI/IEEE وتتجاوز تصنيفات تصميم القاطع بشكل كبير. لا يشير هذا إلى عيب في التصميم. ومع ذلك، فإن مدى الأضرار مفيد:
في حالة قاطع الهواء المغناطيسي، انفجر غلاف الوحدة بعنف. تضررت الخلايا المجاورة للقاطع على الجانبين بشكل كبير، مما يتطلب إعادة بناء كبيرة. كان القاطع خسارة كاملة.
في حالة قاطع الفراغ، كان الفشل أقل عنفاً بشكل كبير. تم استبدال المفصل الفراغي المعيب، وتم تنظيف منتجات القوس (الفحم) من القاطع والخزان، وعاد النظام إلى الخدمة.
تدعم اختباراتنا المختبرية الواسعة، حيث ندفع مفاصل الفراغ إلى حدودها بشكل منتظم، هذه النتائج الواقعية.
مؤخرًا، تم إجراء عدة اختبارات عالية الطاقة في مختبرنا لتقييم محاولات الانقطاع باستخدام مفاصل فراغ "متسللة". تم حفر ثقب صغير (~3 ملم قطرًا) في هيكل المفصل لمحاكاة فقدان الفراغ. كانت النتائج مفيدة:
تم إيقاف تيار طبيعي بقوة 1,310 أمبير (التيار المستمر المقنن: 1,250 أمبير) بواسطة طور واحد من قاطع فراغ. تدفق التيار عبر القاطع "المعيب" لمدة 2.06 ثانية قبل أن يقوم قاطع المختبر الاحتياطي بإزالة العطل. لم يتم طرد أي أجزاء، ولم ينفجر القاطع، وكان فقط الطلاء على هيكل المفصل قد تجعد. لم يحدث أي أضرار أخرى.
حاول طور ثانٍ من نفس القاطع إيقاف تيار بقوة 25 كيلو أمبير (التيار المقنن للقطع: 25 كيلو أمبير). استمر القوس الكهربائي لمدة 0.60 ثانية قبل أن يقوم قاطع المختبر بإزالة العطل. حرق القوس ثقبًا في جانب هيكل المفصل. لم يحدث انفجار أو طرد لأجزاء. تم طرد جزيئات مضيئة من الثقب، لكن لم تتأثر أي مكونات ميكانيكية أو قواطع مجاورة. كان كل الأضرار محصورة في المفصل الفاشل.
تؤكد هذه الاختبارات أن عواقب فشل مفصل الفراغ أقل خطورة بشكل كبير مقارنة بفشل تقنيات القطع الأخرى.
لكن السؤال الحقيقي ليس ما يحدث عند الفشل، بل كم هو احتمال الفشل؟
معدلات فشل مفاصل الفراغ منخفضة للغاية. لم يعد فقدان الفراغ مخاوف كبيرة.
في أوائل الستينيات، كانت مفاصل الفراغ عرضة للتسرب - وهذا كان مشكلة كبيرة. استخدمت التصاميم الأولى مفاصل ملحومة أو ملحومة بين مواد مختلفة، بدون مواد عضوية. كان العمل اليدوي شائعًا، خاصة مع عوازل الزجاج البوروسيليكات، والتي لم تستطع تحمل درجات الحرارة العالية.
اليوم، يتم استخدام اللحام الآلي واللحام بالفرن الشديد التحكم في العملية. الجزء المتحرك الوحيد داخل مفصل الفراغ هو القطب النحاسي، متصل باللوحة النهائية عبر بيلوز من الفولاذ المقاوم للصدأ. بما أن كلا طرفي البيلوز ملحوم، فإن معدل فشل هذا الختم المتحرك منخفض بشكل استثنائي - مما يظهر موثوقية قواطع الدائرة الحديثة ذات الفراغ.
في الواقع، يقدر الوقت المتوسط للفشل (MTTF) لمفاصل الفراغ الحديثة الآن بـ 57,000 سنة.
كان قلق العملاء بشأن فقدان الفراغ صحيحًا في الستينيات، عندما كانت قواطع الفراغ جديدة في التطبيقات الكهربائية. في ذلك الوقت، كانت مفاصل الفراغ تسرب كثيرًا، وكانت مشاكل الذروة شائعة. كانت هناك شركة واحدة تقدم قواطع فراغ، وكانت التقارير تشير إلى العديد من المشاكل.
بحلول منتصف السبعينيات، اختلفت مفاصل الفراغ الأوروبية المطورة - مثل تصاميم سيمنز الحديثة - بشكل أساسي عن نماذج الستينيات في المواد والتحكم في العملية. كانت الأقطاب النحاسية البيسموتية أكثر عرضة للذروة من سبائك الكروم والنحاس الحديثة. كانت المفاصل المبنية يدويًا أكثر عرضة للتسرب من الوحدات المصنعة بدقة اليوم.
اليوم، أزال التحكم الصارم في العملية والأتمتة معظم التباين البشري. نتيجة لذلك، توفر مفاصل الفراغ الحديثة عمر خدمة طويل، والضغط العازل الذي تفرضه على المعدات المتصلة ليس أسوأ من ذلك الموجود في قواطع الدائرة التقليدية الهوائية المغناطيسية أو الزيتية.
