تحلیل دلایل و اقدامات پیشگیرانه برای حوادث سوختن برشکن خلاء

1. تحلیل مکانیسم خرابی در قطع کننده‌های دیود وکیوم

1.1 فرآیند القای قوس الکتریکی در زمان باز شدن

به عنوان مثال، هنگامی که جریان عملگر را برای حرکت اجبار می‌کند، تماس متحرک از تماس ثابت جدا شروع می‌کند. با افزایش فاصله بین تماس متحرک و ثابت، فرآیند از سه مرحله تشکیل یافته است: جدا شدن تماس، القای قوس الکتریکی و بازیابی عایق پس از قوس. هنگامی که جدا شدن به مرحله القای قوس الکتریکی می‌رسد، وضعیت قوس الکتریکی نقش تعیین‌کننده‌ای در سلامت مداربازی دیود وکیوم دارد.

با افزایش جریان قوس، قوس وکیوم از منطقه نقطه کاتدی و ستون قوس به سمت منطقه آندی تکامل می‌یابد. با کاهش مداوم مساحت تماس، چگالی جریان بالا دماهای بالا را ایجاد می‌کند که منجر به تبخیر مواد فلزی کاتد می‌شود. تحت تأثیر میدان الکتریکی، پلاسمای اولیه در فاصله ایجاد می‌شود. نقاط کاتدی روی سطح کاتد ظاهر می‌شوند، الکترون‌ها را تولید می‌کنند و جریان نشتی میدانی را تشکیل می‌دهند که به طور مداوم مواد فلزی را فرسوده می‌کند و بخار فلزی و پلاسمای را حفظ می‌کند. در این مرحله، با جریان قوس نسبتاً کم، فقط کاتد فعال است.

با افزایش بیشتر جریان قوس، پلاسما انرژی را به آند منتقل می‌کند و حالت قوس آندی از یک قوس پخشی به یک قوس متمرکز تغییر می‌کند. این تغییر توسط عواملی مانند مواد الکترود و مقدار جریان تأثیرپذیر است.

1.2 تحلیل خرابی فرسودگی تماس

فرسودگی تماس مستقیماً با جریان قطع مرتبط است. در جریان تواتر اسمی، میزان ذوب تماس تقریباً قابل صرف نظر است. فرسودگی تماس در شرایط جریان بالا و دما بالا رخ می‌دهد. هنگامی که قطع کننده جریان‌های کوتاه مداری بیش از جریان اسمی را می‌قطع کند، میزان فرسودگی مواد به طور چشمگیری افزایش می‌یابد و شرایطی برای از دست دادن مواد ایجاد می‌شود.

پرتابی سطح تماس جریان را در برجستگی‌های سطح تمرکز می‌کند که منجر به گرمایش محلی شدیدتر می‌شود. علاوه بر این، مدت جریان قوس بسیار مهم است. حتی اگر جریان یک جریان کوتاه مداری باشد، اگر مدت آن خیلی کوتاه باشد، میزان فرسودگی مواد کم می‌ماند.

علت اصلی خرابی تماس، از دست دادن جرم در فرآیند القای قوس است. خسارت تماس در دو مرحله اتفاق می‌افتد:

• فرسودگی ماده: فرسودگی ماده آند توسط پلاسما تغذیه می‌شود. چگالی شار انرژی روی سطح آند یک پارامتر کلیدی برای اندازه‌گیری تأثیر پلاسما بر آند است. تحقیقات نشان می‌دهد که چگالی شار انرژی آند با افزایش جریان قوس، افزایش فاصله تماس و کاهش شعاع تماس افزایش می‌یابد که منجر به تشکیل نقطه آندی و فرسودگی ماده می‌شود.

• از دست دادن ماده: پس از خاموش شدن قوس، قطرات فلزی ذوب شده از سطح تماس به دلیل فشار پلاسما از دست می‌روند. این فرآیند عمدتاً توسط خصوصیات ماده تحت تأثیر قرار می‌گیرد و تأثیر بیشتری از قوس ندارد.

2. علل حوادث سوزاندن قطع کننده‌های دیود وکیوم

(1) فرسودگی الکتریکی و تغییر فاصله تماس منجر به افزایش مقاومت تماس
قطع کننده‌های دیود وکیوم در مداربازی وکیوم بسته شده‌اند و تماس‌های متحرک و ثابت به طور مستقیم با یکدیگر تماس دارند. در زمان قطع، فرسودگی تماس رخ می‌دهد که منجر به فرسودگی تماس، کاهش ضخامت تماس و تغییر فاصله تماس می‌شود. با پیشرفت فرسودگی، سطح تماس تخریب می‌شود و مقاومت تماس بین تماس‌های متحرک و ثابت افزایش می‌یابد. فرسودگی همچنین فاصله تماس را تغییر می‌دهد و فشار فنر بین تماس‌ها را کاهش می‌دهد که منجر به افزایش مقاومت تماس می‌شود.

(2) عملکرد غیرهم‌فاز منجر به افزایش مقاومت در فاز خراب شده
اگر عملکرد مکانیکی قطع کننده دیود وکیوم ضعیف باشد، عملیات مکرر ممکن است به دلیل مشکلات مکانیکی به عملکرد غیرهم‌فاز منجر شود. این موضوع زمان باز شدن و بسته شدن را طولانی می‌کند و از خاموش شدن مؤثر قوس جلوگیری می‌کند. القای قوس می‌تواند منجر به لحیم شدن (جوش شدن) تماس‌ها شود و به طور قابل توجهی مقاومت تماس بین تماس‌های متحرک و ثابت را افزایش دهد.

(3) کاهش تمامیت وکیوم منجر به اکسیداسیون تماس و افزایش مقاومت
بلوفرها در مداربازی وکیوم از فولاد ضدزنگ نازک ساخته شده‌اند و به عنوان عناصر بسته‌سازی عمل می‌کنند که تمامیت وکیوم را حفظ می‌کنند در حالی که اجازه می‌دهند میله هدایت‌کننده حرکت کند. عمر مکانیکی بلوفرها توسط نیروهای انبساط و انقباض در طول عملیات قطع کننده تعیین می‌شود. گرمای منتقل شده از میله هدایت‌کننده به بلوفرها دمای آن‌ها را افزایش می‌دهد و تأثیر آن بر استحکام خستگی را افزایش می‌دهد.

اگر ماده بلوفر یا فرآیند تولید معیوب باشد یا اگر قطع کننده در طول حمل، نصب یا نگهداری تنش، ضربه یا آسیب ببیند، لکه‌ها یا ترک‌های میکروسکوپی ممکن است ایجاد شوند. با گذر زمان، این امر منجر به کاهش سطح وکیوم می‌شود. کاهش وکیوم اجازه می‌دهد تماس‌ها اکسید شوند و اکسید مس با مقاومت بالا را تشکیل دهند که مقاومت تماس را افزایش می‌دهد.

در جریان بار، تماس‌ها به طور مداوم گرم می‌شوند که دمای بلوفرها را افزایش می‌دهد و ممکن است منجر به خرابی بلوفر شود. علاوه بر این، با کاهش وکیوم، قطع کننده قابلیت خاموش کردن قوس خود را از دست می‌دهد. هنگام قطع جریان بار یا خرابی، عدم قابلیت خاموش کردن قوس منجر به القای قوس مداوم می‌شود که در نهایت به سوزاندن قطع کننده می‌انجامد.

3. اقدامات پیشگیرانه برای حوادث سوزاندن قطع کننده‌های دیود وکیوم

3.1 اقدامات فنی

علل کاهش تمامیت وکیوم پیچیده است. از لرزش و ضربه در طول حمل، نصب و نگهداری اجتناب کنید. با این حال، کیفیت ساخت و مونتاژ در مرحله کارخانه عوامل کلیدی تاثیرگذار بر تمامیت وکیوم هستند.

(1) بهبود کیفیت ماده و مونتاژ بلوفر
مداربازی‌های وکیوم از بلوفرها برای حرکت مکانیکی استفاده می‌کنند. پس از عملیات باز شدن و بسته شدن مکرر، ممکن است ترک‌های میکروسکوپی تشکیل شوند که تمامیت وکیوم را تضعیف می‌کنند. بنابراین، سازندگان باید قدرت ماده بلوفرها و کیفیت مونتاژ را بهبود بخشند تا اطمینان از قابلیت بسته‌سازی را فراهم کنند.

(2) اندازه‌گیری منظم مشخصات مکانیکی و مقاومت تماس
در طول توقف‌های نگهداری سالانه، فرسودگی الکتریکی تماس و تغییر فاصله تماس را به طور منظم بررسی کنید. آزمایش‌های همزمانی، سفر اضافی و مشخصات مکانیکی دیگر را انجام دهید. از روش کاهش ولتاژ DC برای اندازه‌گیری مقاومت حلقه استفاده کنید. مقاومت‌های اکسیداسیون تماس و فرسودگی را بر اساس مقادیر مقاومت ارزیابی کنید و مشکلات را به طور فوری حل کنید.

(3) تست منظم تمامیت وکیوم
برای قطع کننده‌های دیود وکیوم نوع پلاگ-این، اپراتورها معمولاً نمی‌توانند تخلیه خارجی مداربازی را در طول دوره‌های گشت مشاهده کنند. در عمل، از آزمون‌های تحمل ولتاژ تواتر توان برای ارزیابی منظم تمامیت وکیوم استفاده می‌شود. اگرچه این یک تست تخریبی است، اما به طور مؤثری نقص‌های وکیوم را شناسایی می‌کند. به عنوان جایگزین، استفاده از یک دستگاه تست وکیوم برای اندازه‌گیری کیفی وکیوم بهترین روش برای ارزیابی تمامیت وکیوم است. اگر کاهش وکیوم شناسایی شود، مداربازی وکیوم بلافاصله باید تعویض شود.

(4) نصب دستگاه‌های مانیتورینگ آنلاین وکیوم
با استفاده گسترده از ارتباطات بی‌سیم و سیستم‌های SCADA در شبکه‌های توان، مانیتورینگ آنلاین وکیوم ممکن شده است. روش‌ها شامل حسگرهای فشار، کوپلینگ خازنی، تبدیل الکترو-نوری، تشخیص امواج فراصوتی و تشخیص مایکروویو بدون تماس است.

• حسگرهای فشار: حسگرهای فشار را در زمان ساخت در مداربازی جاسازی کنید. با کاهش وکیوم، چگالی گاز و فشار داخلی افزایش می‌یابد. تغییر فشار به سیستم کنترل منتقل می‌شود تا مانیتورینگ زنده انجام شود.

• تشخیص مایکروویو بدون تماس: از حسگرهای غیرفعال برای تشخیص سیگنال‌های مایکروویو استفاده می‌کند، سیگنال‌های بازخورد منحصر به فرد را در صورت تضعیف تمامیت وکیوم ثبت می‌کند و مانیتورینگ آنلاین زنده را امکان‌پذیر می‌کند.

3.2 اقدامات مدیریتی

در حوادث گذشته، اپراتورها نتوانسته‌اند خطاهای قطع کننده را به درستی شناسایی کنند که منجر به سوزاندن و افزایش حادثه شده است. این نشان‌دهنده آشنایی ناکافی با سیستم‌های SCADA، تجهیزات محلی و رویه‌های عملیاتی، و فقدان آگاهی از واکنش‌های اضطراری است. بنابراین، باید مدیریت عملیات در زیرстанیون‌های اصلی تقویت شود.

• سیستم‌های بازرسی را به طور دقیق اجرا کنید تا مشکلات را در زمان اولیه شناسایی کنید.

• آموزش‌های اپراتورها را در مورد سیستم‌های SCADA، عملیات و نگهداری تجهیزات سوئیچ و رویه‌های واکنش اضطراری ارتقا دهید.

• تمرین‌های منظم برنامه‌های ضدحوادث و واکنش اضطراری را انجام دهید.

3.3 بهبود عملکرد "پنج پیشگیری" در تجهیزات سوئیچ میان‌قرار گرفته

عملکرد "پنج پیشگیری" در تجهیزات سوئیچ میان‌قرار گرفته را از نظر فنی بهبود بخشید تا به طور کامل مطابق با استانداردها باشد. تجهیزات سوئیچ فشار بالا کامل باید عملکرد "پنج پیشگیری" کامل و قابل اعتمادی داشته باشند.

• شاخص‌های خط زنده را در سمت خروجی تجهیزات سوئیچ نصب کنید. این شاخص‌ها باید توانایی خودآزمایی داشته باشند و با سوئیچ زمین‌سازی خط متصل شوند.

• برای نصب‌هایی با قابلیت بازخورد، درب کمد باید با قفل اجباری که توسط شاخص خط زنده کنترل می‌شود، مجهز شود.

از طریق تحلیل حوادث سوزاندن قطع کننده‌های دیود وکیوم ناشی از کاهش تمامیت وکیوم - که منجر به اکسیداسیون تماس، افزایش مقاومت تماس، گرم شدن و در نهایت خرابی می‌شود - این مقاله اقدامات هدفمندی مانند بهبود کیفیت ماده و مونتاژ بلوفرها و نصب دستگاه‌های مانیتورینگ آنلاین وکیوم پیشنهاد می‌کند. این اقدامات به جلوگیری و مانیتورینگ زنده کاهش وکیوم کمک می‌کنند و از تکرار حوادث مشابه جلوگیری می‌کنند.