تحلیل دلایل و اقدامات پیشگیرانه برای حوادث سوختن دیود کمربندی خلاء

1. تحليل آلية الفشل في مفاتيح الدائرة ذات الفراغ

1.1 عملية القوس الكهربائي أثناء الفتح

على سبيل المثال، عند فتح مفتاح الدائرة، يبدأ الجهد الكهربائي بتشغيل الآلية لفصل الاتصال المتحرك عن الاتصال الثابت. مع زيادة المسافة بين الاتصالين المتحرك والثابت، تمر العملية عبر ثلاث مراحل: فصل الاتصال، القوس الكهربائي، واستعادة العازلة بعد القوس. بمجرد دخول المرحلة الثانية، تلعب حالة القوس الكهربائي دورًا حاسمًا في صحة المانع الكهربائي ذو الفراغ.

مع زيادة تيار القوس، يتطور القوس الكهربائي من منطقة نقطة الكاثود وعمود القوس نحو منطقة الأنود. مع الاستمرار في تقليل مساحة الاتصال، يؤدي كثافة التيار المرتفعة إلى درجات حرارة عالية، مما يتسبب في تبخر مادة الكاثود. تحت تأثير المجال الكهربائي، يتم تشكيل بلازما أولية في الفجوة. تظهر نقاط الكاثود على سطح الكاثود، وتطلق الإلكترونات وتشكل تيار الانبعاث الحقل، مما يؤدي إلى تآكل مستمر للمادة المعدنية وإنتاج البخار والملازمة. في هذه المرحلة، يكون تيار القوس منخفضًا نسبيًا ويكون فقط الكاثود نشطًا.

مع زيادة تيار القوس بشكل أكبر، تقوم البلازما بإدخال الطاقة إلى الأنود، مما يؤدي إلى تحويل وضع القوس الكهربائي من قوس منتشر إلى قوس مضغوط. هذا التحويل يتأثر بعوامل مثل نوع المادة المستخدمة للأقطاب ومقدار التيار.

1.2 تحليل فشل تآكل الاتصال

التآكل المباشر للاتصالات مرتبطة بشكل مباشر بتيار القطع. تحت تيار التردد المقنن المحدد، تكون درجة ذوبان الاتصالات ضئيلة للغاية. يحدث تآكل الاتصال تحت ظروف التيار العالي والحرارة العالية. عندما يقوم مفتاح الدائرة بقطع تيارات قصر الدائرة التي تتجاوز التيار المحدد، تزيد درجة تآكل المادة بشكل كبير، مما يخلق ظروفًا لفقدان المادة.

خشونة سطح الاتصالات تزيد من تركيز التيار عند البروزات السطحية، مما يؤدي إلى تسخين محلي أكثر شدة. بالإضافة إلى ذلك، فإن مدة تيار القوس الكهربائي مهمة جدًا. حتى لو كان التيار هو تيار قصر الدائرة، إذا كانت مدته قصيرة جدًا، فإن كمية تآكل المادة تبقى صغيرة.

السبب الجذري لفشل الاتصال هو فقدان الكتلة أثناء عملية القوس الكهربائي. يحدث تلف الاتصال في مرحلتين:

• تآكل المادة: يتم تشغيل تآكل مادة الأنود بواسطة البلازما. كثافة تدفق الطاقة على سطح الأنود هي معلمة رئيسية لقياس تأثير البلازما على الأنود. أظهرت الأبحاث أن كثافة تدفق طاقة الأنود تزداد مع زيادة تيار القوس، والفجوة الكهربائية الأكبر، ونصف قطر الاتصال الأصغر، مما يعزز تكوين نقط الأنود وتآكل المادة.

• فقدان المادة: بعد انقراض القوس الكهربائي، يتم طرد قطرات المعادن المصهورة من سطح الاتصال بسبب ضغط البلازما. يتأثر هذا الإجراء بشكل أساسي بخصائص المادة، مع تأثير ضئيل من القوس الكهربائي.

2. أسباب حوادث الاحتراق في مفاتيح الدائرة ذات الفراغ

(1) التآكل الكهربائي والتغير في فجوة الاتصال يؤدي إلى زيادة مقاومة الاتصال
مفاتيح الدائرة ذات الفراغ مغلقة داخل مانع كهربائي ذو فراغ، حيث تتواصل الاتصالات المتحركة والثابتة مباشرة وجهاً لوجه. أثناء القطع، يحدث تآكل الاتصال، مما يؤدي إلى تآكل الاتصال وتقليل سمك الاتصال وتغيير فجوة الاتصال. مع تقدم التآكل، يتدهور سطح الاتصال، مما يؤدي إلى زيادة مقاومة الاتصال بين الاتصالات المتحركة والثابتة. كما يغير التآكل فجوة الاتصال، مما يقلل من ضغط الربيع بين الاتصالات، مما يؤدي إلى زيادة مقاومة الاتصال.

(2) التشغيل غير المتزامن يؤدي إلى زيادة المقاومة في المرحلة المعيبة
إذا كانت الأداء الميكانيكي لمفتاح الدائرة ذو الفراغ ضعيفًا، فقد يؤدي التشغيل المتكرر إلى التشغيل غير المتزامن بسبب المشكلات الميكانيكية. هذا يطيل أوقات الفتح والإغلاق، مما يمنع إطفاء القوس الكهربائي بشكل فعال. يمكن أن يؤدي القوس الكهربائي إلى اللحام (الصهر) للاتصالات، مما يزيد بشكل كبير من مقاومة الاتصال بين الاتصالات المتحركة والثابتة.

(3) تقليل سلامة الفراغ يؤدي إلى تأكسد الاتصال وزيادة المقاومة
الأكمام المرنة في المانع الكهربائي ذو الفراغ مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ الرقيق وتعمل كعنصر ختم، مما يحافظ على سلامة الفراغ بينما يسمح بالحركة للقضيب الموصل. عمر الأكمام المرن محدد بواسطة قوى التمدد والانكماش أثناء تشغيل المفتاح. الحرارة المنقولة من القضيب الموصل إلى الأكمام المرنة ترفع درجة حرارتها، مما يؤثر على قوة التعب.

إذا كانت مادة الأكمام المرنة أو عملية التصنيع معيبة، أو إذا تعرض المفتاح للاهتزاز أو الصدمة أو التلف أثناء النقل أو التركيب أو الصيانة، فقد تحدث تسريبات أو تشققات دقيقة. مع مرور الوقت، يؤدي هذا إلى انخفاض مستوى الفراغ. يسمح الفراغ المنخفض بتآكل الاتصال، مما يشكل أكسيد النحاس عالي المقاومة، مما يزيد من مقاومة الاتصال.

تحت تيار الحمل، تتعرض الاتصالات للتسخين المستمر، مما يزيد من درجة حرارة الأكمام المرنة وقد يؤدي إلى فشل الأكمام. بالإضافة إلى ذلك، مع تقليل الفراغ، يفقد مفتاح الدائرة قدرته المحددة على إطفاء القوس الكهربائي. عند قطع تيارات الحمل أو أعطال، يؤدي عدم كفاية قدرة إطفاء القوس الكهربائي إلى استمرار القوس الكهربائي، مما يؤدي في النهاية إلى احتراق المفتاح.

3. التدابير الوقائية لحوادث الاحتراق في مفاتيح الدائرة ذات الفراغ

3.1 التدابير التقنية

أسباب تقليل سلامة الفراغ معقدة. يجب تجنب الاهتزاز والصدمات أثناء النقل والتركيب والصيانة. ومع ذلك، فإن جودة التصنيع والتركيب في مرحلة المصنع هي عوامل حاسمة تؤثر على سلامة الفراغ.

(1) تحسين جودة مادة وأداء الأكمام المرنة
تستخدم المانعات الكهربائية ذات الفراغ الأكمام المرنة للحركة الميكانيكية. بعد عمليات الفتح والإغلاق المتكررة، قد تتشكل تشققات دقيقة، مما يضعف سلامة الفراغ. لذلك، يجب على الشركات المصنعة تعزيز قوة مادة الأكمام المرنة وجودة التجميع لضمان موثوقية الختم.

(2) قياس خصائص الميكانيكا ومقاومة الاتصال بانتظام
خلال فترات الصيانة السنوية، يجب فحص التآكل الكهربائي للتواصل والتغير في فجوة الاتصال بشكل منتظم. قم بإجراء اختبارات على التزامن والمسافة الزائدة وغيرها من الخصائص الميكانيكية. استخدم طريقة الانخفاض في الجهد المباشر لقياس مقاومة الحلقة. تقييم تأكسد الاتصال والتآكل بناءً على قيم المقاومة، وحل المشكلات بسرعة.

(3) اختبار سلامة الفراغ بانتظام
لمفاتيح الدائرة ذات الفراغ ذات الشكل المثبت، غالبًا ما لا يمكن للمشغلين رصد التفريغ الخارجي على المانع الكهربائي أثناء الجولات. عمليًا، تُستخدم اختبارات تحمل الجهد الكهربائي لتقييم سلامة الفراغ بشكل دوري. رغم أنها اختبارات مدمرة، إلا أنها تحدد عيوب الفراغ بشكل فعال. بدلاً من ذلك، يعد استخدام جهاز قياس الفراغ لأجل قياس النوعي لسلامة الفراغ أفضل طريقة لتقييم سلامة الفراغ. إذا تم اكتشاف تدهور الفراغ، يجب استبدال المانع الكهربائي ذو الفراغ فورًا.

(4) تثبيت أجهزة مراقبة الفراغ عبر الإنترنت
مع الاستخدام الواسع لنظم الاتصال اللاسلكية وأنظمة SCADA في شبكات الطاقة، أصبحت مراقبة الفراغ عبر الإنترنت ممكنة. تشمل الأساليب رصد الضغط، التوصيل الكاباسيتي، التحويل الكهرو-بصري، الكشف بالموجات فوق الصوتية، والاستشعار الميكروويفي اللااتصال.

• رصد الضغط: تضمين أجهزة استشعار الضغط في المانع الكهربائي أثناء التصنيع. مع تدهور الفراغ، تزداد كثافة الغاز والضغط الداخلي. يتم نقل تغير الضغط إلى نظام التحكم لمراقبة الوقت الحقيقي.

• الاستشعار الميكروويفي اللااتصال: يستخدم الاستشعار السلبي لكشف الإشارات الميكروويفية، مما يلتقط إشارات رد فعل فريدة عند تدهور سلامة الفراغ، مما يمكّن من المراقبة عبر الإنترنت في الوقت الحقيقي.

3.2 التدابير الإدارية

في الحوادث السابقة، فشل المشغلون في تحديد أعطال مفاتيح الدائرة بشكل صحيح، مما أدى إلى الاحتراق وتصاعد الحادث. هذا يشير إلى عدم الكفاءة في التعامل مع أنظمة SCADA والمعدات الموجودة في الموقع وإجراءات التشغيل، وكذلك عدم الوعي بالرد على الحالات الطارئة. لذلك، يجب تعزيز إدارة التشغيل في المحطات الرئيسية.

• تطبيق أنظمة الفحص بدقة للكشف عن المشكلات مبكرًا.

• تعزيز التدريب للمشغلين على أنظمة SCADA، تشغيل وصيانة المفاتيح الكهربائية، وإجراءات الاستجابة للحالات الطارئة.

• إجراء تمارين دورية لخطط مكافحة الحوادث والاستجابة للحالات الطارئة.

3.3 تحسين وظائف التحويل الخمسة في مفاتيح الدائرة ذات الفراغ ذات التثبيت الأوسط

من الناحية التقنية، ترقية وظائف التحويل الخمسة في مفاتيح الدائرة ذات الفراغ ذات التثبيت الأوسط لتلبية متطلبات المعايير تمامًا. يجب أن تكون مفاتيح الدائرة ذات الفراغ الكاملة مزودة بوظائف التحويل الخمسة بأداء موثوق.

• تثبيت مؤشرات الخط المباشر على الجانب الخارجي من المفاتيح. يجب أن يكون لهذه المؤشرات وظيفة الاختبار الذاتي وأن تكون مترابطة مع مفتاح الأرض على الجانب الخارجي.

• للأنظمة التي تدعم التغذية العكسية، يجب تجهيز باب الحجرة بمفتاح قفل إلزامي يتم التحكم فيه بواسطة مؤشر الخط المباشر.

من خلال تحليل حوادث الاحتراق في مفاتيح الدائرة ذات الفراغ الناجمة عن تقليل سلامة الفراغ—التي تؤدي إلى تأكسد الاتصال وزيادة مقاومة الاتصال والتسخين الزائد والفشل النهائي—يقترح هذا البحث تدابير موجهة مثل تحسين جودة مادة وأداء الأكمام المرنة وتثبيت أجهزة مراقبة الفراغ عبر الإنترنت. هذه التدابير تساعد في منع وتتبع تدهور الفراغ في الوقت الحقيقي، مما يتجنب تكرار حوادث مماثلة.