Τι Συμβαίνει Όταν Ένας Διαχωριστής Υποβάθρου Χάνει το Υποβάθρο; Αποκαλύπτονται Πραγματικά Αποτελέσματα Ελέγχου

Τι συμβαίνει όταν ένας διακόπτης κενού χάνει το κενό;

Εάν ένας διακόπτης κενού χάσει το κενό, θα πρέπει να ληφθούν υπόψη οι παρακάτω επιχειρησιακές περιπτώσεις:

• Άνοιγμα επαφών

• Επιχείρηση κλείσιμου

• Κλειστός και λειτουργώντας φυσιολογικά

• Άνοιγμα και διακοπή φυσιολογικού ρεύματος

• Άνοιγμα και διακοπή ρεύματος σφάλματος

Οι περιπτώσεις α, β και γ είναι σχετικά απλές. Σε αυτές τις καταστάσεις, το σύστημα είναι γενικά άθικτο από την απώλεια του κενού.

Ωστόσο, οι περιπτώσεις δ και ε απαιτούν περαιτέρω συζήτηση.

Υποθέστε ότι ένας τριφασικός διακόπτης κενού για μια γραμμή τροφοδοσίας χάνει το κενό σε ένα πήλιο. Εάν η φορτία που υπηρετείται από τον αποκλεισμένο διακόπτη είναι μια δέσμη (ανεδραιωμένη) φορτία, οι επιχειρήσεις στροφής δεν θα οδηγήσουν σε αποτυχία. Ουσιαστικά, δεν συμβαίνει τίποτα. Τα δύο υγιή φάσεις (π.χ., Φάση 1 και Φάση 2) διακόπτουν επιτυχώς τον κύκλο, και το ρεύμα στην αποκλεισμένη φάση (Φάση 3) σταματά φυσικά.

Μια διαφορετική κατάσταση προκύπτει με αερμαγνητικές φορτία. Σε αυτή την περίπτωση, η διακοπή από τις δύο υγιείς φάσεις δεν σταματά την ροή ρεύματος στην αποκλεισμένη φάση. Ένας τόξος συνεχίζει να υπάρχει στη Φάση 3 χωρίς κάτι για να τον εξαλείψει, και αυτό το ρεύμα συνεχίζεται μέχρι να λειτουργήσει η επικουρική προστασία. Το αποτέλεσμα είναι συνήθως καταστροφική ζημιά στον διακόπτη.

Επειδή οι διακόπτεις κενού στο εύρος 3-15 kV χρησιμοποιούνται κυρίως σε εδραιωμένα συστήματα, εξετάσαμε τις επιπτώσεις ενός αποτυχημένου διακόπτη στο εργαστήριο μας πριν από χρόνια. Προσεκτικά εκτέθηκε ένας διακόπτης κενού στην ατμοσφαιρική πίεση ("επιπλατυνμένος") και στη συνέχεια υποβλήθηκε ο διακόπτης σε έναν πλήρη δοκιμασμό διακοπής σύντομης σύνδεσης.

Όπως προβλέπονταν, ο "επιπλατυνμένος" διακόπτης απέτυχε να εξαλείψει το σφάλμα στην επηρεασμένη φάση και καταστράφηκε. Ο επικουρικός διακόπτης του εργαστηρίου εξήγησε επιτυχώς το σφάλμα.

Μετά τον δοκιμασμό, ο διακόπτης αφαιρέθηκε από την κελίδα του στροφοδοτικού. Ήταν βαρέως καπνισμένος, αλλά μηχανικά ακέραιος. Ο καπνός και ο κονιορροϊκός ήταν καθαρισμένοι από τον διακόπτη και το στροφοδοτικό, ο αποκλεισμένος διακόπτης αντικαταστάθηκε και ο διακόπτης επαναφέρθηκε στην κελίδα. Αργότερα την ίδια ημέρα, έγινε ένας άλλος δοκιμασμός σύντομης σύνδεσης—επιτυχώς. Χρόνια εμπειρία στο πεδίο έχουν επιβεβαιώσει τις ευρέσεις αυτών των εργαστηριακών δοκιμών.

Ένας από τους πελάτες μας, μια μεγάλη χημική εταιρεία, βίωσε απομονωμένες αποτυχίες σε παρόμοιες διατάξεις κύκλων (με έναν αερμαγνητικό διακόπτη, έναν διακόπτη κενού) σε δύο διαφορετικές εγκαταστάσεις σε διαφορετικές χώρες. Και οι δύο μοιράστηκαν μια κοινή διάταξη κυκλώματος και μοντέλο αποτυχίας: ένας δεσμός κύκλου όπου οι πηγές ρεύματος στις δύο πλευρές του διακόπτη ήταν εκτός συγχρονισμού, εφαρμόζοντας σχεδόν δύο φορές την ρυθμισμένη τάση στο χάσμα επαφής. Αυτό προκάλεσε την αποτυχία του διακόπτη.

Αυτές οι αποτυχίες απορρέουν από συνθήκες εφαρμογής που παραβιάζουν τις οδηγίες ANSI/IEEE και υπερβαίνουν σημαντικά τις ρυθμισμένες δυνατότητες σχεδιασμού του διακόπτη. Δεν δείχνουν μια λάθος σχεδιασμού. Ωστόσο, η έκταση της ζημίας είναι ενδεικτική:

• Στην περίπτωση του αερμαγνητικού διακόπτη, η θήκη της μονάδας διασπάστηκε βίαια. Τα γειτονικά κελιά στροφοδοτικού στις δύο πλευρές υπέστησαν εκτεταμένες ζημιές, απαιτώντας μεγάλη ανασυγκρότηση. Ο διακόπτης ήταν ολική απώλεια.

• Στην περίπτωση του διακόπτη κενού, η αποτυχία ήταν σημαντικά λιγότερο βίαιη. Ο αποκλεισμένος διακόπτης κενού αντικαταστάθηκε, ο κονιορροϊκός (καπνός) καθαρίστηκε από τον διακόπτη και την κελίδα, και το σύστημα επανήλθε σε λειτουργία.

Οι εκτεταμένες εργαστηριακές δοκιμές μας, όπου συνήθως πιέζουμε τους διακόπτεις κενού στα όρια τους, υποστηρίζουν αυτά τα πραγματικά αποτελέσματα.

Πρόσφατα, διεξήχθησαν αρκετές δοκιμές υψηλής ισχύος στο εργαστήριο μας για να αξιολογήσουμε προσπάθειες διακοπής με "διαρροώντας" διακόπτεις κενού. Ένα μικρό τρύπιο (~3 mm διάμετρου) έφυγε στην θήκη του διακόπτη για να προσομοιάσει την απώλεια κενού. Τα αποτελέσματα ήταν αποκαλυπτικά:

• Ένα φυσιολογικό ρεύμα 1.310 A (ρυθμισμένο συνεχές ρεύμα: 1.250 A) διακόπτηκε από ένα πήλιο ενός διακόπτη κενού. Το ρεύμα ροήσε για 2,06 δευτερόλεπτα μέσα στον "αποκλεισμένο" διακόπτη πριν ο επικουρικός διακόπτης του εργαστηρίου εξαλείψει το σφάλμα. Δεν αποβλήθηκαν μέρη, ο διακόπτης δεν εξερράγη, και μόνο η βερνίκι στην θήκη του διακόπτη είχε παχύνει. Δεν συνέβη άλλη ζημία.

• Ένα δεύτερο πήλιο του ίδιου διακόπτη προσπάθησε να διακόψει 25 kA (ρυθμισμένο ρεύμα διακοπής: 25 kA). Ο τόξος διήρκεσε 0,60 δευτερόλεπτα πριν ο επικουρικός διακόπτης του εργαστηρίου εξαλείψει το σφάλμα. Ο τόξος έκαψε ένα τρύπιο στην πλευρά της θήκης του διακόπτη. Δεν συνέβη εκρήξη ή πτήση σκευασμάτων. Φωτεινά σωματίδια εξαπλώθηκαν από το τρύπιο, αλλά κανένα μηχανικό μέρος ή γειτονικοί διακόπτεις δεν ζημιώθηκαν. Η ζημία περιορίστηκε στον αποτυχημένο διακόπτη.

Αυτές οι δοκιμές επιβεβαιώνουν ότι οι επιπτώσεις της αποτυχίας ενός διακόπτη κενού είναι σημαντικά λιγότερο σοβαρές σε σύγκριση με τις αποτυχίες σε άλλες τεχνολογίες διακοπής.

Αλλά η πραγματική ερώτηση δεν είναι τι συμβαίνει όταν αποτυχεί, αλλά πόσο πιθανό είναι να αποτύχει;

Οι ποσοστώσεις αποτυχίας των διακόπτων κενού είναι εξαιρετικά χαμηλές. Η απώλεια κενού δεν είναι πλέον σημαντική ανησυχία.

Τη δεκαετία του 1960, οι διακόπτες κενού ήταν ευάλωτοι σε διαρροές—αυτό ήταν ένα μεγάλο πρόβλημα. Τα πρώιμα σχεδιασμοί χρησιμοποίησαν συνδέσεις από διαφορετικά υλικά, χωρίς οργανικά υλικά. Η χειροτεχνία ήταν κοινή, ειδικά με αισθητήρες από μποροσιλικάτο γυαλί, τα οποία δεν μπορούσαν να αντέξουν υψηλές θερμοκρασίες.

Σήμερα, χρησιμοποιούνται μηχανοεργασία και παραγωγή σε μεγάλη κλίμακα με εξαιρετικά αυστηρούς ελέγχους διαδικασιών. Το μόνο κινούμενο μέρος μέσα σε έναν διακόπτη κενού είναι η επαφή από χάλκινο, συνδεδεμένη με την πίσω πλάκα μέσω ενός συρραφτού από ανοξείδωτο χάλυβα. Επειδή και τα δύο άκρα του συρράφτη είναι συρραφτά, η ποσοστώση αποτυχίας αυτού του κινούμενου σφραγίσματος είναι εξαιρετικά χαμηλή—δείχνοντας την υψηλή αξιοπιστία των σύγχρονων διακόπτων κενού.

Στην πραγματικότητα, η MTTF (Μέσος Χρόνος Μέχρι την Αποτυχία) των σύγχρονων διακόπτων κενού εκτιμάται τώρα σε 57.000 χρόνια.

Οι ανησυχίες των πελατών για την απώλεια κενού ήταν εγκυρές τη δεκαετία του 1960, όταν οι διακόπτεις κενού ήταν νέοι σε εφαρμογές ενέργειας. Τότε, οι διακόπτεις κενού συχνά διέρρευαν, και τα προβλήματα παρακμής ήταν κοινά. Μόνο μια εταιρεία προσέφερε διακόπτεις κενού, και οι αναφορές έδειξαν πολλά προβλήματα.

Μέχρι τα μέσα της δεκαετίας του 1970, οι ευρωπαϊκά αναπτυσσόμενοι διακόπτεις κενού—όπως οι σύγχρονες σχεδιασμοί Siemens—διέφεραν θεμελιωδώς από τα μοντέλα της δεκαετίας του 1960 σε υλικά και έλεγχο διαδικασιών. Οι επαφές από χάλκινο-βισμύθιο ήταν πιο ευάλωτες σε παρακμή από τα σύγχρονα σύμμικτα χρώμιου-χάλκινου. Οι χειροποίητοι διακόπτεις ήταν πιο ευάλωτοι σε διαρροές από τα σύγχρονα ακριβή προϊόντα.

Σήμερα, οι αυστηροί έλεγχοι διαδικασιών και η αυτοματοποίηση έχουν εξαλείψει το μεγαλύτερο μέρος της ανθρώπινης μεταβλητότητας. Ως αποτέλεσμα, οι σύγχρονοι διακόπτεις κενού προσφέρουν μακρά διάρκεια ζωής, και ο διαηλεκτρικός άλμας που επιβάλλουν στη συνδεδεμένη εξοπλισμό είναι τουλάχιστον τόσο καλός όσο αυτός των παραδοσιακών αερμαγνητικών ή πετρελαιοκόπτων.