Анализа на причините и превентивни мерки за инциденти со изгорење на вакуумски прекинувачи

1. Анализа на механизми за патња на вакуумски прекинувачи

1.1 Процес на дугување при отварање

Како пример, кога токот активира механизмот за операција да се тргне, подвижниот контакт почнува да се одделува од фиксниот контакт. Со зголемување на растојанието помеѓу подвижниот и фиксниот контакт, процесот продолжува низ три фази: одделување на контактите, дугување и пост-дугово диелектричко опоравување. Кога одделувањето влезе во фазата на дугување, состојбата на електричната дуга игра одлучна улога во здравјето на вакуумскиот прекинувач.

Со зголемување на токот на дугата, вакуумската дуга се развива од областа на катодните точки и колоната на дугата кон анодната област. Со непрекинато намалување на површината на контактите, високата густина на токот генерира висока температура, што доведува до испарување на материјалот од катодата. Под влијание на електричното поле, формира се првична плазма во размакот. На површината на катодата се појавуваат катодни точки, кои излажаат електрони и формираат ѕидовско-излажачки ток, непрекинато ерозирајќи метален материјал и одржувајќи метален пар и плазма. На оваа фаза, со относно ниски ток на дугата, само катодата е активна.

Со дополнително зголемување на токот на дугата, плазмата внесува енергија во анодата, што доведува до преод на моделот на анодната дуга од дифузна дуга во концентрирана дуга. Овој преод е влијан од фактори како материјалот на електродите и големината на токот.

1.2 Анализа на неуспех на ерозија на контактите

Ерозијата на контактите е директно поврзана со прекинувачкиот ток. При номинален мрежен ток, степенот на топење на контактите е скоро незначајен. Ерозијата на контактите се случува при услови на висок ток и висока температура. Кога прекинувачот прекинува кратки поврзани токови над неговата номинална вредност, степенот на ерозија на материјалот се зголемува брзо, создавајќи услови за губиток на материјал.

Површинската грубост на контактите интензивира концентрацијата на токот на избучени површини, доведувајќи до повисоко локализирано загревање. Поради тоа, важна е длабочината на токот на дугата. Дури и да е кратки поврзани ток, ако неговата длабочина е премала, количеството на ерозиран материјал останува малo.

Основната причина за неуспех на контактите е губиток на маса во текот на процесот на дугување. Невредноста на контактите се случува во две фази:

• Ерозија на материјал: Ерозијата на материјалот на анодата е поддржана од плазмата. Густината на потокот на енергија на површината на анодата е клучен параметар за мерење на ефектот на плазмата врз анодата. Исследувањата покажуваат дека густината на потокот на енергија на анодата се зголемува со повисок ток на дугата, поголем размак на контактите и помал радиус на контактите, што стимулира формирањето на анодни точки и ерозија на материјалот.

• Губиток на материјал: По исчезнувањето на дугата, течните капчиња на метал се избациваат од површината на контактите поради притисот на плазмата. Овој процес е главно влијан од својствата на материјалот, со минимален дополнителен ефект од дугата.

2. Причини за неправилно функционирање на вакуумски прекинувачи

(1) Електрична ерозија и варијации на размакот на контактите доведуваат до зголемување на отпорот на контактите
Вакуумските прекинувачи се запечатени во вакуумски прекинувач, со подвижни и фиксни контакти во директен контакт лицем на лице. Во моментот на прекин, се случува ерозија на контактите, што доведува до износ на контактите, намалување на дебелината на контактите и промени на размакот на контактите. Со напредување на износа, површината на контактите се вреднува, што зголемува отпорот помеѓу подвижниот и фиксниот контакт. Износот исто така менува размакот на контактите, намалувајќи притисот на пружината помеѓу контактите, што дополнително зголемува отпорот на контактите.

(2) Несинхронизирано функционирање доведува до зголемување на отпорот во дефектна фаза
Ако механичката перформанса на вакуумскиот прекинувач е слаба, повторните операции можат да доведат до несинхронизирано функционирање поради механички проблеми. Ова подолгува времетраењето на отварање и затварање, што предотвратува ефективно истребување на дугата. Дугата може да доведе до сварување (сливање) на контактите, значително зголемувајќи отпорот помеѓу подвижниот и фиксниот контакт.

(3) Намалена целост на вакуумот доведува до оксидација на контактите и зголемување на отпорот
Цевите во вакуумскиот прекинувач се направени од танок нержеј и служат како елемент за запечатување, одржувајќи целоста на вакуумот додека овозможуваат движење на проводливата цев. Механичкиот живот на цевите е одреден од силите на расширување и сецгање во текот на функционирањето на прекинувачот. Топлината пренесена од проводливата цев до цевите ги зголемува нивната температура, влијајќи на уморната јачина.

Ако материјалот на цевите или производствениот процес е дефектен, или ако прекинувачот испати вибрации, удар или повреда во текот на превоз, инсталација или одржба, може да се појават протечки или микроскопски пратеници. Со времето, ова доведува до намалување на нивоот на вакуум. Намалениот вакуум дозволува оксидација на контактите, формирајќи високотоков оксид на меди, што зголемува отпорот на контактите.

Под токот на обременување, контактите се нагреваат непрекинато, дополнително зголемувајќи температурата на цевите и потенцијално доведувајќи до неуспех на цевите. Поради тоа, со намален вакуум, прекинувачот губи својата номинална способност за истребување на дугата. Кога прекинува ток на обременување или дефектен ток, недостаточната способност за истребување на дугата доведува до продолжено дугување, што на крај доведува до неправилно функционирање на прекинувачот.

3. Предотвратителни мерки за неправилно функционирање на вакуумски прекинувачи

3.1 Технички мерки

Причините за намалена целост на вакуумот се комплексни. Се избегнува вибрација и удар во текот на превоз, инсталација и одржба. Меѓутоа, качеството на производство и собирање во фабрика е критичен фактор кој влијае на целоста на вакуумот.

(1) Подобрување на материјалот и качеството на собирање на цевите
Вакуумските прекинувачи користат цеви за механичко движење. Послед повторните операции на отварање и затварање, може да се појават микроскопски пратеници, што компромитира целоста на вакуумот. Затоа, производителите мораат да подобрат јачината на материјалот на цевите и качеството на собирање за осигурување на надежност на запечатувањето.

(2) Редовно мерење на механичките карактеристики и отпорот на контактите
Во текот на годишните одржби, редовно проверувајте електричната ерозија на контактите и варијациите на размакот. Извршете тестови на синхронизација, прекомерен пат и други механички карактеристики. Користете методот на DC пад на напон за мерење на контурниот отпор. Оценете оксидацијата и износот на контактите според вредностите на отпорот и адресирајте проблемите своевремено.

(3) Редовно тестирање на целоста на вакуумот
За вградени вакуумски прекинувачи, операторите често не можат да видат екстерна дуга на прекинувачот во текот на патрулите. На практика, често се користат тестови на издржливост на мрежен напон за периодско оценување на целоста на вакуумот. Иако овој тест е деструктивен, ефективно ги идентификува дефектите на вакуумот. Альтернативно, користењето на вакуумски тестер за квалитативно мерење на вакуумот е најдобар метод за оценување на целоста на вакуумот. Ако се детектира деградација на вакуумот, вакуумскиот прекинувач мора да се замени немедната.

(4) Инсталирање на онлайн системи за мониторинг на вакуумот
Со широко користење на безжична комуникација и SCADA системи во мрежите, онлайн мониторинг на вакуумот станува можно. Методите вклучуваат мерење на притисок, капацитивно спојување, електро-оптичко конвертирање, ултразвучко детектирање и не-директно микроволново детектирање.

• Мерење на притисок: Вградете сензори за притисок во прекинувачот во текот на производството. Со деградација на вакуумот, густината на гас и интерниот притисок се зголемуваат. Промената на притисокот се пренесува до контролниот систем за реално време мониторинг.

• Не-директно микроволново детектирање: Користи пасивно детектирање за откривање на микроволнови сигнали, захваќајќи уникални сигнални повратни информации кога целоста на вакуумот е компромитирана, овозможувајќи реално време онлайн мониторинг.

3.2 Управувачки мерки

Во минати случаи, операторите не успеа да точно идентификуваат грешки на прекинувачите, што доведе до неправилно функционирање и ескалација на несреќата. Ова покажува недостаток на познавање на SCADA системите, опремата на местото и процедурите за работа, како и недостиг на свест за хитна реакција. Затоа, управувањето на работата во главните подстанции мора да се јачи.

• Строга имплементација на системи за инспекција за рано откривање на проблеми.

• Подобрување на тренингот за операторите за SCADA системи, управување со превключувачи и одржба, и процедури за хитна реакција.

• Редовни учении за противупоставување на несреќи и планови за хитна реакција.

3.3 Подобрување на „Петте препреки“ интерлок функции во средно-монтирани превключувачи

Техничко подобрете „Петте препреки“ интерлок функции на средно-монтирани превключувачи за да се задоволат стандардните барања. Комплетната високонапонска опрема треба да има целосни „Петте препреки“ функции со надежна перформанса.

• Инсталирајте индикатори за живо напонување на излезната страна на превключувачите. Овие индикатори треба да имаат функционалност за самотест и да се интерлокираат со земен превключувач на линијата.

• За инсталации со можност за обратен превод, вратата на компартментот треба да биде опремена со обврзно заклучување контролирано од индикаторот за живо напонување.

Кроз анализа на неправилно функционирање на вакуумски прекинувачи причинето од намалена целост на вакуумот - што доведува до оксидација на контактите, зголемување на отпорот на контактите, прекомерно загревање и последно неуспех - овој труд предлажа целосни мерки како подобрување на материјалот и качеството на собирање на цевите, и инсталирање на онлайн системи за мониторинг на вакуумот. Овие мерки помагаат за предотвратување и мониторинг на деградацијата на вакуумот во реално време, избегнувајќи повторно појавување на слични несреќи.