Analisis ng mga Dahilan at Mga Pamamaraan ng Pag-iwas para sa mga Aksidente sa Burnout ng Vacuum Circuit Breaker
1. Pagsusuri ng Mekanismo ng Pagkasira ng Vacuum Circuit Breakers
1.1 Proseso ng Arcing sa Panahon ng Pagbubukas
Bilang halimbawa, kapag ang kuryente ay nag-trigger ng mekanismo upang mag-trip, nagsisimula ang paghihiwalay ng moving contact mula sa fixed contact. Habang tumataas ang distansya sa pagitan ng moving at fixed contacts, ang proseso ay lumalabas sa tatlong yugto: paghihiwalay ng contact, arcing, at post-arc dielectric recovery. Kapag ang paghihiwalay ay pumasok sa yugto ng arcing, ang kondisyon ng electric arc ay nagbibigay ng mahalagang papel sa kalusugan ng vacuum interrupter.
Kapag tumaas ang arcing current, ang vacuum arc ay umuunlad mula sa cathode spot region at arc column patungo sa anode region. Habang patuloy na bumababa ang contact area, ang mataas na current density ay nagpapabuo ng mataas na temperatura, na nagdudulot ng pag-evaporate ng metal material ng cathode. Sa impluwensya ng electric field, nabubuo ang initial gap plasma. Lumilitaw ang cathode spots sa ibabaw ng cathode, na nag-emite ng electrons at nagpapabuo ng field-emission current, na patuloy na nag-erosyon ng metal material at nag-sustain ng metal vapor at plasma. Sa yugtong ito, sa may mas mababang arcing current, aktibo lamang ang cathode.
Kapag tumaas pa ang arcing current, inilalapat ng plasma ang enerhiya sa anode, na nagdudulot ng pagbabago ng anode arc mode mula sa diffuse arc patungo sa constricted arc. Ang pagbabago na ito ay pinapahintulutan ng mga factor tulad ng materyales ng electrode at laki ng current.
1.2 Pagsusuri ng Pagkasira ng Contact Erosion
Ang contact erosion ay direktang nauugnay sa interrupting current. Sa rated power-frequency current, halos hindi maipaglaban ang degree ng contact melting. Ang contact erosion ay nangyayari sa high-current, high-temperature conditions. Kapag ang circuit breaker ay nag-interrupt ng short-circuit currents na lumampas sa rated current nito, tumaas ang degree ng material erosion, na nagpapabuo ng kondisyon para sa pagkawala ng materyales.
Ang surface roughness ng mga contact ay nagpapalakas ng concentration ng current sa mga protrusions sa ibabaw, na nagdudulot ng mas malubhang localized heating. Bukod dito, ang duration ng arcing current ay kritikal. Kahit na ang current ay isang short-circuit current, kung ang duration nito ay masyadong maikli, ang amount ng material erosion ay nananatiling maliit.
Ang ugat ng pagkasira ng contact ay ang mass loss sa panahon ng arcing process. Ang contact damage ay nangyayari sa dalawang yugto:
Material Erosion: Pinapagana ng plasma ang erosion ng anode material. Ang energy flux density sa ibabaw ng anode ay isang key parameter na sumusukat ng epekto ng plasma sa anode. Ang pag-aaral ay nagpapakita na ang anode energy flux density ay tumaas habang tumaas ang arcing current, mas malaking contact gap, at mas maliit na contact radius, na nagpapabuo ng anode spot formation at material erosion.
Material Loss: Matapos ang pag-extinguish ng arc, ang molten metal droplets ay inilalabas mula sa ibabaw ng contact dahil sa plasma pressure. Ang prosesong ito ay pangunahing naapektuhan ng mga katangian ng materyales, na may minimal na karagdagang epekto mula sa arc.
2. Mga Dahilan ng Burnout Accidents ng Vacuum Circuit Breaker
(1) Electrical Wear at Variation ng Contact Gap na Nagdudulot ng Tumataas na Contact Resistance
Ang vacuum circuit breakers ay sealed sa loob ng vacuum interrupter, na may moving at fixed contacts na diretso sa face-to-face contact. Sa panahon ng interruption, nangyayari ang contact erosion, na nagdudulot ng contact wear, bawas na contact thickness, at pagbabago ng contact gap. Habang patuloy ang wear, ang ibabaw ng contact ay nagdeteriorate, na nagdudulot ng pagtaas ng contact resistance sa pagitan ng moving at fixed contacts. Ang wear din ay nagbabago ang contact gap, na nagbabawas ng spring pressure sa pagitan ng contacts, na nagpapataas pa ng contact resistance.
(2) Out-of-Phase Operation na Nagdudulot ng Tumataas na Resistance sa Faulted Phase
Kung ang mechanical performance ng vacuum circuit breaker ay masama, ang repeated operations ay maaaring magresulta sa out-of-phase operation dahil sa mga mechanical issues. Ito ay nagpapahaba ng opening at closing times, na nagpapahamak sa effective arc extinction. Ang arcing ay maaaring magresulta sa welding (fusing) ng contacts, na nagpapataas nang lubos ng contact resistance sa pagitan ng moving at fixed contacts.
(3) Bawas na Vacuum Integrity na Nagdudulot ng Contact Oxidation at Tumataas na Resistance
Ang bellows sa vacuum interrupter ay gawa sa thin stainless steel at ginagamit bilang sealing element, na nagpapanatili ng vacuum integrity habang pinapayagan ang conductive rod na gumalaw. Ang mechanical life ng bellows ay napapasiyangin ng expansion at contraction forces sa panahon ng breaker operation. Ang init na ipinapadala mula sa conductive rod sa bellows ay nagpapataas ng temperature nito, na nakakaapekto sa fatigue strength.
Kung ang materyales ng bellows o ang manufacturing process ay may defect, o kung ang breaker ay naranasan ang vibration, impact, o pinsala sa panahon ng transport, installation, o maintenance, maaaring mabuo ang leaks o micro-cracks. Sa huli, ito ay nagdudulot ng pagbaba ng vacuum level. Ang bawas na vacuum ay nagpapahintulot ng contact oxidation, na nagpapabuo ng high-resistance copper oxide, na nagpapataas ng contact resistance.
Sa ilalim ng load current, ang mga contact ay patuloy na nag-o-overheat, na nagpapataas pa ng temperature ng bellows at maaaring magdulot ng failure ng bellows. Bukod dito, sa bawas na vacuum, ang circuit breaker ay nawawalan ng rated arc-quenching capability. Kapag nag-interrupt ng load o fault currents, ang insufficient arc extinction capability ay nagdudulot ng sustained arcing, na sa huli ay nagdudulot ng burnout ng breaker.
3. Preventive Measures para sa Burnout Accidents ng Vacuum Circuit Breaker
3.1 Technical Measures
Ang mga dahilan ng bawas na vacuum integrity ay komplikado. Iwasan ang vibration at impact sa panahon ng transport, installation, at maintenance. Gayunpaman, ang quality ng manufacturing at assembly sa factory stage ay mga critical factors na nakakaapekto sa vacuum integrity.
(1) Ipaglaban ang Bellows Material at Assembly Quality
Ginagamit ng vacuum interrupters ang bellows para sa mechanical motion. Matapos ang repeated opening at closing operations, maaaring mabuo ang micro-cracks, na nagpapahamak sa vacuum integrity. Kaya, kailangan ng mga manufacturer na i-enhance ang strength ng bellows material at ang assembly quality upang tiyakin ang sealing reliability.
(2) Regular Measurement ng Mechanical Characteristics at Contact Resistance
Sa panahon ng annual maintenance outages, regular na inspeksyonin ang electrical wear at variation ng contact gap. Gumanap ng mga test sa synchronism, over-travel, at iba pang mechanical characteristics. Gumamit ng DC voltage drop method upang sukatin ang loop resistance. Evaluate ang contact oxidation at wear batay sa resistance values, at agad na i-address ang mga isyu.
(3) Regular Vacuum Integrity Testing
Para sa plug-in type vacuum circuit breakers, madalas hindi makikita ng operators ang external discharge sa interrupter sa panahon ng patrols. Sa praktika, ang power-frequency withstand voltage tests ay karaniwang ginagamit upang periodic na assess ang vacuum integrity. Bagama't ito ay isang destructive test, ito ay epektibong nag-identify ng vacuum defects. Alternatibong, ang paggamit ng vacuum tester para sa qualitative vacuum measurement ay ang pinakamahusay na pamamaraan upang assess ang vacuum integrity. Kung natuklasan ang pagbaba ng vacuum, agad na palitan ang vacuum interrupter.
(4) Install Online Vacuum Monitoring Devices
Sa malawak na paggamit ng wireless communication at SCADA systems sa power networks, ang online vacuum monitoring ay naging feasible. Ang mga pamamaraan ay kinabibilangan ng pressure sensing, capacitive coupling, electro-optical conversion, ultrasonic detection, at non-contact microwave sensing.
Pressure Sensing: I-embed ang pressure sensors sa interrupter sa panahon ng manufacturing. Kapag bumaba ang vacuum, ang gas density at internal pressure ay tumaas. Ang pagbabago ng pressure ay ipinapadala sa control system para sa real-time monitoring.
Non-Contact Microwave Sensing: Ginagamit ang passive sensing upang detektahin ang microwave signals, na nag-capture ng unique feedback signals kapag compromised ang vacuum integrity, na nagpapahintulot ng real-time online monitoring.
3.2 Management Measures
Sa mga nakaraang insidente, ang mga operator ay hindi naka-identify ng tama ang mga fault ng circuit breaker, na nagresulta sa burnout at escalation ng accident. Ito ay nagpapakita ng hindi sapat na familiarity sa SCADA systems, on-site equipment, at operating procedures, kasama ang kakulangan ng emergency response awareness. Kaya, kailangan i-strengthen ang operation management sa main substations.
I-implement ang inspection systems nang maingat upang ma-detect ang mga isyu nang maaga.
I-enhance ang training para sa mga operator sa SCADA systems, switchgear operation and maintenance, at emergency response procedures.
Gumawa ng regular drills para sa anti-accident at emergency response plans.
3.3 I-improve ang "Five Prevention" Interlocking Functions sa Mid-Mounted Switchgear
Technically upgrade ang "Five Prevention" interlocking functions ng mid-mounted switchgear upang fully meet standard requirements. Ang buong high-voltage switchgear ay dapat may full "Five Prevention" functions na may reliable performance.
I-install ang live-line indicators sa outgoing side ng switchgear. Ang mga indicators na ito ay dapat may self-test functionality at interlocked sa line-side earthing switch.
Para sa installations na may back-feed capability, ang compartment door ay dapat may mandatory lock na controlled ng live-line indicator.
Sa pamamagitan ng pagsusuri ng burnout accidents ng vacuum circuit breaker na dulot ng bawas na vacuum integrity—na nagdudulot ng contact oxidation, tumataas na contact resistance, overheating, at eventual failure—ang paper na ito ay nagpopropona ng mga targeted measures tulad ng pag-i-improve ng bellows material at assembly quality, at pag-install ng online vacuum monitoring devices. Ang mga measure na ito ay tumutulong upang maiwasan at monitorin ang pagbaba ng vacuum sa real-time, na nagiiwas sa recurrence ng mga parehong accidents.
