Какво се случва, когато вакуумният автомат загуби вакуум? Резултати от реални тестове разкрити
Какво се случва, когато вакуумният прекъсвител губи вакуума си?
Ако вакуумният прекъсвител губи вакуума си, следва да се разгледат следните оперативни сценарии:
Отваряне на контактите
Операция за затваряне
Затворен и работещ нормално
Отваряне и прекъсване на нормалния ток
Отваряне и прекъсване на тока при дефект
Случаи а, б и в са относително простички. В тези ситуации системата обикновено не е засегната от загубата на вакуум.
Обачно, случаите д и е изискват допълнително обсъждане.
Представете си, че вакуумен преръзващ ключ с три фази губи вакуума в една фаза. Ако натоварването, обслужвано от дефектния ключ, е съединено по триъгълник (не заземено), операциите за превключване няма да доведат до повреда. По същество, нищо не се случва. Двете здрави фази (например Фаза 1 и Фаза 2) успешно прекъсват контура, а токът в дефектната фаза (Фаза 3) спира естествено.
Различна ситуация се появява при заземени натоварвания. В този случай прекъсването от двете здрави фази не спира течението на тока в дефектната фаза. Лъчът продължава да съществува в Фаза 3 без нищо да го угаси, и този ток продължава, докато резервната защита не влезе в действие. Резултатът обикновено е катастрофално повреждане на ключа.
Тъй като вакуумните преръзващи ключове в диапазона 3–15 кВ се използват основно в заземени системи, ние проучихме ефектите от повреден прекъсвител в нашата тестова лаборатория преди години. Намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено намерено нам......
Както се очакваше, "плоският" прекъсвител не успя да изчисти дефекта в засегнатата фаза и беше унищожен. Лабораторният резервен ключ успешно изчисти дефекта.
След теста, ключът беше изваден от кутията на комутационното устройство. Беше тежко замърсен, но механически непокътнат. Димът и саждите бяха почистени от ключа и комутационното устройство, дефектната единица беше заменена, и ключът беше въведен обратно в отсека. По-късно същия ден, друг тест за краткосрочно замыкание беше изпълнен - успешно. Години наред полеви опити потвърдиха откритията от тези лабораторни тестове.
Един от нашите клиенти, голяма химическа компания, преживя изолирани повреди при подобни конфигурации на контурите (един с въздушно-магнитен ключ, друг с вакуумен ключ) в две различни предприятия в различни страни. И двата споделяха обща конфигурация на контура и начин на повреда: връзка, при която източниците на енергия от двете страни на ключа бяха разсинхронизирани, прилагайки почти два пъти по-високо напрежение над промеждутъка между контактите. Това причини повреда на ключа.
Тези повреди се дължат на условия на приложение, които нарушават насоките на ANSI/IEEE и далеч надхвърлят проектните спецификации на ключа. Те не показват наличие на конструктивен недостатък. Обаче мащабът на повредата е поучителен:
В случая с въздушно-магнитния ключ, обложката на единицата се разцепи насилиствено. Съседните кутии на комутационното устройство от двете страни пострадаха сериозно, което изисква основна реконструкция. Ключът беше напълно загубен.
В случая с вакуумния ключ, повредата беше значително по-малко насилиствена. Дефектният вакуумен прекъсвител беше заменен, продуктите от лъча (саж) бяха почистени от ключа и отсека, и системата беше въведена обратно в употреба.
Нашите обширни лабораторни тестове, при които редовно изпитваме вакуумните прекъсвители до техните граници, подкрепят тези реални резултати.
Наскоро, няколко теста с висока мощност бяха проведени в нашата лаборатория, за да се оценят опитите за прекъсване, използвайки "пропускащи" вакуумни прекъсвители. Малка дупка (~3 мм диаметър) беше пробита в облогата на прекъсвителя, за да се симулира загуба на вакуум. Резултатите бяха разкриващи:
Ток 1,310 А (номинален непрекъснат ток: 1,250 А) беше прекъснат от една фаза на вакуумен ключ. Токът протече през "дефектния" ключ за 2.06 секунди, преди лабораторният резервен ключ да изчисти дефекта. Никакви части не бяха изхвърлени, ключът не експлодира, а само боядиската на облогата на прекъсвителя се пука. Не се появи друга повреда.
Втората фаза на същия ключ опита да прекъсне 25 кА (номинален прекъсващ ток: 25 кА). Лъчът продължи 0.60 секунди, преди лабораторният ключ да изчисти дефекта. Лъчът изгори дупка в страната на облогата на прекъсвителя. Не се появи експлозия или летящи части. Светещи частици бяха изхвърлени от дупката, но никакви механични компоненти или съседни ключове не бяха повредени. Всички повреди бяха ограничени до дефектния прекъсвител.
Тези тестове потвърждават, че последиците от повреда на вакуумен прекъсвител са значително по-малко тежки в сравнение с повреди в други технологии за прекъсване.
Но реалният въпрос не е какво се случва, когато се повреди, а колко вероятно е да се повреди?
Стойностите на вероятността за повреда на вакуумните прекъсвители са изключително ниски. Загубата на вакуум вече не е значителна загриженост.
През ранните 1960-ти години, вакуумните прекъсвители бяха склонни към утечки - това беше основна проблем. Ранните дизайни използваха сварени или сварени съединения между различни материали, без органични материали. Ръчната работа беше обикновена, особено с изолатори от боросиликатно стъкло, които не можеха да издържат високи температури.
Днес, машинна сварка и плавка в индукционна печ се използват с изключително строг контрол на процесите. Единствената движеща се част във вакуумния прекъсвител е медния контакт, свързан с крайната плоча чрез сварена нержавееща стомана. Тъй като и двете краища на колбата са сварени, стойността на вероятността за повреда на този движещ се клапан е изключително ниска - демонстрирайки високата надеждност на модерните вакуумни преръзващи ключове.
Всъщност, MTTF (средното време до повреда) на модерните вакуумни прекъсвители сега се оценява на 57,000 години.
Загриженостите на клиентите относно загубата на вакуум бяха обосновани през 1960-те години, когато вакуумните ключове бяха нови в приложенията на електроенергията. Тогава, вакуумните прекъсвители често утечеха, и проблеми с импулси бяха общи. Само една компания предлагаше вакуумни ключове, и докладите сочеха много проблеми.
Към средата на 1970-те години, европейски разработени вакуумни прекъсвители - като модерните дизайни на Siemens - се различаваха фундаментално от моделите от 1960-те години по материалите и контрола на процесите. Контактите от мед-бисмут бяха по-склонни към импулси, отколкото днешните сплави от хром-мед. Ръчно изградените прекъсвители бяха по-склонни към утечки, отколкото днешните прецизно производствени единици.
Днес, строгият контрол на процесите и автоматизацията са елиминирали повечето вариации, причинени от хора. В резултат, модерните вакуумни прекъсвители предлагат дълъг срок на служба, и диелектричното напрежение, което налагат на свързаното оборудване, не е по-лошо от това на традиционните въздушно-магнитни или маслени преръзващи ключове.
