Wat Gebeurt Er Wanneer een Vakuum Circuitbreker Zijn Vakuum Verliest Reële Testresultaten Onthuld

Wat gebeurt er wanneer een vacuümonderbreker zijn vacuüm verliest?

Als een vacuümonderbreker zijn vacuüm verliest, moeten de volgende bedrijfsscenarios worden overwogen:

• Contacten openen

• Sluiten operatie

• Gesloten en normaal functionerend

• Openen en normale stroom onderbreken

• Openen en foutstroom onderbreken

Scenario's a, b en c zijn relatief eenvoudig. In deze situaties wordt het systeem in het algemeen niet beïnvloed door het verlies van vacuüm.

Echter, scenario's d en e vereisen verdere discussie.

Stel dat een driefase voederlijn vacuüm circuitbreker vacuüm verliest in één pool. Als de belasting die door de defecte schakelaar wordt bediend, een delta-verbonden (ongegrond) belasting is, leiden schakeloperaties niet tot een storing. In wezen gebeurt er niets. De twee gezonde fasen (bijvoorbeeld Fase 1 en Fase 2) onderbreken het circuit succesvol, en de stroom in de defecte fase (Fase 3) houdt vanzelf op.

Een andere situatie ontstaat bij geaarde belastingen. In dit geval stopt de onderbreking door de twee gezonde fasen de stroom in de defecte fase niet. Een boog blijft bestaan in Fase 3 zonder iets om het te doven, en deze stroom gaat door totdat de back-upbescherming ingrijpt. Het resultaat is meestal catastrofische schade aan de schakelaar.

Aangezien vacuüm circuitbrekers in het bereik van 3-15 kV voornamelijk worden gebruikt in geaarde systemen, hebben we jaren geleden de effecten van een defecte onderbreker in ons testlaboratorium onderzocht. We hebben een vacuüm onderbreker bewust blootgesteld aan atmosferische druk ("platgedrukt") en vervolgens de schakelaar onderworpen aan een volledige kortsluitingsonderbrekingsproef.

Zoals verwacht, slaagde de "platte" onderbreker er niet in de storing in de getroffen fase te elimineren en werd vernietigd. De laboratorium back-up schakelaar elimineerde de storing succesvol.

Na de proef werd de schakelaar uit de schakelinstallatiecel verwijderd. Hij was zwaar verbrand, maar mechanisch intact. Rook en roet werden van de schakelaar en de schakelinstallatie verwijderd, de defecte eenheid werd vervangen, en de schakelaar werd opnieuw in de cel geplaatst. Later diezelfde dag werd nog een kortsluitingstest uitgevoerd—succesvol. Jaren van latere veldervaring hebben de bevindingen van deze laboratoriumtests bevestigd.

Een van onze klanten, een grote chemische onderneming, heeft geïsoleerde storingen ervaren op vergelijkbare circuits (één met een lucht-magnetische schakelaar, één met een vacuümschakelaar) in twee verschillende faciliteiten in verschillende landen. Beide hadden een gemeenschappelijke circuitconfiguratie en storingmodus: een verbindingsschakeling waarbij de energiebronnen aan beide zijden van de schakelaar niet synchroon waren, waardoor bijna het dubbele van de nominale spanning over de contactafstand werd toegepast. Dit veroorzaakte schakelaarstoring.

Deze storingen resulteerden uit toepassingsomstandigheden die de ANSI/IEEE-richtlijnen schonden en ver voorbij de ontwerpwaarden van de schakelaar gingen. Ze duiden geen ontwerpfout aan. Echter, de omvang van de schade is leerzaam:

• In het geval van de lucht-magnetische schakelaar, barstte de behuizing hevig. Aangrenzende schakelinstallatiecellen aan beide zijden leden ernstige schade, wat een grote reconstructie vereiste. De schakelaar was een totale verlies.

• In het geval van de vacuümschakelaar, was de storing aanzienlijk minder hevig. De defecte vacuüm onderbreker werd vervangen, de boogproducten (roet) werden van de schakelaar en de cel verwijderd, en het systeem werd weer in dienst gesteld.

Ons uitgebreide laboratoriumtesten, waarin we vacuüm onderbrekers regelmatig tot hun grenzen drijven, ondersteunen deze real-world resultaten.

Onlangs werden in ons laboratorium enkele high-power tests uitgevoerd om onderbrekingspogingen met "lekke" vacuüm onderbrekers te evalueren. Een klein gat (~3 mm diameter) werd in de behuizing van de onderbreker geboord om vacuümverlies te simuleren. De resultaten waren onthullend:

• Een normale stroom van 1.310 A (gerateerde continue stroom: 1.250 A) werd onderbroken door één pool van een vacuumschakelaar. Stroom stroomde 2,06 seconden door de "defecte" schakelaar voordat de laboratorium back-up schakelaar de storing elimineerde. Er werden geen delen weggeslingerd, de schakelaar explodeerde niet, en alleen de verf op de behuizing van de onderbreker blubberde. Geen andere schade trad op.

• Een tweede pool van dezelfde schakelaar probeerde 25 kA (gerateerde onderbrekingsstroom: 25 kA) te onderbreken. De boog duurde 0,60 seconden voordat de laboratoriumschakelaar de storing elimineerde. De boog brandde een gat in de zijkant van de behuizing van de onderbreker. Er vond geen explosie of vliegend puin plaats. Gloeiende deeltjes werden uit het gat geslingerd, maar er werd geen mechanisch onderdeel of aangrenzende schakelaars beschadigd. Alle schade was beperkt tot de defecte onderbreker.

Deze tests bevestigen dat de gevolgen van een vacuüm onderbrekerstoring aanzienlijk minder ernstig zijn vergeleken met storingen in andere onderbrekings technologieën.

Maar de echte vraag is niet wat gebeurt er als het faalt, maar hoe waarschijnlijk is het dat het faalt?

Vacuüm onderbreker storingfrequenties zijn uiterst laag. Vacuümverlies is niet langer een significant probleem.

In het begin van de jaren zestig waren vacuüm onderbrekers vatbaar voor lekken—dit was een groot probleem. Vroege ontwerpen gebruikten gelaste of gesmede verbindingen tussen verschillende materialen, zonder organische materialen. Handwerk was algemeen, vooral met borosilicaat glas isolatoren, die hoge temperaturen niet konden weerstaan.

Tegenwoordig worden machine lasen en batch inductieoven solderen gebruikt met extreem strikte procescontroles. Het enige bewegende deel binnen een vacuüm onderbreker is het kopercontact, verbonden met het eindplaat via een gelaste roestvrijstalen bellow. Omdat beide einden van de bellow gelast zijn, is de storingfrequentie van deze bewegende afsluiting uitzonderlijk laag—wat de hoge betrouwbaarheid van moderne vacuüm circuitbrekers aantoont.

In feite wordt de MTTF (Mean Time To Failure) van moderne vacuüm onderbrekers nu geschat op 57.000 jaar.

Klantbezorgdheid over vacuümverlies was terecht in de jaren zestig, toen vacuüm schakelaars nieuw waren in energietoepassingen. Op dat moment lekten vacuüm onderbrekers vaak, en stootproblemen waren algemeen. Slechts één bedrijf bood vacuüm schakelaars aan, en rapporten wezen op talrijke problemen.

In het midden van de jaren zeventig verschilden Europese ontwikkelde vacuüm onderbrekers—zoals moderne Siemens-ontwerpen—fundamenteel van de modellen uit de jaren zestig in materialen en procescontrole. Koper-bismut contacten waren meer vatbaar voor stoten dan de hedendaagse chroom-koper legers. Handgemaakte onderbrekers waren vatbaarder voor lekken dan de huidige precisie-gemaakte eenheden.

Tegenwoordig hebben strenge procescontrole en automatisering de meeste menselijke variabiliteit geëlimineerd. Als gevolg hiervan bieden moderne vacuüm onderbrekers een lange levensduur, en de dielectrische stress die ze opleggen aan aangesloten apparatuur is niet erger dan die van traditionele lucht-magnetische of olie circuitbrekers.