Analisis Punca dan Langkah Pencegahan bagi Kemalangan Pembakaran Pemutus Litar Vakum

1. Analisis Mekanisme Kegagalan Pemutus Litar Vakum

1.1 Proses Berbusur Semasa Dibuka

Mengambil contoh pembukaan pemutus litar, apabila arus mengaktifkan mekanisme operasi untuk melangkah, kontak bergerak mula berpisah dari kontak tetap. Seiring dengan bertambahnya jarak antara kontak bergerak dan kontak tetap, proses berlangsung melalui tiga tahap: pemisahan kontak, berbusur, dan pemulihan dielektrik pasca-berbusur. Apabila pemisahan memasuki tahap berbusur, keadaan busur listrik memainkan peranan penting dalam kesehatan pemutus vakum.

Apabila arus busur meningkat, busur vakum berkembang dari kawasan titik katod dan kolom busur menuju kawasan anod. Dengan penurunan berterusan area kontak, ketumpatan arus yang tinggi menghasilkan suhu yang tinggi, menyebabkan penguapan bahan logam katod. Di bawah pengaruh medan elektrik, plasma celah awal terbentuk. Titik-titik katod muncul di permukaan katod, memancarkan elektron dan membentuk arus emisi lapangan, secara berterusan mengikis bahan logam dan mengekalkan uap logam dan plasma. Pada tahap ini, dengan arus busur yang relatif rendah, hanya katod yang aktif.

Apabila arus busur meningkat lebih lanjut, plasma menyuntikkan tenaga ke anod, menyebabkan modus busur anod beralih dari busur tersebar ke busur terbatas. Perubahan ini dipengaruhi oleh faktor seperti bahan elektrod dan magnitud arus.

1.2 Analisis Kegagalan Pengikisan Kontak

Pengikisan kontak berkaitan langsung dengan arus pemutusan. Di bawah arus frekuensi kuasa yang diberi rating, darjah peleburan kontak hampir tidak signifikan. Pengikisan kontak berlaku di bawah keadaan arus dan suhu yang tinggi. Apabila pemutus litar memutuskan arus hubungan pendek yang melebihi arus yang diberi rating, darjah pengikisan bahan meningkat tajam, mencipta keadaan untuk hilangnya bahan.

Kasar permukaan kontak memperparah konsentrasi arus pada tonjolan permukaan, menyebabkan pemanasan tempatan yang lebih serius. Selain itu, tempoh arus berbusur adalah penting. Walaupun arus tersebut adalah arus hubungan pendek, jika tempohnya terlalu singkat, jumlah pengikisan bahan tetap kecil.

Penyebab utama kegagalan kontak adalah hilangnya massa semasa proses berbusur. Kerusakan kontak berlaku dalam dua tahap:

• Pengikisan Bahan: Pengikisan bahan anod dikuasakan oleh plasma. Ketumpatan aliran tenaga pada permukaan anod adalah parameter utama yang mengukur kesan plasma terhadap anod. Penelitian menunjukkan bahawa ketumpatan aliran tenaga anod meningkat dengan arus busur yang lebih tinggi, jurang kontak yang lebih besar, dan jejari kontak yang lebih kecil, mendorong pembentukan titik anod dan pengikisan bahan.

• Hilangnya Bahan: Selepas pemadaman busur, tetesan logam cair dikeluarkan dari permukaan kontak akibat tekanan plasma. Proses ini sebahagian besar dipengaruhi oleh sifat bahan, dengan sedikit kesan lebih lanjut dari busur.

2. Penyebab Kecelakaan Pembakaran Pemutus Litar Vakum

(1) Pengikisan Elektrik dan Variasi Jurang Kontak yang Menyebabkan Rintangan Kontak Bertambah
Pemutus litar vakum tersegel dalam pemutus vakum, dengan kontak bergerak dan kontak tetap berhubungan langsung muka-muka. Semasa pemutusan, pengikisan kontak berlaku, menyebabkan aus kontak, penipisan kontak, dan perubahan jurang kontak. Seiring dengan kemajuan aus, permukaan kontak merosot, meningkatkan rintangan kontak antara kontak bergerak dan kontak tetap. Aus juga mengubah jurang kontak, mengurangkan tekanan spring antara kontak, lebih meningkatkan rintangan kontak.

(2) Operasi Tak Serentak yang Menyebabkan Rintangan Bertambah pada Fasa Rosak
Jika prestasi mekanikal pemutus litar vakum buruk, operasi berulang mungkin menyebabkan operasi tak serentak akibat isu mekanikal. Ini memanjangkan masa pembukaan dan penutupan, mencegah pemadaman busur yang efektif. Berbusur boleh menyebabkan penyambungan (penggabungan) kontak, meningkatkan rintangan kontak antara kontak bergerak dan kontak tetap secara signifikan.

(3) Integriti Vakum yang Berkurang Menyebabkan Oksidasi Kontak dan Rintangan Bertambah
Lipatan dalam pemutus vakum dibuat daripada keluli tahan karat nipis dan berfungsi sebagai elemen segelan, mengekalkan integriti vakum sambil membolehkan batang konduktif bergerak. Umur mekanikal lipatan ditentukan oleh daya ekspansi dan kontraksi semasa operasi pemutus. Haba yang dipindahkan dari batang konduktif ke lipatan meningkatkan suhu mereka, mempengaruhi kekuatan letihan.

Jika bahan atau proses pembuatan lipatan cacat, atau jika pemutus mengalami getaran, benturan, atau kerusakan semasa pengangkutan, pemasangan, atau pemeliharaan, kebocoran atau retakan mikro mungkin terbentuk. Dalam masa, ini menyebabkan penurunan tahap vakum. Vakum yang berkurang membolehkan oksidasi kontak, membentuk oksida kuprum ber-rintangan tinggi, yang meningkatkan rintangan kontak.

Di bawah arus beban, kontak terus-menerus panas, lebih meningkatkan suhu lipatan dan mungkin menyebabkan kegagalan lipatan. Selain itu, dengan vakum yang berkurang, pemutus litar kehilangan kapabiliti pemadam busur yang diberi rating. Apabila memutuskan arus beban atau arus rosak, kapabiliti pemadam busur yang tidak mencukupi menyebabkan berbusur berterusan, akhirnya menyebabkan pembakaran pemutus.

3. Tindakan Pencegahan Kecelakaan Pembakaran Pemutus Litar Vakum

3.1 Tindakan Teknikal

Penyebab penurunan integriti vakum adalah kompleks. Elakkan getaran dan benturan semasa pengangkutan, pemasangan, dan pemeliharaan. Namun, kualiti pembuatan dan perakitan di tahap kilang adalah faktor penting yang mempengaruhi integriti vakum.

(1) Tingkatkan Kualiti Bahan dan Perakitan Lipatan
Pemutus vakum menggunakan lipatan untuk gerakan mekanikal. Selepas operasi pembukaan dan penutupan berulang, retakan mikro mungkin terbentuk, mengganggu integriti vakum. Oleh itu, pengeluar harus meningkatkan kekuatan bahan lipatan dan kualiti perakitan untuk memastikan keandalan segelan.

(2) Pengukuran Berkala Ciri-ciri Mekanikal dan Rintangan Kontak
Semasa pemeliharaan tahunan, selalu inspeksi aus elektrik kontak dan variasi jurang. Lakukan ujian keserasian, over-travel, dan ciri-ciri mekanikal lain. Gunakan kaedah jatuh tegangan DC untuk mengukur rintangan gelung. Nilai oksidasi dan aus kontak berdasarkan nilai rintangan, dan tangani masalah dengan segera.

(3) Ujian Berkala Integriti Vakum
Untuk pemutus litar vakum jenis plug-in, operator sering tidak dapat mendeteksi pelepasan luaran pada pemutus semasa patroli. Dalam amalan, ujian ketahanan tegangan frekuensi kuasa biasanya digunakan untuk menilai integriti vakum secara berkala. Walaupun ini adalah ujian destruktif, ia secara efektif mengenal pasti defek vakum. Alternatifnya, menggunakan alat ujian vakum untuk pengukuran kualitatif vakum adalah kaedah terbaik untuk menilai integriti vakum. Jika penurunan vakum dikesan, pemutus vakum harus digantikan dengan segera.

(4) Pasang Peranti Pemantauan Vakum Secara Dalam Talian
Dengan penggunaan luas komunikasi tanpa wayar dan sistem SCADA dalam rangkaian kuasa, pemantauan vakum secara dalam talian menjadi mungkin. Kaedah termasuk pengesan tekanan, kawalan kapasitif, penukaran elekto-optik, deteksi ultrasonik, dan pengesanan mikrogelombang tanpa sentuhan.

• Pengesan Tekanan: Tanam sensor tekanan dalam pemutus semasa pembuatan. Apabila vakum menurun, ketumpatan gas dan tekanan dalaman meningkat. Perubahan tekanan disampaikan ke sistem kawalan untuk pemantauan sebenar waktu.

• Pengesanan Mikrogelombang Tanpa Sentuhan: Menggunakan pengesanan pasif untuk mendeteksi isyarat mikrogelombang, menangkap isyarat maklum balas unik apabila integriti vakum terganggu, membolehkan pemantauan dalam talian sebenar waktu.

3.2 Tindakan Pengurusan

Dalam insiden masa lalu, operator gagal mengenal pasti dengan betul kegagalan pemutus litar, menyebabkan pembakaran dan peningkatan kecelakaan. Ini menunjukkan kurangnya kenali dengan sistem SCADA, peralatan tapak, dan prosedur operasi, serta kekurangan kesedaran tindak balas kecemasan. Oleh itu, pengurusan operasi di substesen utama harus diperkuat.

• Laksanakan sistem inspeksi dengan teliti untuk mendeteksi masalah awal.

• Tingkatkan latihan bagi operator tentang sistem SCADA, operasi dan pemeliharaan switchgear, dan prosedur tindak balas kecemasan.

• Lakukan latihan berkala untuk pelan anti-kecelakaan dan tindak balas kecemasan.

3.3 Perbaiki Fungsi Interlock "Lima Pencegahan" dalam Switchgear Tengah

Menyempurnakan fungsi interlock "Lima Pencegahan" dalam switchgear tengah secara teknikal untuk sepenuhnya memenuhi keperluan standard. Switchgear tekanan tinggi lengkap harus mempunyai fungsi "Lima Pencegahan" penuh dengan prestasi yang andal.

• Pasang indikator hidup pada sisi keluaran switchgear. Indikator ini harus mempunyai fungsi uji sendiri dan dikunci bersama dengan sakelar petir sisi garis.

• Untuk pemasangan dengan kemampuan back-feed, pintu kompartmen harus dilengkapi dengan kunci wajib yang dikendalikan oleh indikator hidup.

Melalui analisis kecelakaan pembakaran pemutus litar vakum yang disebabkan oleh penurunan integriti vakum—yang menyebabkan oksidasi kontak, peningkatan rintangan kontak, pemanasan berlebihan, dan kegagalan akhir—makalah ini mencadangkan tindakan tertuju seperti peningkatan kualiti bahan dan perakitan lipatan, serta pemasangan peranti pemantauan vakum dalam talian. Tindakan-tindakan ini membantu mencegah dan memantau penurunan vakum secara sebenar waktu, mengelakkan ulangan kecelakaan serupa.