Điều gì xảy ra khi cầu dao chân không mất áp suất chân không Kết quả kiểm nghiệm thực tế được tiết lộ

Điều gì xảy ra khi bộ ngắt chân không mất chân không?

Nếu bộ ngắt chân không mất chân không, các kịch bản hoạt động sau đây cần được xem xét:

• Các tiếp điểm mở

• Hoạt động đóng

• Đóng và hoạt động bình thường

• Mở và ngắt dòng điện bình thường

• Mở và ngắt dòng điện lỗi

Các trường hợp a, b và c tương đối đơn giản. Trong những tình huống này, hệ thống thường không bị ảnh hưởng bởi việc mất chân không.

Tuy nhiên, các trường hợp d và e yêu cầu thảo luận thêm.

Giả sử một bộ ngắt chân không ba pha mất chân không ở một cực. Nếu tải được phục vụ bởi bộ ngắt có vấn đề là tải nối tam giác (không nối đất), các hoạt động chuyển mạch sẽ không dẫn đến sự cố. Về cơ bản, không có gì xảy ra. Hai pha khỏe mạnh (ví dụ, Pha 1 và Pha 2) thành công trong việc ngắt mạch, và dòng điện trong pha có vấn đề (Pha 3) tự nhiên ngừng chảy.

Một tình huống khác xảy ra với tải nối đất. Trong trường hợp này, việc ngắt mạch bởi hai pha khỏe mạnh không dừng dòng điện trong pha có vấn đề. Cung điện vẫn tồn tại trong Pha 3 mà không có gì để dập tắt, và dòng điện này tiếp tục cho đến khi bảo vệ dự phòng hoạt động. Kết quả thường là hư hại nghiêm trọng đối với bộ ngắt.

Vì các bộ ngắt chân không trong phạm vi 3–15 kV chủ yếu được sử dụng trong các hệ thống nối đất, chúng tôi đã nghiên cứu tác động của bộ ngắt hỏng trong phòng thí nghiệm của mình nhiều năm trước. Chúng tôi cố ý để một bộ ngắt chân không tiếp xúc với áp suất khí quyển ("làm phẳng") và sau đó đưa bộ ngắt vào thử nghiệm ngắt mạch ngắn hoàn toàn.

Như dự đoán, bộ ngắt "phẳng" không thể loại bỏ sự cố trong pha bị ảnh hưởng và bị phá hủy. Bộ ngắt dự phòng trong phòng thí nghiệm đã thành công trong việc loại bỏ sự cố.

Sau thử nghiệm, bộ ngắt được tháo ra khỏi ngăn tủ. Nó bị bám bụi nặng nhưng vẫn còn nguyên vẹn về mặt cơ khí. Khói và bụi được làm sạch từ bộ ngắt và tủ, bộ ngắt hỏng được thay thế, và bộ ngắt được đặt lại vào ngăn. Vào cùng ngày, một thử nghiệm ngắt mạch ngắn khác được thực hiện—thành công. Nhiều năm kinh nghiệm thực tế sau đó đã xác nhận kết quả từ các thử nghiệm phòng thí nghiệm này.

Một trong những khách hàng của chúng tôi, một công ty hóa chất lớn, đã gặp phải các sự cố riêng lẻ trên các cấu hình mạch tương tự (một với bộ ngắt từ tính-khí, một với bộ ngắt chân không) tại hai cơ sở khác nhau ở các quốc gia khác nhau. Cả hai đều chia sẻ cấu hình mạch và chế độ hỏng hóc chung: mạch liên kết nơi nguồn điện ở hai bên của bộ ngắt không đồng bộ, áp dụng gần gấp đôi điện áp định mức qua khoảng cách tiếp điểm. Điều này gây ra sự hỏng hóc của bộ ngắt.

Các sự cố này do điều kiện ứng dụng vi phạm hướng dẫn ANSI/IEEE và vượt xa chỉ số thiết kế của bộ ngắt. Chúng không chỉ ra bất kỳ lỗi thiết kế nào. Tuy nhiên, mức độ thiệt hại là đáng chú ý:

• Trong trường hợp bộ ngắt từ tính-khí, vỏ của đơn vị bị nổ mạnh. Các ngăn tủ liền kề ở cả hai bên bị hư hại nghiêm trọng, đòi hỏi phải tái xây dựng lớn. Bộ ngắt bị mất hoàn toàn.

• Trong trường hợp bộ ngắt chân không, sự hỏng hóc ít nghiêm trọng hơn nhiều. Bộ ngắt chân không hỏng được thay thế, sản phẩm phụ của hồ quang (bụi) được làm sạch khỏi bộ ngắt và ngăn, và hệ thống được đưa trở lại hoạt động.

Các thử nghiệm phòng thí nghiệm rộng rãi của chúng tôi, nơi chúng tôi thường xuyên đẩy các bộ ngắt chân không đến giới hạn, hỗ trợ các kết quả thực tế này.

Gần đây, một số thử nghiệm công suất cao đã được tiến hành trong phòng thí nghiệm của chúng tôi để đánh giá các lần thử ngắt bằng các bộ ngắt chân không "rò rỉ". Một lỗ nhỏ (~ đường kính 3 mm) đã được khoan vào vỏ bộ ngắt để mô phỏng việc mất chân không. Kết quả là tiết lộ:

• Dòng điện bình thường 1.310 A (dòng điện liên tục định mức: 1.250 A) được ngắt bởi một cực của bộ ngắt chân không. Dòng điện chảy qua bộ ngắt "hỏng" trong 2,06 giây trước khi bộ ngắt dự phòng trong phòng thí nghiệm loại bỏ sự cố. Không có phần nào bị phóng ra, bộ ngắt không nổ, và chỉ sơn trên vỏ bộ ngắt bị phồng lên. Không có hư hại nào khác xảy ra.

• Cực thứ hai của cùng một bộ ngắt cố gắng ngắt 25 kA (dòng điện ngắt định mức: 25 kA). Hồ quang kéo dài 0,60 giây trước khi bộ ngắt trong phòng thí nghiệm loại bỏ sự cố. Hồ quang đốt một lỗ qua bên của vỏ bộ ngắt. Không có vụ nổ hoặc mảnh vỡ bay ra. Các hạt sáng được phóng ra từ lỗ, nhưng không có thành phần cơ khí hoặc bộ ngắt liền kề nào bị hư hại. Tất cả hư hại bị giới hạn trong bộ ngắt hỏng.

Các thử nghiệm này xác nhận rằng hậu quả của sự hỏng hóc của bộ ngắt chân không ít nghiêm trọng hơn so với các công nghệ ngắt khác.

Nhưng câu hỏi thực sự không phải là điều gì xảy ra khi nó hỏng, mà là khả năng hỏng hóc của nó là bao nhiêu?

Tỷ lệ hỏng hóc của bộ ngắt chân không cực kỳ thấp. Việc mất chân không không còn là mối quan tâm đáng kể.

Vào đầu những năm 1960, các bộ ngắt chân không dễ bị rò rỉ—đây là một vấn đề lớn. Thiết kế ban đầu sử dụng các mối hàn giữa các vật liệu khác nhau, không có vật liệu hữu cơ. Công việc thủ công là phổ biến, đặc biệt là với các cách điện bằng thủy tinh borosilicate, không chịu được nhiệt độ cao.

Ngày nay, hàn máy và hàn cảm ứng lò lô được sử dụng với các kiểm soát quy trình cực kỳ nghiêm ngặt. Phần duy nhất di chuyển bên trong bộ ngắt chân không là tiếp điểm đồng, được kết nối với tấm cuối thông qua một bellow thép không gỉ được hàn. Vì cả hai đầu của bellow đều được hàn, tỷ lệ hỏng hóc của niêm phong di chuyển này cực kỳ thấp—chứng tỏ độ tin cậy cao của các bộ ngắt chân không hiện đại.

Thực tế, MTTF (Thời gian trung bình đến khi hỏng) của các bộ ngắt chân không hiện đại hiện được ước lượng là 57.000 năm.

Lo ngại của khách hàng về việc mất chân không là hợp lý vào những năm 1960, khi các bộ ngắt chân không mới được áp dụng trong lĩnh vực điện. Khi đó, các bộ ngắt chân không thường rò rỉ, và các vấn đề về sóng xung kích là phổ biến. Chỉ có một công ty cung cấp các bộ ngắt chân không, và báo cáo cho thấy nhiều vấn đề.

Đến giữa những năm 1970, các bộ ngắt chân không phát triển ở châu Âu—như các thiết kế Siemens hiện đại—khác biệt cơ bản về vật liệu và kiểm soát quy trình so với các mẫu của thập kỷ 1960. Các tiếp điểm đồng-bismuth dễ bị sóng xung kích hơn so với hợp kim đồng-chromium hiện đại. Các bộ ngắt được làm thủ công dễ bị rò rỉ hơn so với các đơn vị được sản xuất chính xác hiện nay.

Ngày nay, kiểm soát quy trình nghiêm ngặt và tự động hóa đã loại bỏ hầu hết sự biến đổi do con người. Kết quả là, các bộ ngắt chân không hiện đại cung cấp tuổi thọ dịch vụ lâu dài, và áp lực điện môi chúng tạo ra cho thiết bị kết nối không tệ hơn so với các bộ ngắt từ tính-khí hoặc dầu truyền thống.