Analiza uzroka i preventivnih mera za oštećenja vakuumskih prekidača

1. Analiza mehanizma kvarova vakuumskih prekidača

1.1 Proces taloženja tokom otvaranja

Kao primer, uzimamo otvaranje prekidača. Kada struja aktivira mehanički mehanizam za isključivanje, pokretni kontakt počinje da se odvaja od fiksnog kontakta. Dok rastojanje između pokretnog i fiksnog kontakta porasta, proces se odvija u tri faze: odvajanje kontakata, taloženje i post-taložno dielektričko oporavljajuće. Kada se odvajanje unese u fazu taloženja, stanje električne lukice ima odlučujući uticaj na zdravlje vakuumskog prekidnika.

Kako struja taloženja poraste, vakuum luka se razvija od regije katodnih tačaka i stupca lučke ka anodnoj regiji. Sa neprekidnim smanjenjem površine kontakta, visoka gustoća struje generiše visoku temperaturu, što dovodi do isparavanja materijala katode. Pod uticajem električnog polja, formira se inicijalna plazma u prazninu. Katodne tačke se pojavljuju na površini katode, emituju elektrone i formiraju struju polje-emisije, neprestano erodirajući metalni materijal i održavajući metalnu paru i plazmu. U ovom trenutku, sa relativno niskom strujom taloženja, samo je katoda aktivna.

Kako struja taloženja dalje poraste, plazma unosi energiju u anodu, što dovodi do prelaza anodnog režima luke od difuzne luke do koncentrisane luke. Ovaj prelaz je pod uticajem faktora kao što su materijal elektroda i magnituda struje.

1.2 Analiza kvara erozije kontakata

Erozija kontakata je direktno povezana sa prekidnom strujom. Pod nominalnom strujom mrežne frekvencije, stepen taloženja kontakata je skoro zanemarljiv. Erozija kontakata nastupa pod uslovima visoke struje i visoke temperature. Kada prekidač prekida struju kratkog spoja koja prelazi njegovu nominalnu struju, stepen erozije materijala se brzo povećava, stvarajući uslove za gubitak materijala.

Površinska šerohrvatost kontakata intenzivira koncentraciju struje na izbacedenim delovima površine, što dovodi do ozbiljnijeg lokalnog zagrevanja. Takođe, trajanje struje taloženja je ključno. Čak i ako je struja struja kratkog spoja, ako je njeno trajanje prekratko, količina erozije materijala ostaje mala.

Koren kvara kontakata je gubitak mase tokom procesa taloženja. Šteta kontakta se dešava u dve faze:

• Erozija materijala: Erozija materijala anode je omogućena plazmom. Gustomerna snaga energije na površini anode je ključni parametar koji meri efekat plazme na anodu. Istraživanja pokazuju da se gustomerna snaga energije na anodi povećava sa većom strujom taloženja, većim rastojanjem kontakata i manjom poluprečnicom kontakta, čime se promoviše formiranje anodne tačke i erozija materijala.

• Gubitak materijala: Nakon ugasišta luke, topili se kapljići metala ispuštaju sa površine kontakta zbog pritiska plazme. Ovaj proces je uglavnom pod uticajem osobina materijala, sa minimalnim dodatnim uticajem luke.

2. Uzroci kvarova spaljivanja vakuumskih prekidača

(1) Električni nos i varijacija rastojanja kontakta koje dovode do povećanja otpora kontakta
Vakuumski prekidači su zapravljeni unutar vakuumskog prekidnika, sa pokretnim i fiksnim kontaktima u direktnom licu-ličnom kontaktu. Takođe, tokom prekida, dešava se erozija kontakta, što dovodi do nošnje kontakta, smanjenja debljine kontakta i promene rastojanja kontakta. S porastom nošnje, površina kontakta se deterioreše, povećavajući otpor kontakta između pokretnog i fiksnog kontakta. Nošnja takođe menja rastojanje kontakta, smanjujući pritisak mahnog između kontakata, što još više povećava otpor kontakta.

(2) Rad van faze koji dovodi do povećanja otpora u defektanu fazu
Ako je mehanička performansa vakuumskog prekidača loša, ponovljeno radno vreme može dovesti do rada van faze zbog mehaničkih problema. Ovo produžuje vreme otvaranja i zatvaranja, sprečavajući efikasno ugasište luke. Taloženje može dovesti do zavarivanja (spajanja) kontakata, značajno povećavajući otpor kontakta između pokretnog i fiksnog kontakta.

(3) Smanjen integritet vakua koji dovodi do oksidacije kontakata i povećanja otpora
Uvakuumskom prekidniku, gumbevi su izrađeni od tankog nerđajućeg čelika i služe kao element za zatvaranje, održavajući integritet vakua dok omogućavaju kretanje provodnog štapa. Mehanički životni vek gumbeva određen je silama proširenja i skraćivanja tijekom operacije prekidača. Toplota prenesena sa provodnog štapa na gumbeve povećava njihovu temperaturu, utičući na otkucao fatigu.

Ako je materijal ili proizvodni proces gumbeva defektan, ili ako prekidač doživi vibracije, udarce ili oštećenje tijekom transporta, instalacije ili održavanja, mogu se pojaviti curenja ili mikropruge. Tokom vremena, to dovodi do smanjenja razine vakua. Smanjeni vakum omogućava oksidaciju kontakata, formirajući visokootporan bakarni oksid, što povećava otpor kontakta.

Pod opterećenju struje, kontakti se stalno previše zagrijavaju, dalje povećavajući temperaturu gumbeva i potencijalno dovodeći do neuspeha gumbeva. Također, smanjenim vakuumom, prekidač gubi svoju nominalnu sposobnost gasenja luke. Kada prekidač prekida struju opterećenja ili struju greške, nedostatak sposobnosti gasenja luke dovodi do održavanja luke, konačno do spaljivanja prekidača.

3. Preventivne mere za spaljivanje vakuumskih prekidača

3.1 Tehničke mere

Uzroci smanjenog integriteta vakua su složeni. Treba izbegavati vibracije i udarce tijekom transporta, instalacije i održavanja. Međutim, kvaliteta proizvodnje i montaže u fabričnoj fazi su ključni faktori koji utiču na integritet vakua.

(1) Unapređenje materijala i kvalitete montaže gumbeva
Vakuumski prekidnici koriste gumbeve za mehaničko kretanje. Nakon ponovljene operacije otvaranja i zatvaranja, mogu se pojaviti mikropruge, kompromitirajući integritet vakua. Stoga proizvođači moraju poboljšati čvrstoću materijala gumbeva i kvalitetu montaže kako bi osigurali pouzdanost zatvaranja.

(2) Redovito merenje mehaničkih karakteristika i otpora kontakta
Tijekom godišnjih održavnih pauza, redovito pregledavajte električnu nošnju kontakta i varijaciju rastojanja kontakta. Izvršite testove sinkronizacije, prekomjera i drugih mehaničkih karakteristika. Koristite metodu padanja DC napona za mjerenje otpora petlje. Procijenite oksidaciju kontakta i nošnju na osnovu vrijednosti otpora i odmah rešavajte probleme.

(3) Redovito testiranje integriteta vakua
Za ugradive vakuumski prekidače, operateri često ne mogu vizualno detektirati vanjski raspad na prekidniku tijekom patrola. U praksi, periodično se procjenjuje integritet vakua koristeći test otpornosti na mrežnu frekvenciju. Iako je ovo destruktivni test, efikasno identifikuje defekte vakua. Alternativno, korištenje vakuumskog testera za kvalitativno mjerenje vakua je najbolja metoda za procjenu integriteta vakua. Ako se detektira degradacija vakua, vakuumski prekidnik mora biti odmah zamijenjen.

(4) Instalacija uređaja za online nadzor vakua
Sa širokim korištenjem bežične komunikacije i SCADA sistema u mrežama, online nadzor vakua postao je moguć. Metode uključuju senzore pritiska, kapacitivnu koplingu, elektro-optičnu konverziju, ultrazvučno detektovanje i bezkontaktne mikrovalne tehnologije.

• Senzori pritiska: Ugrađeni su u prekidnik tijekom proizvodnje. Kako vakuum opada, gustoća gasa i unutrašnji pritisak porastu. Promjena pritiska se prenosi na kontrolni sistem za real-time nadzor.

• Bezkontaktne mikrovalne tehnologije: Koriste pasivno detektovanje da bi uhvatili mikrovalne signale, hvatajući jedinstvene povratne signale kada integritet vakua bude kompromitiran, omogućavajući real-time online nadzor.

3.2 Mere upravljanja

U prethodnim incidentima, operateri nisu ispravno prepoznali greške prekidača, što je dovelo do spaljivanja i eskalacije nesreće. To ističe nedostatak upoznatosti sa SCADA sistemima, opremom na terenu i postupcima rada, kao i nedostatak svjesti o hitnoj intervenciji. Stoga, upravljanje operacijama u glavnim pretvorima mora biti jačano.

• Rigorozno implementirati sisteme inspekcije kako bi se ranije detektirali problemi.

• Unaprediti obuku operatera za SCADA sisteme, rad i održavanje aparature i postupke hitne intervencije.

• Redovito održavati vježbe za protuneprijatelske akcije i planove hitne intervencije.

3.3 Unapređenje funkcija "Pet prevencija" u aparaturi sa srednje montiranim prekidačima

Tehnički unaprediti funkcije "Pet prevencija" u aparaturi sa srednje montiranim prekidačima kako bi se u potpunosti ispunili standardni zahtevi. Kompletne aparate visokog napona treba da imaju sve funkcije "Pet prevencija" sa pouzdanim performansama.

• Instalirati indikatore živog voda na izlaznoj strani aparature. Ovi indikatori trebaju imati funkciju samoteste i biti interlokovani sa zemljnim prekidačem na strani voda.

• Za instalacije sa mogućnošću povratnog prinosa, vrata kompartmana trebaju biti opremljena sa obaveznom zaključicom kontrolisanom od strane indikatora živog voda.

Analizom nesreća spaljivanja vakuumskih prekidača uzrokovanih smanjenim integritetom vakua - što dovodi do oksidacije kontakata, povećanja otpora kontakta, previsokog zagrevanja i konačnog neuspeha - ovaj rad predlaže ciljane mere poput unapređenja materijala i kvalitete montaže gumbeva, kao i instalacije uređaja za online nadzor vakua. Ove mere pomazuju u sprečavanju i monitorisanju degradacije vakua u realnom vremenu, izbegavajući ponovljene slične nesreće.