การวิเคราะห์สาเหตุและการป้องกันอุบัติเหตุจากการไหม้ของเบรกเกอร์วงจรไฟฟ้าแบบสุญญากาศ
1. การวิเคราะห์กลไกการล้มเหลวของตัวตัดวงจรแบบสุญญากาศ
1.1 กระบวนการอาร์คระหว่างการเปิดวงจร
โดยใช้ตัวตัดวงจรในการเปิดวงจรเป็นตัวอย่าง เมื่อกระแสไฟฟ้ากระตุ้นให้กลไกทำงาน เพื่อทำให้คอนแทคเคลื่อนที่เริ่มแยกออกจากคอนแทคคงที่ เมื่อระยะห่างระหว่างคอนแทคเคลื่อนที่และคอนแทคคงที่เพิ่มขึ้น กระบวนการจะผ่านสามระยะ ได้แก่ การแยกคอนแทค การอาร์ค และการฟื้นฟูด้านอิเล็กทริกหลังจากการอาร์ค ครั้งที่การแยกเข้าสู่ระยะของการอาร์ค สภาวะของอาร์คไฟฟ้าจะมีบทบาทสำคัญในการรักษาสุขภาพของตัวตัดวงจรแบบสุญญากาศ
เมื่อกระแสอาร์คเพิ่มขึ้น อาร์คไฟฟ้าในสุญญากาศจะพัฒนาจากบริเวณจุดแคโทดและลำอาร์คไปยังบริเวณอะโนด ด้วยการลดลงอย่างต่อเนื่องของพื้นที่คอนแทค ความหนาแน่นของกระแสสูงจะสร้างอุณหภูมิสูง ทำให้วัสดุโลหะของแคโทดระเหิดภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้า ซึ่งทำให้เกิดพลาสมาในช่องว่างแรกเริ่ม จุดแคโทดปรากฏบนพื้นผิวแคโทด ปล่อยอิเล็กตรอนและสร้างกระแสฟิลด์-อิมิสชัน ทำลายวัสดุโลหะอย่างต่อเนื่องและรักษาสภาพของไอโลหะและพลาสมา ในระยะนี้เมื่อมีกระแสอาร์คต่ำ แคโทดเท่านั้นที่มีกิจกรรม
เมื่อกระแสอาร์คเพิ่มขึ้น พลาสม่าจะส่งพลังงานเข้าสู่อะโนด ทำให้โหมดอาร์คของอะโนดเปลี่ยนจากอาร์คกระจายเป็นอาร์คจำกัด ความเปลี่ยนแปลงนี้ถูกกำหนดโดยปัจจัยเช่น วัสดุของอิเล็กโทรดและขนาดของกระแส
1.2 การวิเคราะห์การล้มเหลวจากการสึกหรอของคอนแทค
การสึกหรอของคอนแทคเกี่ยวข้องโดยตรงกับกระแสไฟฟ้าที่ตัดวงจร ภายใต้กระแสไฟฟ้าที่ความถี่ปกติที่กำหนด ระดับการละลายของคอนแทคนั้นแทบไม่มีความสำคัญ การสึกหรอของคอนแทคเกิดขึ้นภายใต้สภาวะกระแสสูงและอุณหภูมิสูง เมื่อตัวตัดวงจรตัดกระแสไฟฟ้าลัดวงจรที่เกินกว่ากระแสที่กำหนด ระดับการสึกหรอของวัสดุจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว สร้างสภาพแวดล้อมสำหรับการสูญเสียวัสดุ
ความหยาบของพื้นผิวคอนแทคทำให้เกิดการรวมศูนย์ของกระแสที่ส่วนที่เด่นขึ้นบนพื้นผิว ทำให้เกิดการเผาไหม้เฉพาะที่มากขึ้น นอกจากนี้ระยะเวลาของกระแสอาร์คยังมีความสำคัญ หากกระแสเป็นกระแสไฟฟ้าลัดวงจร แต่ระยะเวลาของมันสั้นเกินไป ปริมาณการสึกหรอก็จะยังคงน้อย
สาเหตุหลักของการล้มเหลวของคอนแทคคือการสูญเสียมวลในกระบวนการอาร์ค การเสียหายของคอนแทคเกิดขึ้นในสองระยะ:
การสึกหรอของวัสดุ: การสึกหรอของวัสดุที่อะโนดถูกกระทำโดยพลาสม่า ความหนาแน่นของพลังงานบนพื้นผิวอะโนดเป็นพารามิเตอร์สำคัญในการวัดผลกระทบของพลาสม่าต่ออะโนด การวิจัยแสดงให้เห็นว่าความหนาแน่นของพลังงานบนอะโนดเพิ่มขึ้นเมื่อมีกระแสอาร์คสูง ช่องว่างคอนแทคใหญ่ และรัศมีคอนแทคเล็ก ทำให้เกิดจุดอะโนดและการสึกหรอของวัสดุ
การสูญเสียวัสดุ: หลังจากการอาร์คสิ้นสุด หยดน้ำโลหะที่หลอมละลายจะถูกขับออกจากพื้นผิวคอนแทคเนื่องจากแรงดันพลาสม่า กระบวนการนี้มีความสำคัญที่คุณสมบัติของวัสดุ โดยมีผลกระทบที่น้อยจากอาร์ค
2. สาเหตุของการเกิดอุบัติเหตุการไหม้ของตัวตัดวงจรแบบสุญญากาศ
(1) การสึกหรอทางไฟฟ้าและการเปลี่ยนแปลงช่องว่างคอนแทคทำให้ความต้านทานคอนแทคเพิ่มขึ้น
ตัวตัดวงจรแบบสุญญากาศถูกปิดผนึกภายในตัวตัดวงจรแบบสุญญากาศ พร้อมคอนแทคเคลื่อนที่และคอนแทคคงที่ที่ติดต่อโดยตรงกัน เมื่อตัดวงจร การสึกหรอของคอนแทคเกิดขึ้น ทำให้คอนแทคสึกหรอ ความหนาของคอนแทคลดลง และมีการเปลี่ยนแปลงช่องว่างคอนแทค เมื่อการสึกหรอดำเนินไป พื้นผิวคอนแทคจะเสื่อมสภาพ ทำให้ความต้านทานระหว่างคอนแทคเคลื่อนที่และคอนแทคคงที่เพิ่มขึ้น การสึกหรอยังทำให้ช่องว่างคอนแทคเปลี่ยนแปลง ลดแรงดันสปริงระหว่างคอนแทค ทำให้ความต้านทานคอนแทคเพิ่มขึ้น
(2) การทำงานไม่สมมาตรทำให้ความต้านทานในเฟสที่มีปัญหาเพิ่มขึ้น
หากประสิทธิภาพทางกลของตัวตัดวงจรแบบสุญญากาศไม่ดี การทำงานซ้ำๆ อาจทำให้เกิดการทำงานไม่สมมาตรเนื่องจากปัญหาทางกล ซึ่งทำให้เวลาเปิดและปิดยาวนานขึ้น ทำให้ไม่สามารถกำจัดอาร์คได้ มีการอาร์คสามารถทำให้คอนแทคเชื่อมต่อ (หลอมรวม) กัน ทำให้ความต้านทานระหว่างคอนแทคเคลื่อนที่และคอนแทคคงที่เพิ่มขึ้นอย่างมาก
(3) การลดความสมบูรณ์ของสุญญากาศทำให้คอนแทคออกไซด์และเพิ่มความต้านทาน
ท่อสปริงในตัวตัดวงจรแบบสุญญากาศทำจากสแตนเลสบางและทำหน้าที่เป็นองค์ประกอบปิดผนึก รักษาความสมบูรณ์ของสุญญากาศในขณะที่อนุญาตให้แท่งนำไฟฟ้าเคลื่อนที่ ชีวิตการทำงานทางกลของท่อสปริงถูกกำหนดโดยแรงขยายและหดตัวระหว่างการทำงานของตัวตัดวงจร ความร้อนที่ถ่ายทอดจากแท่งนำไฟฟ้าไปยังท่อสปริงทำให้อุณหภูมิของท่อสปริงเพิ่มขึ้น ทำให้ความแข็งแรงในการทนทานต่อความเหนื่อยล้าลดลง
หากวัสดุหรือกระบวนการผลิตของท่อสปริงมีปัญหา หรือตัวตัดวงจรประสบกับการสั่นสะเทือน การกระทบ หรือความเสียหายระหว่างการขนส่ง การติดตั้ง หรือการบำรุงรักษา อาจเกิดการรั่วไหลหรือรอยแตกขนาดเล็ก ตามกาลเวลาจะทำให้ระดับสุญญากาศลดลง การลดลงของสุญญากาศทำให้คอนแทคออกไซด์ สร้างออกไซด์ทองแดงที่มีความต้านทานสูง ทำให้ความต้านทานคอนแทคเพิ่มขึ้น
ภายใต้กระแสโหลด คอนแทคจะเกิดความร้อนอย่างต่อเนื่อง ทำให้อุณหภูมิของท่อสปริงเพิ่มขึ้น และอาจทำให้ท่อสปริงเสียหาย นอกจากนี้ เมื่อสุญญากาศลดลง ตัวตัดวงจรจะสูญเสียความสามารถในการดับอาร์คตามที่กำหนด เมื่อตัดกระแสโหลดหรือกระแสที่มีปัญหา ความสามารถในการดับอาร์คไม่เพียงพอจะทำให้มีอาร์คคงที่อย่างต่อเนื่อง สุดท้ายทำให้ตัวตัดวงจรไหม้
3. มาตรการป้องกันการเกิดอุบัติเหตุการไหม้ของตัวตัดวงจรแบบสุญญากาศ
3.1 มาตรการทางเทคนิค
สาเหตุของการลดความสมบูรณ์ของสุญญากาศมีความซับซ้อน ควรหลีกเลี่ยงการสั่นสะเทือนและการกระทบระหว่างการขนส่ง การติดตั้ง และการบำรุงรักษา อย่างไรก็ตาม คุณภาพการผลิตและการประกอบในโรงงานเป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อความสมบูรณ์ของสุญญากาศ
(1) ปรับปรุงวัสดุและคุณภาพการประกอบของท่อสปริง
ตัวตัดวงจรแบบสุญญากาศใช้ท่อสปริงสำหรับการเคลื่อนที่ทางกล หลังจากการเปิดและปิดซ้ำๆ อาจเกิดรอยแตกขนาดเล็ก ทำให้ความสมบูรณ์ของสุญญากาศลดลง ดังนั้น ผู้ผลิตต้องเพิ่มความแข็งแรงของวัสดุท่อสปริงและคุณภาพการประกอบเพื่อรับประกันความน่าเชื่อถือในการปิดผนึก
(2) การวัดคุณลักษณะทางกลและความต้านทานคอนแทคเป็นประจำ
ระหว่างการบำรุงรักษาประจำปี ควรตรวจสอบการสึกหรอทางไฟฟ้าและการเปลี่ยนแปลงช่องว่างคอนแทค ทดสอบความสอดคล้อง การเคลื่อนที่เกิน และคุณลักษณะทางกลอื่นๆ ใช้วิธีการลดแรงดันกระแสตรงเพื่อวัดความต้านทานวงจร ประเมินการออกไซด์และสึกหรอของคอนแทคจากค่าความต้านทาน และแก้ไขปัญหาทันท่วงที
(3) การทดสอบความสมบูรณ์ของสุญญากาศเป็นประจำ
สำหรับตัวตัดวงจรแบบสุญญากาศแบบเสียบ ผู้ปฏิบัติงานมักไม่สามารถตรวจพบการปล่อยประจุภายนอกของตัวตัดวงจรได้ระหว่างการตรวจตรา ในทางปฏิบัติ มักใช้การทดสอบความทนทานแรงดันไฟฟ้าความถี่ต้นแบบเพื่อประเมินความสมบูรณ์ของสุญญากาศเป็นประจำ แม้ว่าจะเป็นการทดสอบที่ทำลาย แต่สามารถระบุข้อบกพร่องของสุญญากาศได้ ทางเลือกที่ดีที่สุดคือการใช้เครื่องวัดสุญญากาศสำหรับการวัดสุญญากาศเชิงคุณภาพ ถ้าพบว่าสุญญากาศลดลง ต้องเปลี่ยนตัวตัดวงจรแบบสุญญากาศทันที
(4) ติดตั้งอุปกรณ์ตรวจสอบสุญญากาศออนไลน์
ด้วยการใช้งานการสื่อสารไร้สายและระบบ SCADA อย่างแพร่หลายในระบบไฟฟ้า ทำให้การตรวจสอบสุญญากาศออนไลน์เป็นไปได้ วิธีการรวมถึงการตรวจจับแรงดัน การคู่ความจุ การแปลงแสงไฟฟ้า การตรวจจับด้วยคลื่นเสียง และการตรวจจับไมโครเวฟแบบไม่สัมผัส
การตรวจจับแรงดัน: ฝังเซ็นเซอร์แรงดันในตัวตัดวงจรระหว่างการผลิต เมื่อสุญญากาศลดลง ความหนาแน่นของแก๊สและความดันภายในจะเพิ่มขึ้น การเปลี่ยนแปลงแรงดันจะถูกส่งไปยังระบบควบคุมเพื่อการตรวจสอบแบบเรียลไทม์
การตรวจจับไมโครเวฟแบบไม่สัมผัส: ใช้การตรวจจับแบบพาสซีฟเพื่อตรวจจับสัญญาณไมโครเวฟ จับสัญญาณป้อนกลับที่เป็นเอกลักษณ์เมื่อความสมบูรณ์ของสุญญากาศลดลง ทำให้สามารถตรวจสอบแบบเรียลไทม์ออนไลน์ได้
3.2 มาตรการทางการจัดการ
ในการเกิดเหตุการณ์ในอดีต ผู้ปฏิบัติงานไม่สามารถระบุปัญหาของตัวตัดวงจรได้อย่างถูกต้อง ทำให้เกิดการไหม้และเหตุการณ์ขยายตัว ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความไม่คุ้นเคยกับระบบ SCADA เครื่องมือในสถานที่ และขั้นตอนการปฏิบัติงาน ตลอดจนขาดความตระหนักรู้ในการตอบสนองฉุกเฉิน ดังนั้น ต้องเสริมสร้างการจัดการการปฏิบัติงานที่สถานีไฟฟ้าหลัก
ดำเนินการตรวจสอบอย่างเคร่งครัดเพื่อตรวจพบปัญหาตั้งแต่เนิ่นๆ
เพิ่มการฝึกอบรมให้กับผู้ปฏิบัติงานเกี่ยวกับระบบ SCADA การดำเนินงานและการบำรุงรักษาสวิตช์เกียร์ และขั้นตอนการตอบสนองฉุกเฉิน
ดำเนินการฝึกซ้อมแผนป้องกันอุบัติเหตุและแผนตอบสนองฉุกเฉินเป็นประจำ
3.3 ปรับปรุงฟังก์ชันการล็อค "ห้าป้องกัน" ในสวิตช์เกียร์แบบกลาง
ปรับปรุงทางเทคนิคฟังก์ชันการล็อค "ห้าป้องกัน" ของสวิตช์เกียร์แบบกลางเพื่อให้ครบถ้วนตามมาตรฐาน สวิตช์เกียร์แรงสูงที่สมบูรณ์ควรมีฟังก์ชัน "ห้าป้องกัน" ที่มีประสิทธิภาพเชื่อถือได้
ติดตั้งอุปกรณ์แสดงสถานะวงจรสดที่ด้านออกของสวิตช์เกียร์ อุปกรณ์เหล่านี้ควรมีฟังก์ชันทดสอบตนเองและล็อคกับสวิตช์ต่อพื้นด้านสาย
สำหรับการติดตั้งที่มีความสามารถในการป้อนกลับ ประตูช่องควรติดตั้งล็อคบังคับที่ควบคุมโดยอุปกรณ์แสดงสถานะวงจรสด
ผ่านการวิเคราะห์เหตุการณ์การไหม้ของตัวตัดวงจรแบบสุญญากาศที่เกิดจากการลดความสมบูรณ์ของสุญญากาศ นำไปสู่การออกไซด์คอนแทค เพิ่มความต้านทานคอนแทค การเกิดความร้อน และการล้มเหลวในที่สุด บทความนี้เสนอมาตรการที่มุ่งเป้า เช่น การปรับปรุงวัสดุและคุณภาพการประกอบของท่อสปริง และการติดตั้งอุปกรณ์ตรวจสอบสุญญากาศออนไลน์ มาตรการเหล่านี้ช่วยป้องกันและตรวจสอบการลดความสมบูรณ์ของสุญญากาศแบบเรียลไทม์ หลีกเลี่ยงการเกิดเหตุการณ์ที่คล้ายคลึงกันในอนาคต
