Analiza uzroka i preventivnih mjera za oštećenja usljed prekidača s vakuumom

1. Analiza mehanizma kvarova vakuumskih prekidača

1.1 Proces luknjavanja tijekom otvaranja

Kao primjer, kada struja pokrene mehanizam za prekid, pomični kontakt počinje odvojiti se od fiksnog kontakta. S povećanjem razmaka između pomičnog i fiksnog kontakta, proces prolazi kroz tri faze: odvojivanje kontakata, luknjavanje i oporavak dielektričnosti nakon luke. Kada se odvojivanje uključi u fazu luknjavanja, stanje električne luke igra odlučujuću ulogu u zdravlju vakuumskog prekidača.

S porastom struje luke, vakuumna luka evolucira od regije katodnih točkica i stupca luke prema anodnoj regiji. S neprekidnim smanjenjem površine kontakta, visoka gustoća struje generira visoku temperaturu, uzrokujući isparavanje materijala katode. Pod utjecajem električnog polja, formira se početni plazma u prazninama. Katodne točkice pojavljuju se na površini katode, emitiraju elektrone i formiraju struju polje-emisije, neprekidno erodirajući metalni materijal i održavajući metalnu paru i plazmu. U ovom trenutku, s relativno niskom strujom luke, aktivna je samo katoda.

S daljnjim porastom struje luke, plazma unosi energiju u anodu, uzrokujući da se anodni mod luke prebaci sa difuzne luke na koncentriranu luku. Ova tranzicija ovisi o faktorima poput materijala elektroda i veličine struje.

1.2 Analiza kvara erozije kontakata

Erozija kontakata direktno je vezana uz prekidnu struju. Pri nominarnoj strujnoj frekvenci, stepen taloženja kontakata je gotovo zanemariv. Erozija kontakata događa se pod uvjetima visoke struje i visoke temperature. Kada prekidač prekida struju kratkog spoja koja prelazi njegovu nominalnu struju, stepen erozije materijala brzo raste, stvarajući uvjete za gubitak materijala.

Površinska grubost kontakata intenzificira koncentraciju struje na izbočenim dijelovima površine, što dovodi do ozbiljnijeg lokaliziranog zagrijavanja. Također, trajanje struje luke je ključno. Čak i ako je struja struja kratkog spoja, ako je njezino trajanje prekratko, količina erozije materijala ostaje mala.

Glavna uzročna sila kvara kontakata je gubitak mase tijekom procesa luknjavanja. Šteta kontakta događa se u dvije faze:

• Erozija materijala: Erozija materijala anode snabdjevane je plazmom. Gustoća fluksa energije na površini anode je ključni parametar za mjerenje utjecaja plazme na anodu. Istraživanja pokazuju da se gustoća fluksa energije na anodi povećava s većom strujom luke, većim razmakom kontakata i manjim polumjerom kontakta, potičući formiranje anodnih točkica i eroziju materijala.

• Gubitak materijala: Nakon ugasišta luke, tekuće kapi metala izbacuju se s površine kontakta zbog tlaka plazme. Taj proces uglavnom ovisi o svojstvima materijala, s minimalnim dodatnim utjecajem luke.

2. Uzroci kvara vakuumskih prekidača

(1) Električni gubitak i varijacija razmaka kontakta koja dovode do povećanja otpora kontakta
Vakuumski prekidači su zapršteni unutar vakuumskog prekidača, s pomičnim i fiksnim kontaktima koji su u direktnom susretu. Tijekom prekida, događa se erozija kontakta, što uzrokuje gubitak kontakta, smanjenje debljine kontakta i promjenu razmaka kontakta. S napredovanjem gubitka, površina kontakta se deteriore, povećavajući otpor između pomičnog i fiksnog kontakta. Gubitak također mijenja razmak kontakta, smanjujući pritisak spirale između kontakata, što još više povećava otpor kontakta.

(2) Operacija van faze koja dovodi do povećanja otpora u oštećenoj fazi
Ako je tehnička performansa vakuumskog prekidača loša, ponavljajuće operacije mogu dovesti do operacije van faze zbog mehaničkih problema. To produžuje vremena otvaranja i zatvaranja, sprečavajući efektivno ugasište luke. Luknjavanje može dovesti do spajanja (spajanja) kontakata, značajno povećavajući otpor između pomičnog i fiksnog kontakta.

(3) Smanjen integritet vakuma koji dovodi do oksidacije kontakata i povećanja otpora
Umetnice u vakuumskom prekidaču izrađene su od tankog nerjavećeg čelika i služe kao element za zaprštanje, održavajući integritet vakuma dok omogućuju pomicanje provodnog štapa. Mehanički život umetnice određen je silama ekspanzije i kontrakcije tijekom operacije prekidača. Toplina prenesena s provodnog štapa na umetnicu povišava njihovu temperaturu, utječeći na umorne čvrstoće.

Ako je materijal umetnice ili proizvodni postupak defektan, ili ako prekidač doživi vibraciju, udar ili oštećenje tijekom prijevoza, instalacije ili održavanja, mogu nastati curenja ili mikrokrahe. S vremenom, to dovodi do smanjenja razine vakuma. Smanjeni vakum dopušta oksidaciju kontakata, formirajući visokootporan bakarni oksid, što povećava otpor kontakta.

Pod radnom strujom, kontakti stalno pregreju, dalje povišavajući temperaturu umetnice i potencijalno uzrokujući propad umetnice. Također, smanjenim vakumom, prekidač gubi svoju nominiranu sposobnost za ugasište luke. Prilikom prekida radne ili oštećene struje, nedostatak sposobnosti za ugasište luke dovodi do trajnog luknjavanja, konačno uzrokujući propad prekidača.

3. Preventivne mjere protiv kvara vakuumskih prekidača

3.1 Tehničke mjere

Uzroci smanjenog integriteta vakuma su složeni. Treba izbjegavati vibraciju i udar tijekom prijevoza, instalacije i održavanja. Međutim, kvaliteta proizvodnje i montaže u fazi tvornice su ključni faktori koji utječu na integritet vakuma.

(1) Poboljšanje materijala i kvalitete montaže umetnice
Vakuumski prekidači koriste umetnice za mehaničko kretanje. Nakon ponavljajućih operacija otvaranja i zatvaranja, mogu nastati mikrokrahe, kompromitirajući integritet vakuma. Stoga proizvođači moraju poboljšati čvrstoću materijala umetnice i kvalitetu montaže kako bi osigurali pouzdanost zaprštanja.

(2) Redovito mjerenje mehaničkih karakteristika i otpora kontakta
Tijekom godišnjih održavanja, redovito provjeravajte električni gubitak kontakta i varijaciju razmaka kontakta. Izvršite testove na sinkronizaciju, pretres i druge mehaničke karakteristike. Koristite metodu padanja DC napona za mjerenje otpora petlje. Procijenite oksidaciju i gubitak kontakta temeljem vrijednosti otpora i odmah reagirajte na probleme.

(3) Redovita provjera integriteta vakuma
Za ubacive vakuumski prekidače, operateri često ne mogu vizualno detektirati vanjsko ispaljivanje na prekidaču tijekom patrola. U praksi, redovito se koriste testovi izdržljivosti na strujnu frekvenciju za procjenu integriteta vakuma. Iako je to destruktivni test, efektivno identificira defekte vakuma. Alternativno, korištenje vakuumskog testera za kvalitativno mjerenje vakuma je najbolji način za procjenu integriteta vakuma. Ako se otkrije degradacija vakuma, vakuumski prekidač mora biti odmah zamijenjen.

(4) Instalacija uređaja za online nadzor vakuma
S širokim korištenjem bežične komunikacije i SCADA sustava u mrežama, online nadzor vakuma postao je moguć. Metode uključuju senzore tlaka, kapacitivno spajanje, elektro-optičnu pretvorbu, ultrazvučno otkrivanje i bezkontaktno mikrotalasno otkrivanje.

• Mjerenje tlaka: Umetnite senzore tlaka u prekidač tijekom proizvodnje. S degradacijom vakuma, gustoća plina i unutarnji tlak se povećavaju. Promjena tlaka se prenosi na kontrolni sustav za stvarni vremenski nadzor.

• Bezkontaktno mikrotalasno otkrivanje: Koristi pasivno otkrivanje za detektiranje mikrotalasnih signala, hvatajući jedinstvene povratne signale kada integritet vakuma bude kompromitiran, omogućujući stvarni vremenski online nadzor.

3.2 Mjere upravljanja

U prošlim incidentima, operateri nisu točno prepoznali greške prekidača, što je dovelo do propada i eskalacije nesreće. To ističe nedostatak upoznatosti s SCADA sustavima, opremom na mjestu i operativnim postupcima, kao i nedostatak svijesti o odgovoru u hitnim situacijama. Stoga treba jačati upravljanje operacijama u glavnim transformatornim postajama.

• Rigorozno implementirajte sustave inspekcije kako biste ranije otkrili probleme.

• Unaprijedite obuku operatera o SCADA sustavima, operaciji i održavanju sklopova i postupcima odgovora u hitnim situacijama.

• Redovito organizirajte vježbe za protuakcije i odgovor u hitnim situacijama.

3.3 Poboljšanje "Pet prevencija" interlok funkcija u srednje montiranoj opremi

Tehnički nadogradite "Pet prevencija" interlok funkcije srednje montirane opreme kako bi se potpuno ispunili standardni zahtjevi. Kompletna visokonaponska oprema treba imati sve "Pet prevencija" funkcije s pouzdanim performansama.

• Instalirajte indikatore živog voda na izlaznoj strani sklopova. Ovi indikatori trebaju imati funkciju samoprovjere i biti interlokovani s zemljom na strani voda.

• Za instalacije s mogućnošću povratnog prinosa, vrata odseka trebaju biti opremljena obaveznom zaključnicom kontroliranoj od strane indikatora živog voda.

Putem analize kvara vakuumskih prekidača uzrokovanih smanjenim integritetom vakuma - što dovodi do oksidacije kontakata, povećanja otpora kontakta, pregrejanja i konačnog propada - ovaj rad predlaže ciljane mjere poput poboljšanja materijala i kvalitete montaže umetnice, te instalacije uređaja za online nadzor vakuma. Ove mjere pomažu u prevenciji i stvarnom vremenskom nadzoru degradacije vakuma, izbjegavajući ponovak similarnih nesreća.