Što se događa kada vakuumski prekidač izgubi vakuum Rezultati stvarnih testova otkriveni

Što se događa kada vakuumski prekidnik izgubi vakuum?

Ako vakuumski prekidnik izgubi vakuum, trebaju se razmotriti sljedeći operativni scenariji:

• Otvaranje kontakata

• Zatvaranje operacije

• Zatvoreno i normalno u funkciji

• Otvaranje i prekidanje normalne struje

• Otvaranje i prekidanje struje greške

Slučajevi a, b i c su relativno jednostavni. U tim situacijama sustav je općenito nepristran utjecaju gubitka vakuma.

Međutim, slučajevi d i e zahtijevaju daljnju raspravu.

Pretpostavimo da trofazni isporučni vakuumski prekidnik izgubi vakuum u jednom polu. Ako opterećenje koje služi neispravni prekidnik povezano je delta-spojem (nezaslonjenom opterećenjem), operacije preklapanja neće dovesti do propusta. U suštini, ništa se ne događa. Dva zdrava faza (npr. Faza 1 i Faza 2) uspješno prekinu krug, a struja u neispravnoj fazi (Faza 3) prirodno prestaje.

Različita situacija nastupa kod zaslonjenih opterećenja. U ovom slučaju, prekidanje dvije zdrave faze ne zaustavlja protok struje u neispravnoj fazi. Luka se održava u Fazi 3 bez ničeg što bi ju ugasio, i ova struja nastavlja teći dok se ne aktivira rezervna zaštita. Rezultat je tipično katastrofalan šteta na prekidniku.

Budući da su vakuumski prekidnici u rasponu od 3–15 kV uglavnom korišteni u zaslonjenim sustavima, istražili smo učinke neuspjeha prekidnika u našoj testnoj laboratoriji prije nekoliko godina. Namjerno smo izložili vakuumski prekidnik atmosferskom tlaku ("isplošili" ga) i zatim podvrstili prekidnik potpunom testu prekida kratkog spoja.

Kao što je predviđeno, "isplošeni" prekidnik nije uspio otkloniti grešku u dotičnoj fazi i uništen je. Laboratorijski rezervni prekidnik uspješno je otklonio grešku.

Nakon testa, prekidnik je uklonjen iz ćelije za prekidnike. Bio je teško poprčan, ali mehanički cjelovit. Dim i prljavića su očišćeni s prekidnika i sklopne opreme, neispravan dio je zamijenjen, a prekidnik je vraćen u kompartment. Kasnije istog dana, proveden je još jedan test prekida kratkog spoja—uspješno. Godine kasnije iskustvo u polju potvrdilo je zaključke tih laboratorijskih testova.

Jedan od naših korisnika, velika kemija tvrtka, doživio je izolirane neuspjehove na sličnim konfiguracijama kruga (jedan s magneto-zračnim prekidnikom, jedan s vakuumskim prekidnikom) u dvije različite lokacije u različitim zemljama. Oba su dijelila zajedničku konfiguraciju kruga i način neuspjeha: vezni krug gdje su izvori snage na obje strane prekidnika bili izvan sinkronizacije, primjenjujući gotovo dvaput veću nominiranu naponsku razliku na razmak kontakti. To je dovelo do neuspjeha prekidnika.

Ovi neuspjehovi su nastali zbog uvjeta primjene koji su narušili smjernice ANSI/IEEE i daleko premašili projektne ocjene prekidnika. Ne pokazuju nedostatak dizajna. Međutim, obseg štete je poučan:

• U slučaju magneto-zračnog prekidnika, omotač je nasilno raskinuo. Susjedne ćelije sklopne opreme na obje strane patile su ozbiljnu štetu, koja je zahtijevala veliku rekonstrukciju. Prekidnik je bio totalna gubitak.

• U slučaju vakuumskog prekidnika, neuspjeh je bio znatno manje nasilan. Neispravni vakuumski prekidnik je zamijenjen, proizvodi luke (prljavića) su očišćeni s prekidnika i kompartmana, a sustav je vraćen u upotrebu.

Naše ekstenzivno laboratorijsko testiranje, gdje redovito dovodimo vakuumsku prekidnike do njihovih granica, podržava ove stvarne rezultate.

Nedavno, provedeni su nekoliko visokoenergetskih testova u našoj laboratoriji kako bi se procijenilo pokušaja prekida koristeći "iscijevljene" vakuumski prekidnike. Malo otvor (~3 mm promjera) je bušen u kućište prekidnika kako bi se simulirao gubitak vakuma. Rezultati su bili otkrivajući:

• Normalna struja od 1.310 A (nominirana kontinuirana struja: 1.250 A) je prekinuta jednim polom vakuumskog prekidnika. Struja tečala je kroz "neispravni" prekidnik 2,06 sekunde prije nego što je laboratorijski rezervni prekidnik otklonio grešku. Nijedan dio nije izbacen, prekidnik se nije eksplozivirao, a samo boja na kućištu prekidnika je popekljena. Nijedna druga šteta nije nastupila.

• Drugi pol istog prekidnika pokušao je prekinuti 25 kA (nominirana prekidna struja: 25 kA). Luka je trajala 0,60 sekundi prije nego što je laboratorijski prekidnik otklonio grešku. Luka je sagorjela otvor kroz rub kućišta prekidnika. Nijedna eksplozija ili letnjih dijelova nije nastupila. Svetleća čestice su izbacene kroz otvor, ali nijedan mehanički dio ili susjedni prekidnici nisu oštećeni. Sve štete bile su ograničene na neispravni prekidnik.

Ovi testovi potvrđuju da su posljedice neuspjeha vakuumskog prekidnika značajno manje teške u usporedbi s neuspjehima u drugim tehnologijama prekida.

Ali stvarno pitanje nije što se događa kada neuspije, već koliko je vjerojatno da neuspije?

Stopa neuspjeha vakuumskih prekidnika vrlo je niska. Gubitak vakuma više nije značajna briga.

U ranim 1960-ima, vakuumski prekidnici su bili podložni curenjima—bilo je to glavni problem. Rani dizajni koristili su spajanje ili zavarivanje između različitih materijala, bez organičkih materijala. Ručno obradba bila je uobičajena, posebno s borosilikatnim staklenim izolatorima, koji nisu mogli podnijeti visoke temperature.

Danas, koriste se strojno zavarivanje i serijalno induktivno pećano spajanje s izuzetno strogo kontroliranim procesima. Jedina pomična dijelova unutar vakuumskog prekidnika je bakreni kontakt, povezan s krajevnim platnom putem zavarivanog nerđajućeg čelikovog zavrtnjaka. Budući da su oba kraja zavrtnjaka zavariva, stopa neuspjeha ovog pomičnog sigurnog zavrtnjaka vrlo je niska—dokazujući visoku pouzdanost modernih vakuumskih prekidnika.

Zapravo, MTTF (Srednje vrijeme do neuspjeha) modernih vakuumskih prekidnika sada se procjenjuje na 57.000 godina.

Brige korisnika o gubitku vakuma bile su opravdane u 1960-ima, kada su vakuumski prekidnici bili novi u elektroenergetske primjene. Tada su vakuumski prekidnici često cijerili, a problemi s talasima bili su uobičajeni. Samo jedna tvrtka je ponudila vakuumski prekidnike, a izvještaji su pokazivali mnogo problema.

Do sredine 1970-ih, europski razvijeni vakuumski prekidnici—poput modernih Siemens dizajna—su temeljno razlikovali od modela iz 1960-ih u materijalima i kontroli procesa. Bakarni-bizmutni kontakti su bili podložniji talasima od današnjih hrom-bakrenih legura. Ručno izgrađeni prekidnici su bili podložniji curenjima od danasnjih precizno proizvedenih jedinica.

Danas, rigorozna kontrola procesa i automatizacija su eliminirale većinu ljudske varijabilnosti. Kao rezultat, moderni vakuumski prekidnici nude dug životni vijek, a dielektrički stres koji nanose spojenom opremi nije lošiji od onog tradicionalnih zračno-magnetskih ili uljačkih prekidnika.