Pagsusuri ng mga Dahilan at Pagsasagawa ng mga Preventibong Paraan para sa mga Aksidente sa Burnout ng Vacuum Circuit Breaker

1. Pagsusuri ng Mekanismo ng Pagkakasira ng Vacuum Circuit Breakers

1.1 Proseso ng Arcing Sa Panahon ng Pagbubukas

Bilang halimbawa, kapag ang kuryente ay nag-trigger sa mekanismo ng pag-operate upang mag-trip, ang mobile na contact ay nagsisimula na maghiwalay mula sa fixed contact. Habang lumalaki ang layo sa pagitan ng mobile at fixed contacts, ang proseso ay tumatahak sa tatlong yugto: paghihiwalay ng contact, arcing, at post-arc dielectric recovery. Kapag ang paghihiwalay ay pumasok sa yugto ng arcing, ang kondisyon ng electric arc ay naglalaro ng mahalagang papel sa kalusugan ng vacuum interrupter.

Kapag tumaas ang arcing current, ang vacuum arc ay umuunlad mula sa rehiyon ng cathode spot at arc column patungo sa anode region. Habang patuloy na bumababa ang contact area, ang mataas na density ng kuryente ay gumagawa ng mataas na temperatura, na nagdudulot ng evaporation ng metal material ng cathode. Sa epekto ng electric field, nabubuo ang initial gap plasma. Lumilitaw ang cathode spots sa ibabaw ng cathode, na nag-emite ng electrons at nag-form ng field-emission current, na patuloy na nag-erosion ng metal material at nag-sustain ng metal vapor at plasma. Sa yugtong ito, sa may relatibong mababang arcing current, aktibo lamang ang cathode.

Kapag tumaas pa ang arcing current, inilalagay ng plasma ang enerhiya sa anode, na nagdudulot ng transition ng anode arc mode mula sa diffuse arc patungo sa constricted arc. Ang transition na ito ay pinapahintulutan ng mga factor tulad ng materyal ng electrode at magnitude ng kuryente.

1.2 Pagsusuri ng Pagkakasira ng Contact Erosion

Ang contact erosion ay direktang may kaugnayan sa interrupting current. Sa rated power-frequency current, halos walang kahalagahan ang degree ng contact melting. Ang contact erosion ay nangyayari sa high-current, high-temperature conditions. Kapag ang circuit breaker ay nag-interrupt ng short-circuit currents na lumampas sa rated current nito, tumaas ang degree ng material erosion, na nag-usbong ng kondisyon para sa material loss.

Ang surface roughness ng mga contact ay nagpapalakas ng concentration ng kuryente sa mga protrusion sa ibabaw, na nagdudulot ng mas malubhang localized heating. Bukod dito, ang duration ng arcing current ay kritikal. Kahit na ang kuryente ay isang short-circuit current, kung ang duration nito ay masyadong maikli, ang amount ng material erosion ay nananatiling maliit.

Ang ugat ng pagkakasira ng contact ay ang mass loss sa panahon ng arcing process. Ang pagkasira ng contact ay nangyayari sa dalawang yugto:

• Material Erosion: Pinapagana ng plasma ang erosion ng anode material. Ang energy flux density sa ibabaw ng anode ay isang pangunahing parameter na sumusukat ng epekto ng plasma sa anode. Ang pagsasaliksik ay nagpapakita na tumaas ang anode energy flux density habang tumaas ang arcing current, mas malaking contact gap, at mas maliit na contact radius, na nagpapapabor sa pagbuo ng anode spot at material erosion.

• Material Loss: Pagkatapos ng arc extinction, ipinapalabas ng pressure ng plasma ang molten metal droplets mula sa ibabaw ng contact. Ang prosesong ito ay pangunahing pinapahintulutan ng mga katangian ng materyal, na may minimal na karagdagang epekto mula sa arc.

2. Mga Dahilan ng Burnout Accident ng Vacuum Circuit Breaker

(1) Electrical Wear at Variation ng Contact Gap na Nagdudulot ng Tumataas na Contact Resistance
Ang vacuum circuit breakers ay sealed sa loob ng vacuum interrupter, na may mobile at fixed contacts na nasa direct face-to-face contact. Sa panahon ng interruption, nangyayari ang contact erosion, na nagdudulot ng contact wear, bawas na contact thickness, at pagbabago ng contact gap. Habang umuunlad ang wear, ang ibabaw ng contact ay nagdeteriorate, na nagdudulot ng pagtaas ng contact resistance sa pagitan ng mobile at fixed contacts. Ang wear din ay nagbabago ang contact gap, na nagbabawas ng spring pressure sa pagitan ng mga contact, na nagpapatuloy na nagdudulot ng pagtaas ng contact resistance.

(2) Out-of-Phase Operation na Nagdudulot ng Tumataas na Resistance sa Faulted Phase
Kung ang mechanical performance ng vacuum circuit breaker ay hindi mabuti, ang repeated operations ay maaaring magresulta sa out-of-phase operation dahil sa mga isyu sa mechanical. Ito ay nagpapahaba ng opening at closing times, na nagpapahamak sa effective arc extinction. Ang arcing ay maaaring magresulta sa welding (fusing) ng mga contact, na nagdudulot ng malaking pagtaas ng contact resistance sa pagitan ng mobile at fixed contacts.

(3) Bawas na Vacuum Integrity na Nagdudulot ng Contact Oxidation at Tumataas na Resistance
Ang bellows sa vacuum interrupter ay gawa sa thin stainless steel at ginagamit bilang sealing element, na nagpapanatili ng vacuum integrity habang pinapayagan ang conductive rod na makilos. Ang mechanical life ng bellows ay nakadepende sa expansion at contraction forces sa panahon ng breaker operation. Ang init na inililipat mula sa conductive rod patungo sa bellows ay nagpapataas ng temperature nito, na nag-aapekto sa fatigue strength.

Kung ang materyal ng bellows o ang manufacturing process ay may defect, o kung ang breaker ay nakaranas ng vibration, impact, o pinsala sa panahon ng transport, installation, o maintenance, maaaring magkaroon ng leaks o micro-cracks. Sa huli, ito ay nagdudulot ng pagbaba ng vacuum level. Ang bawas na vacuum ay nagpapahintulot ng contact oxidation, na nagpapabuo ng high-resistance copper oxide, na nagdudulot ng pagtaas ng contact resistance.

Sa ilalim ng load current, ang mga contact ay patuloy na nag-ooverheat, na nagpapataas pa ng temperature ng bellows at maaaring magdulot ng failure ng bellows. Bukod dito, sa bawas na vacuum, nawawalan ang circuit breaker ng kanyang rated arc-quenching capability. Kapag nag-interrupt ng load o fault currents, ang insufficient arc extinction capability ay nagdudulot ng sustained arcing, na sa huli ay nagdudulot ng burnout ng breaker.

3. Mga Preventive Measures para sa Burnout Accident ng Vacuum Circuit Breaker

3.1 Technical Measures

Ang mga dahilan ng bawas na vacuum integrity ay komplikado. Iwasan ang vibration at impact sa panahon ng transport, installation, at maintenance. Gayunpaman, ang kalidad ng manufacturing at assembly sa factory stage ay mga pangunahing factor na nag-aapekto sa vacuum integrity.

(1) Ipaglaban ang Kalidad ng Bellows Material at Assembly
Ginagamit ng vacuum interrupters ang bellows para sa mechanical motion. Matapos ang repeated opening at closing operations, maaaring mabuo ang micro-cracks, na nagpapahamak sa vacuum integrity. Kaya, dapat palakasin ng mga manufacturer ang lakas ng materyal ng bellows at kalidad ng assembly upang matiyak ang reliability ng sealing.

(2) Regular na Measurement ng Mechanical Characteristics at Contact Resistance
Sa panahon ng annual maintenance outages, regular na i-inspect ang electrical wear at variation ng contact gap. Gawan ng tests ang synchronism, over-travel, at iba pang mechanical characteristics. Gamitin ang DC voltage drop method upang sukatin ang loop resistance. Isaisip ang contact oxidation at wear batay sa resistance values, at agad na i-address ang mga isyu.

(3) Regular na Testing ng Vacuum Integrity
Para sa plug-in type vacuum circuit breakers, madalas hindi makikita ng mga operator ang external discharge sa interrupter sa panahon ng patrols. Sa praktika, ginagamit ang power-frequency withstand voltage tests upang periodic na asesahin ang vacuum integrity. Bagama't ito ay isang destructive test, ito ay epektibo na nag-identify ng vacuum defects. Bilang alternatibo, ang paggamit ng vacuum tester para sa qualitative vacuum measurement ang pinakamahusay na pamamaraan para asesahin ang vacuum integrity. Kung natuklasan ang degradation ng vacuum, agad na palitan ang vacuum interrupter.

(4) Mag-install ng Online Vacuum Monitoring Devices
Sa malawak na paggamit ng wireless communication at SCADA systems sa power networks, posible na ang online vacuum monitoring. Ang mga pamamaraan ay kinabibilangan ng pressure sensing, capacitive coupling, electro-optical conversion, ultrasonic detection, at non-contact microwave sensing.

• Pressure Sensing: Ilagay ang pressure sensors sa interrupter sa panahon ng manufacturing. Kapag bumaba ang vacuum, tumaas ang gas density at internal pressure. Ang pagbabago ng pressure ay inilalagay sa control system para sa real-time monitoring.

• Non-Contact Microwave Sensing: Gumagamit ng passive sensing upang detektahin ang microwave signals, na nagkuha ng unique feedback signals kapag compromised ang vacuum integrity, na nagbibigay ng real-time online monitoring.

3.2 Management Measures

Sa mga nakaraang insidente, hindi nai-identify nang tama ng mga operator ang mga fault ng circuit breaker, na nagresulta sa burnout at escalation ng accident. Ito ay nagpapakita ng hindi sapat na pagkakakilala sa SCADA systems, on-site equipment, at operating procedures, pati na rin ang kakulangan ng emergency response awareness. Kaya, dapat palakasin ang operation management sa main substations.

• Ipaglaban ang inspection systems nang maigsi upang ma-detect ang mga isyu nang maaga.

• Palakasin ang training para sa mga operator sa SCADA systems, switchgear operation and maintenance, at emergency response procedures.

• Gawin ang regular na drills para sa anti-accident at emergency response plans.

3.3 Ipaglaban ang "Five Prevention" Interlocking Functions sa Mid-Mounted Switchgear

Technically i-upgrade ang "Five Prevention" interlocking functions ng mid-mounted switchgear upang buong mapatupad ang standard requirements. Ang buong high-voltage switchgear ay dapat may full "Five Prevention" functions na may reliable performance.

• Mag-install ng live-line indicators sa outgoing side ng switchgear. Ang mga indicators na ito ay dapat may self-test functionality at interlocked sa line-side earthing switch.

• Para sa mga installation na may back-feed capability, ang compartment door ay dapat may mandatory lock na controlled ng live-line indicator.

Sa pamamagitan ng pagsusuri ng burnout accidents ng vacuum circuit breaker na dulot ng bawas na vacuum integrity—na nagdudulot ng contact oxidation, tumataas na contact resistance, overheating, at eventual failure—ang paper na ito ay nagpopropona ng mga targeted measures tulad ng pag-improve ng materyal at kalidad ng assembly ng bellows, at pag-install ng online vacuum monitoring devices. Ang mga measure na ito ay nakakatulong upang i-prevent at i-monitor ang degradation ng vacuum nang real-time, na nag-iwas sa recurrence ng mga similar accidents.