Mis juhtub, kui vakuumlüliti kaotab vakuumi? Tõelised testitulemused avaldatud
Mis juhtuks, kui vakuumpõhine katkis kaotaks oma vakuumi?
Kui vakuumpõhine katkis kaotab oma vakuumi, tuleb kaaluda järgmisi töörežiime:
Kontaktide avanemine
Sulgemise protsess
Suletud ja normaalselt töötav
Ava- ja katkestamisprotsess normaalse vooluga
Ava- ja katkestamisprotsess veaviga
Juhtumid a, b ja c on suhteliselt lihtsad. Neis olukordades mõjutab süsteemi vakuumi kadumine tavaliselt vähe.
Kuid juhtumite d ja e puhul on vaja lisaarutelu.
Eeldame, et kolmefaasiline tarbija vakuumpõhine katkis kaotab ühes faasis vakuumi. Kui vigastatud katkis teenib deltaühendusega (maadeta) laadiga, ei vii lülitustehinguid mitte ebaõnnestumiseni. Põhimõtteliselt ei toimu midagi. Kaks terviklikku faasi (nt Faas 1 ja Faas 2) katkestavad edukalt voolu, ja vigastatud faasis (Faas 3) vool lõpeb loomulikult.
Maadetud laadide puhul tekib erinev situatsioon. Sel juhul ei peata kahete faasi terviklike katkiste poolt voolu vigastatud faasis. Faasis 3 jääb elektrivili, mis ei saa kustutada, ja see vool jätkub kuni varunduskindlustus toimib. Tulemusena on tavaliselt katastroofilised kahjud katkises.
Kuna 3–15 kV vahemiku vakuumpõhised katkised kasutatakse peamiselt maadetud süsteemides, uurisime katkise ebaõnnestumise mõju meie testilaboris aastaid tagasi. Me teadviklikult panime vakuumpõhise katkise atmosfääri surve alla ("plattisin" selle) ja seejärel andsime katkise täiskujuist lühikese voolu katkestamise testile.
Nagu ennustatud, ei suutnud "plattitud" katkis ebaõnnestunud faasis voolu katkestada ja see hävines. Labori varunduskatkis edukalt voolu katkestas.
Testi järel eemaldati katkis katkislaadist. See oli tugevalt savinud, kuid mehaaniliselt terve. Sav ja suitsu puhastati katkisest ja katkislaadist, vigastatud üksus asendati ja katkis uuesti paigutati laoisse. Sama päeva lõpus tehsti edukalt uus lühikese voolu test.
Üks meie klient, suur keemiatehase, koges isolatsiooniga väljakanded sarnastes katkisekonfiguratsioonides (üks õhupõhine magneti katkis, üks vakuumpõhine katkis) kahes erinevas riigis. Mõlemad jagasid ühte ühise katkisekonfiguratsiooni ja väljakandemoodi: sidekatkis, kus katkise mõlemal pool olevad energialdajad olid sammusel, rakendades kontaktivahele pea kaks korda suuremat kui lubatud pinget. See põhjustas katkise ebaõnnestumise.
Need väljakanded tulid tingimustest, mis rikkusid ANSI/IEEE juhiseid ja ületasid katkise disaini lubatud piiranguid. Need ei näitanud disaini puudusi. Siiski on kahjude ulatus instruktiivne:
Õhupõhise magneti katkise puhul purunes üksuse korpus vägivaldselt. Mõlemal pool asuvad katkislaadid kannatasid laiaulatuslikke kahju, mis nõudsid suuri remonditöid. Katkis oli täielikult kadunud.
Vakuumpõhise katkise puhul oli väljakanne oluliselt vähem vägivaldne. Vigastatud vakuumpõhine katkis asendati, arku toodnud osakesed (sav) puhastati katkisest ja laadist ning süsteem taastati tööle.
Meie laiulised laboritestid, kus me regulaarselt vakuumpõhisi katkiseid testime nende piirpiirkonnas, kinnitavad reaalmaa tulemusi.
Hiljuti tehsti meie laboris mitmeid suure võimsusega katseid, et hinnata "lekkiva" vakuumpõhise katkise katkestamisprotsesse. Vakuumpõhise katkise korpusesse drilliti väike auker (~3 mm läbimõõt), et simuleerida vakuumi kadumist. Tulemused olid informatiivsed:
1,310 A normaalse voolu (lubatud pidev vool: 1,250 A) katkestas vakuumpõhise katkise üks faas. Vool jooksis "vigastatud" katkise kaudu 2,06 sekundit, enne kui labori varunduskatkis voolu katkestas. Ühtegi osalist ei visatud, katkis ei plahvatanud, ja ainult katkise korpu pinnal moodustus vesipill. Muud kahjud ei esinenud.
Teine samasuguse katkise faas katkestas 25 kA (lubatud katkestamisvool: 25 kA). Vili kestis 0,60 sekundit, enne kui labori katkis voolu katkestas. Vili põletas aukeri katkise korpu külge. Plahvatust ega lenduvaid osalisi ei tekkinud. Hoogesed osakesed visati aukeri kaudu, kuid mitte mehaanilisi komponente ega naaber-katkiseid ei kahjustatud. Kõik kahjud piirdusid vigastatud katkisega.
Need testid kinnitavad, et vakuumpõhise katkise ebaõnnestumise tagajärjed on oluliselt vähem tõsised kui muudes katkise-tehnoloogiates.
Aga tegelik küsimus ei ole mis juhtub, kui see ebaõnnestub, vaid kui tõenäoline on see, et see ebaõnnestub?
Vakuumpõhise katkise ebaõnnestumiste sagedus on äärmiselt madal. Vakuumi kadumine ei ole enam oluline probleem.
1960ndate alguses olid vakuumpõhised katkised soovitavaid lekkeid – see oli suur probleem. Varases disainis kasutati brazeeringut või lasnaametamist erinevate materjalide vahel, ilma orbiorganiliste materjalideta. Käsitöö oli levinud, eriti borosilikaatlaste insulatorite puhul, mis ei suutnud vastu panna kõrgetele temperatuurile.
Tänapäeval kasutatakse masinaametamist ja partiiinduktsioonahuumapraadimist äärmiselt rangeid protsessikontrolle kohaldades. Vakuumpõhise katkise ainus liiguv osa on kupari kontakt, mis on ühendatud põhiplaatiga lasnaametatud rostivabest terasebellowsi kaudu. Kuna bellowsi mõlemad otsad on lasnaametatud, on selle liiguvate sealide ebaõnnestumissagedus erakordselt madal – näitades modernsete vakuumpõhiste katkiste kõrget usaldusväärsust.
Tegelikult on modernsete vakuumpõhiste katkiste MTTF (keskmine aeg ebaõnnestumiseni) praegu hinnanguliselt 57,000 aastat.
Klientide mured vakuumi kadumise pärast olid õigustatud 1960ndatel, kui vakuumpõhised katkised olid uued elektrisüsteemidele. Sellisel ajal lekkisid vakuumpõhised katkised sageli, ja surgesüsteemide probleemid olid tavalised. Vaid üks ettevõte pakkus vakuumpõhiseid katkiseid, ja raportid näitasid paljusid probleeme.
Lõpus 1970ndate lõpus olid Euroopas arendatud vakuumpõhised katkised – nagu tänapäevased Siemensi disainid – fundamentaalselt erinevad 1960ndate mudelitest materjalide ja protsessikontrolli poolest. Kupari-bismuudi kontaktid olid tundlikumad surgesüsteemidele, kui tänapäevased kroomi-kupari alliaadid. Käsitööliselt valmistatud katkised olid tundlikumad lekkele, kui tänapäevased täpsusega valmistatud üksused.
Tänapäeval on range protsessikontroll ja automatiseerimine elimineerinud enamiku inimese variabilitust. Tulemuseks on, et modernsete vakuumpõhiste katkiste pikk eluea, ja need ei mõjuta ühendatud seadmete dielektrilist stressi halvemini kui traditsioonilised õhupõhised magneti- või ölkatkised.
