Anong Nangyayari Kapag Nawalan ng Buum ang Vacuum Circuit Breaker? Ipinalalabas ang Totoong Resulta ng Pagsusulit

Ano ang Mangyayari Kapag Nawalan ng Buum ng Isang Vacuum Interrupter?

Kapag nawalan ng buum ang isang vacuum interrupter, ang mga sumusunod na operasyonal na scenario ang dapat isaalang-alang:

• Pagsasara ng mga contact

• Operasyon ng pagsasara

• Sarado at normal na pag-operate

• Pagsasara at pag-interrupt ng normal na current

• Pagsasara at pag-interrupt ng fault current

Ang mga kaso a, b, at c ay relatibong straightforward. Sa mga sitwasyong ito, ang sistema ay pangkalahatan ay hindi naapektuhan ng pagkawala ng buum.

Gayunpaman, ang mga kaso d at e nangangailangan ng karagdagang talakayan.

Ipagpalagay na ang isang three-phase feeder vacuum circuit breaker ay nawalan ng buum sa isang pole. Kung ang load na inililista ng may kasalang breaker ay isang delta-connected (ungrounded) load, ang mga switching operations ay hindi magdudulot ng pagkabigo. Sa esensya, wala nang mangyayari. Ang dalawang malusog na phase (halimbawa, Phase 1 at Phase 2) ay matagumpay na nag-interrupt ng circuit, at ang current sa may kasalang phase (Phase 3) ay natatapos nang natural.

Isang ibang sitwasyon ang lumalabas sa mga grounded loads. Sa kasong ito, ang pag-interrupt ng dalawang malusog na phase ay hindi nagpapatigil ng pag-flow ng current sa may kasalang phase. Umiiral ang arc sa Phase 3 na walang anumang mapapatigil dito, at patuloy ang current hanggang sa mag-operate ang backup protection. Ang resulta ay tipikal na catastrophic damage sa breaker.

Dahil ang mga vacuum circuit breakers sa range ng 3–15 kV ay pangunahing ginagamit sa mga grounded systems, iminestiga namin ang mga epekto ng isang failed interrupter sa aming test laboratory noong ilang taon na ang nakalipas. Deliberadong ipinakita namin ang isang vacuum interrupter sa atmospheric pressure ("flattened" it) at pagkatapos ay isinubok ang breaker sa isang full short-circuit interruption test.

Tulad ng inaasahan, ang "flat" interrupter ay nabigo na linisin ang fault sa naapektuhang phase at nasira. Ang laboratory backup breaker ay matagumpay na linisin ang fault.

Pagkatapos ng test, inalis ang breaker mula sa switchgear cell. Malungkot ito ngunit mekanikal na buo. Inilinis ang usok at abo mula sa breaker at switchgear, pinalitan ang may kasalang unit, at inilagay muli ang breaker sa compartment. Mas maaga pa ng parehong araw, isinagawa ang isa pang short-circuit test—matagumpay. Ang mga taon ng sumusunod na field experience ay napatunayan ang mga natuklasan mula sa mga laboratory tests na ito.

Isa sa aming mga customer, isang major chemical company, ay naranasan ang isolated failures sa katulad na circuit configurations (isa na may air-magnetic breaker, isa na may vacuum breaker) sa dalawang iba't ibang facilities sa iba't ibang bansa. Parehong mayroon silang common circuit configuration at failure mode: isang tie circuit kung saan ang mga power sources sa parehong gilid ng breaker ay out of synchronism, na nag-apply ng halos dalawang beses ang rated voltage sa contact gap. Ito ang nagdulot ng pagkabigo ng breaker.

Ang mga pagkabigo na ito ay resulta ng application conditions na lumalabag sa ANSI/IEEE guidelines at sobrang higit sa design ratings ng breaker. Hindi ito nagpapahiwatig ng design flaw. Gayunpaman, ang kalakhan ng pinsala ay instructional:

• Sa kaso ng air-magnetic breaker, ang enclosure ng unit ay nabigwasan ng malakas. Ang adjacent switchgear cells sa parehong gilid ay naranasan ang malaking pinsala, na nangangailangan ng major reconstruction. Ang breaker ay total loss.

• Sa kaso ng vacuum breaker, ang pagkabigo ay mas kaunti ang galit. Pinalitan ang may kasalang vacuum interrupter, inilinis ang byproducts ng arc (soot) mula sa breaker at compartment, at ibinalik ang system sa serbisyo.

Ang aming extensibong laboratory testing, kung saan regular na inuugnay namin ang mga vacuum interrupters sa kanilang hangganan, ay sumusuporta sa mga totoong mundo results na ito.

Kamakailan, isinagawa ang ilang high-power tests sa aming lab upang i-evaluate ang mga interruption attempts gamit ang "leaking" vacuum interrupters. Isinagawa ang isang maliit na butas (~3 mm diameter) sa interrupter housing upang simulan ang pagkawala ng buum. Ang mga resulta ay revealing:

• Ang 1,310 A normal current (rated continuous current: 1,250 A) ay interrupted ng isang pole ng vacuum breaker. Ang current ay umagos sa pamamagitan ng "faulty" breaker para sa 2.06 seconds bago linisin ng lab backup breaker ang fault. Walang bahagi ang inilabas, hindi sumabog ang breaker, at lamang ang paint sa interrupter housing ang nag-blister. Walang ibang pinsala ang nangyari.

• Ang ikalawang pole ng parehong breaker ay subukan na interrupt ang 25 kA (rated breaking current: 25 kA). Ang arc ay umiral ng 0.60 seconds bago linisin ng lab breaker ang fault. Ang arc ay nag-burn ng isang butas sa gilid ng interrupter housing. Walang explosion o flying debris ang nangyari. Lumabas ang glowing particles mula sa butas, ngunit walang mechanical components o adjacent breakers ang nasira. Ang lahat ng pinsala ay nakaconfine sa failed interrupter.

Ang mga tests na ito ay napatunayan na ang mga consequence ng pagkabigo ng vacuum interrupter ay mas kaunti ang severity kumpara sa mga pagkabigo sa iba't ibang interrupting technologies.

Pero ang tunay na tanong ay hindi ano ang mangyayari kapag ito ay nabigo, kundi gaano kadalas ito magkakabigo?

Ang rate ng pagkabigo ng vacuum interrupter ay napakababa. Ang pagkawala ng buum ay hindi na isang significant concern.

Noong unang bahagi ng 1960s, ang mga vacuum interrupters ay madaling mag-leak—ito ay isang major issue. Ang mga early designs ay gumamit ng brazed o welded joints sa pagitan ng dissimilar materials, walang organic materials. Karaniwan ang handcrafting, lalo na sa borosilicate glass insulators, na hindi kayang suportahan ang mataas na temperatura.

Ngayon, ang machine welding at batch induction furnace brazing ay ginagamit na may napakmahigpit na process controls. Ang tanging moving part sa loob ng isang vacuum interrupter ay ang copper contact, na konektado sa end plate sa pamamagitan ng isang welded stainless steel bellows. Dahil ang parehong dulo ng bellows ay welded, ang rate ng pagkabigo ng moving seal ay napakababa—na nagpapakita ng mataas na reliability ng modern vacuum circuit breakers.

Sa katunayan, ang MTTF (Mean Time To Failure) ng modern vacuum interrupters ngayon ay tinatantiya na 57,000 years.

Ang mga customer concerns tungkol sa pagkawala ng buum ay valid noong 1960s, noong bagong lang ang vacuum breakers sa mga power applications. Noong panahong iyon, madalas ang mga vacuum interrupters na mag-leak, at common ang surge issues. Lamang ang isang kompanya ang nag-ooffer ng vacuum breakers, at ang mga ulat ay nag-indikasyon ng maraming problema.

Noong mid-1970s, ang European-developed vacuum interrupters—tulad ng modern Siemens designs—ay fundamental na naiiba mula sa 1960s models sa mga materyales at process control. Ang copper-bismuth contacts ay mas prone sa surge kaysa sa kasalukuyang chromium-copper alloys. Ang hand-built interrupters ay mas prone sa leaks kaysa sa kasalukuyang precision-manufactured units.

Ngayon, ang rigorous process control at automation ay niremove ang karamihan sa human variability. Bilang resulta, ang modern vacuum interrupters ay nagbibigay ng mahabang service life, at ang dielectric stress na inilalapat nito sa connected equipment ay hindi mas masama kaysa sa traditional air-magnetic o oil circuit breakers.