Что происходит когда вакуумный выключатель теряет вакуум Раскрыты реальные результаты испытаний

Что происходит, когда вакуумный прерыватель теряет вакуум?

Если вакуумный прерыватель теряет вакуум, следует учитывать следующие операционные сценарии:

• Размыкание контактов

• Закрытие прерывателя

• Закрыт и работает нормально

• Размыкание и прерывание нормального тока

• Размыкание и прерывание тока короткого замыкания

Случаи а, б и в относительно просты. В этих ситуациях система обычно не затрагивается потерей вакуума.

Однако случаи д и е требуют дополнительного обсуждения.

Предположим, что трехфазный вакуумный выключатель питания теряет вакуум в одном полюсе. Если нагрузка, обслуживаемая неисправным выключателем, является треугольной (незаземленной) нагрузкой, переключение не приведет к отказу. По сути, ничего не происходит. Два здоровых фазы (например, Фаза 1 и Фаза 2) успешно прерывают цепь, и ток в неисправной фазе (Фаза 3) прекращается естественным образом.

Ситуация отличается при заземленных нагрузках. В этом случае прерывание двумя здоровыми фазами не останавливает поток тока в неисправной фазе. Дуга продолжает гореть в Фазе 3, и этот ток продолжается до тех пор, пока не сработает резервная защита. Результатом обычно является катастрофическое повреждение выключателя.

Так как вакуумные выключатели в диапазоне 3–15 кВ в основном используются в заземленных системах, мы исследовали влияние неисправного прерывателя в нашей испытательной лаборатории много лет назад. Мы намеренно подвергли вакуумный прерыватель атмосферному давлению ("сплющили" его) и затем подвергли выключатель полному тесту на прерывание короткого замыкания.

Как и предполагалось, "сплющенный" прерыватель не смог устранить неисправность в затронутой фазе и был разрушен. Лабораторный резервный выключатель успешно устранил неисправность.

После теста выключатель был удален из ячейки распределительного устройства. Он был сильно закопчен, но механически цел. Дым и копоть были очищены от выключателя и распределительного устройства, неисправное устройство было заменено, и выключатель был возвращен в ячейку. Позже в тот же день был проведен еще один успешный тест на короткое замыкание. Многолетний опыт эксплуатации подтвердил результаты этих лабораторных тестов.

Один из наших клиентов, крупная химическая компания, столкнулся с изолированными отказами на похожих схемах (один с воздушно-магнитным выключателем, другой с вакуумным выключателем) на двух разных объектах в разных странах. Оба имели общую схему и режим отказа: соединительная схема, где источники питания с обеих сторон выключателя были несинхронизированы, прилагая почти двойное номинальное напряжение к контактному зазору. Это вызвало отказ выключателя.

Эти отказы были вызваны условиями применения, нарушающими рекомендации ANSI/IEEE и значительно превышающими проектные характеристики выключателя. Они не указывают на конструктивный дефект. Однако степень повреждений поучительна:

• В случае воздушно-магнитного выключателя корпус устройства разрушился насилием. Соседние ячейки распределительного устройства с обеих сторон пострадали значительно, потребовалась большая реконструкция. Выключатель был полностью утрачен.

• В случае вакуумного выключателя отказ был значительно менее насилийным. Неисправный вакуумный прерыватель был заменен, продукты дугового разряда (копоть) были очищены от выключателя и ячейки, и система была возвращена в эксплуатацию.

Наши обширные лабораторные тесты, в которых мы регулярно проверяем вакуумные прерыватели на пределе, поддерживают эти реальные результаты.

Недавно в нашей лаборатории были проведены несколько высокомощных тестов для оценки попыток прерывания с использованием "утекающих" вакуумных прерывателей. В корпус прерывателя было просверлено маленькое отверстие (~3 мм в диаметре) для имитации потери вакуума. Результаты были показательными:

• Нормальный ток 1,310 А (номинальный непрерывный ток: 1,250 А) был прерван одним полюсом вакуумного выключателя. Ток тек через "неисправный" выключатель в течение 2,06 секунды, прежде чем резервный выключатель лаборатории устранил неисправность. Никакие детали не были выброшены, выключатель не взорвался, и только краска на корпусе прерывателя вспучилась. Других повреждений не произошло.

• Другой полюс того же выключателя попытался прервать 25 кА (номинальный ток прерывания: 25 кА). Дуга продолжалась 0,60 секунды, прежде чем лабораторный выключатель устранил неисправность. Дуга прожгла отверстие в боковой стенке корпуса прерывателя. Взрыв или выброс обломков не произошли. Из отверстия были выброшены светящиеся частицы, но никаких механических компонентов или соседних выключателей не повредилось. Все повреждения были ограничены неисправным прерывателем.

Эти тесты подтверждают, что последствия отказа вакуумного прерывателя значительно менее серьезны по сравнению с отказами в других технологиях прерывания.

Но настоящий вопрос не в том, что происходит, когда он отказывает, а в том, насколько вероятно, что это произойдет?

Частота отказов вакуумных прерывателей крайне низка. Потеря вакуума больше не является значительной проблемой.

В начале 1960-х годов вакуумные прерыватели часто подвергались утечкам — это было серьезной проблемой. Ранние модели использовали пайку или сварку между различными материалами, без органических материалов. Ручная работа была распространена, особенно с боросиликатными стеклянными изоляторами, которые не могли выдерживать высокие температуры.

Сегодня используется машинная сварка и пайка в пакетных индукционных печах с极其严格的规则要求仅翻译成俄语，不允许出现其他语言。以下是继续的翻译内容：

с очень строгим контролем процесса. Единственная движущаяся часть внутри вакуумного прерывателя — это медный контакт, соединенный с концевой пластиной через сварную нержавеющую стальную гофрированную трубку. Поскольку оба конца гофрированной трубки сварены, частота отказа этого подвижного уплотнения чрезвычайно низкая, что демонстрирует высокую надежность современных вакуумных выключателей.

На самом деле, среднее время до отказа (MTTF) современных вакуумных прерывателей теперь оценивается в 57,000 лет.

Обеспокоенность клиентов потерей вакуума была обоснованной в 1960-х годах, когда вакуумные выключатели были новыми для энергетических применений. В то время вакуумные прерыватели часто подвергались утечкам, и проблемы с перенапряжением были обычным явлением. Только одна компания предлагала вакуумные выключатели, и сообщалось о многочисленных проблемах.

К середине 1970-х годов, европейские разработки вакуумных прерывателей, такие как современные дизайны Siemens, существенно отличались от моделей 1960-х годов в материалах и контроле процесса. Контакты из меди-висмута были более склонны к перенапряжению, чем современные сплавы хром-медь. Ручные прерыватели были более склонны к утечкам, чем современные точные производственные единицы.

Сегодня, строгий контроль процесса и автоматизация практически исключили человеческий фактор. В результате, современные вакуумные прерыватели обеспечивают длительный срок службы, и электрическое напряжение, которое они создают на подключенном оборудовании, не хуже, чем у традиционных воздушно-магнитных или масляных выключателей.