چه اتفاقی می‌افتد که یک قطع‌کننده مدار خلاء از دست دهد خلاء؟ نتایج آزمون واقعی فاش شده است
وقتی که مدار قطع‌کننده خلاء از خلاء خود محروم می‌شود، چه اتفاقی می‌افتد؟
اگر مدار قطع‌کننده خلاء از خلاء خود محروم شود، باید سناریوهای عملیاتی زیر را در نظر گرفت:
باز شدن تماس‌ها
عملیات بستن
بسته و به طور عادی کار می‌کند
باز شدن و قطع جریان عادی
باز شدن و قطع جریان خطا
موارد الف، ب و ج نسبتاً ساده هستند. در این موقعیت‌ها، سیستم عموماً توسط از دست دادن خلاء تحت تأثیر قرار نمی‌گیرد.
با این حال، موارد د و ه نیاز به بحث بیشتری دارند.
فرض کنید یک مدار قطع‌کننده خلاء خط سه فازی در یک قطب از خلاء خود محروم شود. اگر بار تغذیه‌شده توسط مدار قطع‌کننده خراب دلتا متصل (ناخاک‌نشین) باشد، عملیات تغییر وضعیت منجر به خرابی نمی‌شود. به طور کلی، هیچ اتفاقی نمی‌افتد. دو فاز سالم (به عنوان مثال، فاز ۱ و فاز ۲) موفق به قطع مدار می‌شوند و جریان در فاز خراب (فاز ۳) به طور طبیعی متوقف می‌شود.
وضعیت متفاوتی در مورد بارهای خاک‌نشین وجود دارد. در این حالت، قطع توسط دو فاز سالم جریان را در فاز خراب متوقف نمی‌کند. آتشک که در فاز ۳ پابرجاست بدون چیزی برای خاموش کردن آن، ادامه دارد و این جریان تا زمان عملکرد محافظ پشتیبان ادامه دارد. نتیجه معمولاً خسارت ویرانگر به مدار قطع‌کننده است.
از آنجا که مدارهای قطع‌کننده خلاء در محدوده ۳ تا ۱۵ کیلوولت عمدتاً در سیستم‌های خاک‌نشین استفاده می‌شوند، تأثیرات یک مدار قطع‌کننده خراب را سال‌های قبل در آزمایشگاه ما بررسی کردیم. ما به طور مقصودی یک مدار قطع‌کننده خلاء را به فشار جوی ("پهن") تبدیل کردیم و سپس مدار قطع‌کننده را به آزمون قطع کامل کوتاه‌مداری تحت تاثیر قرار دادیم.
همانطور که پیش‌بینی شده بود، "مدار قطع‌کننده پهن" نتوانست خرابی را در فاز متأثر مشخص کند و نابود شد. مدار قطع‌کننده آزمایشگاهی پشتیبان موفق به خاتمه دادن به خرابی شد.
بعد از آزمون، مدار قطع‌کننده از سلول تجهیزات خارج شد. آن به طور قابل توجهی سوخته بود اما از لحاظ مکانیکی کامل بود. دود و سوخته‌ها از مدار قطع‌کننده و تجهیزات خارج شدند، واحد خراب جایگزین شد و مدار قطع‌کننده دوباره به داخل سلول قرار گرفت. در همان روز بعد، آزمون کوتاه‌مداری دیگری با موفقیت انجام شد. تجربیات میدانی بعدی یافته‌های این آزمایش‌های آزمایشگاهی را تأیید کرده‌اند.
یکی از مشتریان ما، یک شرکت شیمیایی بزرگ، شکست‌های جداگانه در کنفیگوراسیون‌های مدار مشابه (یکی با مدار قطع‌کننده هوایی-مغناطیسی، یکی با مدار قطع‌کننده خلاء) در دو تسهیل مختلف در کشورهای مختلف تجربه کرد. هر دو دارای کنفیگوراسیون مدار مشترک و حالت خرابی بودند: یک مدار پیوند که منابع برق در دو طرف مدار قطع‌کننده غیرهمگام بودند و تقریباً دوبرابر ولتاژ اسمی را روی شکاف تماس اعمال می‌کردند. این باعث خرابی مدار قطع‌کننده شد.
این خرابی‌ها ناشی از شرایط کاربردی که راهنمایی‌های ANSI/IEEE را نقض می‌کردند و بسیار فراتر از ظرفیت طراحی مدار قطع‌کننده بودند. این نشان‌دهنده نقص طراحی نیست. با این حال، میزان خسارت آموزنده است:
در مورد مدار قطع‌کننده هوایی-مغناطیسی، پوشش واحد به طور خشونت‌باری منفجر شد. سلول‌های تجهیزات مجاور در دو طرف خسارات گسترده‌ای دیدند و نیاز به بازسازی عمده داشتند. مدار قطع‌کننده کلاً از دست رفت.
در مورد مدار قطع‌کننده خلاء، خرابی به طور قابل توجهی کمتر خشونت‌بار بود. مدار قطع‌کننده خلاء خراب جایگزین شد، محصولات آتشک (سوخته) از مدار قطع‌کننده و سلول خارج شدند و سیستم به خدمت بازگشت.
آزمایش‌های گسترده آزمایشگاهی ما، جایی که به طور معمول مدارهای قطع‌کننده خلاء را به حدودشان می‌رسانیم، این نتایج دنیای واقعی را تأیید می‌کنند.
اخیراً، چندین آزمون قدرت بالا در آزمایشگاه ما برای ارزیابی تلاش‌های قطع با استفاده از مدارهای قطع‌کننده خلاء "ریزش‌کننده" انجام شد. یک سوراخ کوچک (~۳ میلی‌متر قطر) در پوشش مدار قطع‌کننده حفر شد تا از دست دادن خلاء را شبیه‌سازی کند. نتایج آشکارکننده بود:
یک جریان عادی ۱۳۱۰ آمپر (جریان مداوم اسمی: ۱۲۵۰ آمپر) توسط یک قطب مدار قطع‌کننده خلاء قطع شد. جریان از طریق مدار قطع‌کننده "خراب" برای ۲.۰۶ ثانیه جریان داشت تا مدار قطع‌کننده پشتیبان آزمایشگاه خرابی را خاتمه داد. هیچ قطعه‌ای خارج نشد، مدار قطع‌کننده منفجر نشد و فقط رنگ پوشش مدار قطع‌کننده پوسته‌پوسته شد. هیچ خسارت دیگری رخ نداد.
قطب دوم همان مدار قطع‌کننده تلاش کرد تا ۲۵ کیلوآمپر (جریان قطع اسمی: ۲۵ کیلوآمپر) را قطع کند. آتشک ۰.۶۰ ثانیه ادامه داشت تا مدار قطع‌کننده آزمایشگاه خرابی را خاتمه داد. آتشک یک سوراخ از طریق طرف مدار قطع‌کننده حفر کرد. هیچ انفجار یا تکه‌های پروازی رخ نداد. ذرات درخشان از سوراخ خارج شدند، اما هیچ مؤلفه مکانیکی یا مدارهای قطع‌کننده مجاور خراب نشدند. تمام خسارت به مدار قطع‌کننده خراب محدود شد.
این آزمون‌ها تأیید می‌کنند که پیامدهای خرابی یک مدار قطع‌کننده خلاء به طور قابل توجهی کمتر وخیم نسبت به خرابی‌ها در فناوری‌های قطع دیگر است.
اما سوال واقعی این است که چقدر احتمال خرابی آن است؟
نرخ خرابی مدارهای قطع‌کننده خلاء بسیار پایین است. از دست دادن خلاء دیگر نگرانی قابل توجهی نیست.
در اوایل دهه ۱۹۶۰، مدارهای قطع‌کننده خلاء به طور معمول نشتی داشتند—این یک مشکل بزرگ بود. طراحی‌های اولیه از اتصالات لحیم‌کاری یا جوشکاری بین مواد متفاوت استفاده می‌کردند، بدون مواد آلی. دست‌سازی معمول بود، به ویژه با استفاده از عایق‌های شیشه‌ای بوروسیلیکات که نمی‌توانستند دمای بالا را تحمل کنند.
امروزه، جوشکاری ماشینی و لحیم‌کاری فرن اندوکشن با کنترل‌های فرآیند بسیار دقیق استفاده می‌شود. تنها قطعه متحرک درون یک مدار قطع‌کننده خلاء تماس مسی است که از طریق یک بلوا پولاد ضدزنگ به صفحه پایانی متصل است. از آنجا که هر دو سر بلوا جوشکاری شده‌اند، نرخ خرابی این مهر و موم متحرک بسیار پایین است—که قابلیت اطمینان بالای مدارهای قطع‌کننده خلاء مدرن را نشان می‌دهد.
در واقع، MTTF (میانگین زمان تا خرابی) مدارهای قطع‌کننده خلاء مدرن اکنون به ۵۷۰۰۰ سال برآورد می‌شود.
نگرانی‌های مشتریان در مورد از دست دادن خلاء در دهه ۱۹۶۰، زمانی که مدارهای قطع‌کننده خلاء جدید در کاربردهای برق بودند، معتبر بود. در آن زمان، مدارهای قطع‌کننده خلاء اغلب نشتی داشتند و مشکلات پرشی رایج بودند. فقط یک شرکت مدارهای قطع‌کننده خلاء را ارائه می‌داد و گزارش‌ها نشان می‌دادند که مشکلات زیادی وجود داشت.
تا اواسط دهه ۱۹۷۰، مدارهای قطع‌کننده خلاء توسعه‌یافته در اروپا—مانند طرح‌های مدرن سیمنس—از نظر مواد و کنترل فرآیند اساساً متفاوت از مدل‌های دهه ۱۹۶۰ بودند. تماس‌های مس-بیسموت بیشتر گریز از پرش بودند نسبت به آلیاژهای مس-کروم امروزی. مدارهای قطع‌کننده دست‌ساز بیشتر می‌توانستند نشتی داشته باشند نسبت به واحدهای تولید شده با دقت امروزی.
امروزه، کنترل فرآیند دقیق و اتوماسیون بیشتر متغیرهای انسانی را حذف کرده‌اند. به عنوان نتیجه، مدارهای قطع‌کننده خلاء مدرن عمر خدمت طولانی دارند و تنش الکتریکی که بر تجهیزات متصل می‌گذارند نهایتاً بدتر از مدارهای قطع‌کننده هوایی-مغناطیسی یا روغنی سنتی نیست.
