Què passa quan un interruptor de circuit buit perdi el buit Revelació dels resultats reals de la prova
Què passa quan un interrompedor al vaç perdu el seu vaç?
Si un interrompedor al vaç perdu el seu vaç, s'han de considerar els següents escenaris operatius:
Obertura dels contactes
Operació de tancament
Tancat i funcionant normalment
Obertura i interrupció de la corrent normal
Obertura i interrupció d'una corrent de fallada
Els casos a, b i c són relativament simples. En aquestes situacions, el sistema generalment no es veu afectat per la pèrdua de vaç.
Tanmateix, els casos d i e requereixen una discussió més detallada.
Suposem que un interruptor de circuit de tres fases alimentat per un alimentador perde el vaç en una fase. Si la càrrega servida pel interruptor defectuós és una càrrega connectada en delta (sense terra), les operacions de commutació no portaran a cap fallada. Essencialment, no passa res. Les dues fases sanes (per exemple, Fase 1 i Fase 2) interrompen correctament el circuit, i la corrent en la fase defectuosa (Fase 3) cessa naturalment.
Una situació diferent es dóna amb càrregues a terra. En aquest cas, l'interrupció per part de les dues fases sanes no atura el flux de corrent en la fase defectuosa. Un arc persisteix en la Fase 3 sense res per extinguir-lo, i aquesta corrent continua fins que opera la protecció de suport. El resultat és típicament un dañu catastròfic al interruptor.
Com que els interruptors de circuit al vaç en el rang de 3–15 kV s'utilitzen principalment en sistemes a terra, investiguem els efectes d'un interrompedor fallat en el nostre laboratori d'assaigs fa anys. Exposàrem deliberadament un interrompedor al vaç a pressió atmosfèrica ("aplanat") i llavors sotmetérem el interruptor a una prova completa d'interrupció de curtcircuí.
Com es preveia, l'interrompedor "aplanat" no va poder eliminar la fallada en la fase afectada i es va destruir. El interruptor de suport del laboratori va eliminar correctament la fallada.
Després de la prova, el interruptor es va treure de la cel·la de la cuadra. Estava molt encopetat però mecànica intacta. Es van netejar el fum i el crema de l'interruptor i la cuadra, es va reemplaçar la unitat defectuosa, i el interruptor es va tornar a inserir a la compartiment. Més tard el mateix dia, es va realitzar una altra prova de curtcircuí—amb èxit. Anys d'experiència posterior en el camp han confirmat els resultats d'aquestes proves de laboratori.
Un dels nostres clients, una gran empresa química, va experimentar fallades aïllades en configuracions de circuit similars (un amb un interruptor magnètic d'aire, un amb un interruptor al vaç) en dues instal·lacions diferents en països diferents. Ambdós compartien una configuració de circuit comuna i un mode de fallada: un circuit de connexió on les fonts d'energia a cada costat del interruptor estaven desincronitzades, aplicant gairebé el doble de la tensió nominal a través de la fenda del contacte. Això va causar la fallada del interruptor.
Aquestes fallades van resultar de condicions d'aplicació que violaven les guies ANSI/IEEE i superaven amb molta amplitud les valoracions de disseny del interruptor. No indiquen un defecte de disseny. Tanmateix, l'extensió del dañu és instructiva:
En el cas de l' interruptor magnètic d'aire , la carcassa de la unitat va romandre violentament. Les cel·les de cuadra adjacents a ambdós costats van patir danys extensius, necessitant una reconstrucció major. El interruptor va ser una pèrdua total.
En el cas de l' interruptor al vaç , la fallada va ser significativament menys violenta. S'ha reemplaçat l'interrompedor defectuós, s'han netejat els subproductes de l'arc (crema) de l'interruptor i la compartiment, i el sistema s'ha tornat a posar en servei.
Les nostres extenses proves de laboratori, on sovint ens fem arribar als límits els interrompedors al vaç, suporten aquests resultats del món real.
Recentment, es van realitzar diverses proves de alta potència al nostre laboratori per avaluar intents d'interrupció utilitzant interrompedors al vaç "filtrants". Es va fer un forat petit (~3 mm de diàmetre) a la carcassa de l'interrompedor per simular la pèrdua de vaç. Els resultats van ser reveladors:
Una corrent normal de 1.310 A (corrent contínua nominal: 1.250 A) va ser interrompuda per una fase d'un interruptor al vaç. La corrent va fluir a través del "interruptor defectuós" durant 2,06 segons abans que el interruptor de suport del laboratori eliminés la fallada. No es van expulsar parts, el interruptor no va explotar, i només es va bullir la pintura de la carcassa de l'interrompedor. No es va produir cap altre dañu.
Una segona fase del mateix interruptor intentà interrompre 25 kA (corrent d'interrupció nominal: 25 kA). L'arc va durar 0,60 segons abans que el interruptor del laboratori eliminés la fallada. L'arc va cremar un forat a través del costat de la carcassa de l'interrompedor. No va haver-hi explosió ni detritus volants. Partícules brillants van ser expulses a través del forat, però no es van dañar components mecànics o interruptors adjacents. Tot el dañu es va confinar a l'interrompedor fallat.
Aquestes proves confirmen que les conseqüències d'una fallada d'un interrompedor al vaç són significativament menys severes en comparació amb fallades en altres tecnologies d'interrupció.
Però la pregunta real no és què passa quan falla, sinó quina és la probabilitat que falli?
Les taxes de fallada dels interrompedors al vaç són extremadament baixes. La pèrdua de vaç ja no és una preocupació significativa.
A principis dels anys 1960, els interrompedors al vaç eren propensos a filtracions—era un problema important. Els dissenys inicials utilitzaven juntes brasades o soldades entre materials diferents, sense materials orgànics. Era comú la fabricació manual, especialment amb aïlladors de vidre borosilicat, que no podien suportar temperatures altes.
Avui, es fan soldades mecàniques i brasades en forn d'inducció a lots amb controls de procés extremadament estrictes. La única part mòbil dins d'un interrompedor al vaç és el contacte de cobre, connectat a la placa final mitjançant un campanal deainless acer inoxidable soldat. Com que tots dos extrems del campanal estan soldats, la taxa de fallada d'aquest sel·lament mòbil és excepcionalment baixa—demostrant la alta fiabilitat dels moderns interruptors de circuit al vaç.
De fet, el MTTF (Mitjana de Temps fins a la Fallada) dels moderns interrompedors al vaç s'estima ara en 57.000 anys.
Les preocupacions dels clients sobre la pèrdua de vaç eren vàlides a principis dels anys 1960, quan els interruptors al vaç eren nous en les aplicacions d'energia. En aquell moment, els interrompedors al vaç sovint filtraven, i els problemes de surtida eren habituals. Només una companyia oferia interruptors al vaç, i els informes indicaven nombrosos problemes.
A mig dels anys 1970, els interrompedors al vaç desenvolupats a Europa—com els dissenys moderns de Siemens—diferien fonamentalment dels models dels anys 1960 en materials i control de procés. Els contactes de cobre-bismut eren més propensos a les surtides que les alloys de crom-cobre d'avui. Els interrompedors construïts a mà eren més propensos a filtracions que les unitats de fabricació precisa d'avui.
Avui, el rigorós control de procés i la automatització han eliminat la major part de la variabilitat humana. Com a resultat, els moderns interrompedors al vaç ofereixen una vida útil llarga, i l'estrès dielèctric que imposen a l'equipament connectat no és pitjor que el de los tradicionals interruptors de circuit d'aire magnètic o d'oli.
