Anong Nangyayari Kapag Nawalan ng Buum ang Isang Vacuum Circuit Breaker? Ipinalalabas ang mga Totoong Resulta ng Pagsusulit

Ano ang Nangyayari Kapag Nawalan ng Buum ng Isang Vacuum Interrupter?

Kapag nawalan ng buum ang isang vacuum interrupter, dapat isapuso ang mga sumusunod na operasyonal na scenario:

• Pagsasara ng mga contact

• Operasyon ng pagsasara

• Sarado at gumagana nang normal

• Pagsasara at pag-interrupt ng normal na kuryente

• Pagsasara at pag-interrupt ng fault current

Ang mga kasong a, b, at c ay relatibong simple. Sa mga sitwasyong ito, karaniwang hindi naapektuhan ng pagkawala ng buum ang sistema.

Gayunpaman, ang mga kasong d at e nangangailangan ng mas malalim na pagtalakay.

Isa-isahin natin ang isang three-phase feeder vacuum circuit breaker na nawalan ng buum sa isang pole. Kung ang load na inililikha ng may problema na breaker ay isang delta-connected (ungrounded) load, ang mga switching operations ay hindi magdudulot ng pagkabigo. Sa esensya, wala nang mangyayari. Ang dalawang healthy phases (halimbawa, Phase 1 at Phase 2) ay matagumpay na nag-iinterrupt ng circuit, at ang kuryente sa may problema na phase (Phase 3) ay natatapos nang natural.

Isang ibang sitwasyon ang nangyayari sa mga grounded loads. Sa kasong ito, ang pag-interrupt ng dalawang healthy phases ay hindi nakakatigil ng pagdaloy ng kuryente sa may problema na phase. Patuloy ang arc sa Phase 3 na walang anumang maituturing na nagpapatigil dito, at patuloy ang kuryente hanggang ma-operate ang backup protection. Ang resulta ay karaniwang catastrophic damage sa breaker.

Dahil ang vacuum circuit breakers sa 3–15 kV range ay pangunihin ginagamit sa mga grounded systems, iminestiga namin ang mga epekto ng isang failed interrupter sa aming test laboratory noong ilang taon na ang nakalipas. Deliberadamente, in-expose namin ang isang vacuum interrupter sa atmospheric pressure ("flattened" it) at pagkatapos ay pinaglaban namin ang breaker sa isang full short-circuit interruption test.

Tulad ng inaasahan, ang "flat" interrupter ay nabigo na malinis ang fault sa affected phase at nasira. Ang laboratory backup breaker ay matagumpay na nalinis ang fault.

Pagkatapos ng test, inalis ang breaker mula sa switchgear cell. Mabigat ang soot pero mekanikal na buo pa rin. Inilinis ang smoke at soot mula sa breaker at switchgear, inireplace ang may problema na unit, at inilagay muli ang breaker sa compartment. Sa huling bahagi ng araw na iyon, isinagawa ang isa pang short-circuit test—matagumpay. Ang mga taon ng pagkatapos na field experience ay nagpatotoo sa mga natuklasan mula sa mga laboratory tests na ito.

Isa sa aming mga customer, isang major chemical company, ay naranasan ang isolated failures sa similar circuit configurations (isa na may air-magnetic breaker, isa na may vacuum breaker) sa dalawang iba't ibang facilities sa iba't ibang bansa. Parehong mayroon silang common circuit configuration at failure mode: isang tie circuit kung saan ang power sources sa parehong panig ng breaker ay out of synchronism, na nagpapasa ng halos dalawang beses ang rated voltage sa contact gap. Ito ang nagdulot ng pagkabigo ng breaker.

Ang mga pagkabigong ito ay resulta ng application conditions na lumalabag sa ANSI/IEEE guidelines at sobrang laki ang napagdaanan kaysa sa design ratings ng breaker. Hindi ito nagpapakita ng isang design flaw. Gayunpaman, ang extensyon ng damage ay instructional:

• Sa kasong air-magnetic breaker, ang enclosure ng unit ay nag-rupture violently. Ang adjacent switchgear cells sa parehong panig ay naranasan ang malaking pinsala, na nangangailangan ng major reconstruction. Ang breaker ay total loss.

• Sa kasong vacuum breaker, ang pagkabigo ay mas kaunti ang violence. Ang may problema na vacuum interrupter ay inireplace, ang byproducts ng arc (soot) ay inilinis mula sa breaker at compartment, at binigyan ng serbisyo ang sistema.

Ang aming extensyon ng laboratory testing, kung saan regular na pinipilit namin ang vacuum interrupters hanggang sa kanilang limit, ay sumusuporta sa mga totoong mundo na resulta.

Kamakailan, isinasagawa ang ilang high-power tests sa aming lab upang i-evaluate ang mga interruption attempts gamit ang "leaking" vacuum interrupters. Isinagawa ang isang maliit na butas (~3 mm diameter) sa interrupter housing upang simulan ang pagkawala ng buum. Ang mga resulta ay revealing:

• Isang 1,310 A normal current (rated continuous current: 1,250 A) ay in-interrupt ng isang pole ng vacuum breaker. Ang kuryente ay umagos sa "faulty" breaker para sa 2.06 seconds bago nalinis ng lab backup breaker ang fault. Walang parts na inilabas, hindi sumabog ang breaker, at lamang ang paint sa interrupter housing ang nag-blister. Walang ibang pinsala ang nangyari.

• Ang ikalawang pole ng parehong breaker ay subukan na interrupt 25 kA (rated breaking current: 25 kA). Ang arc ay tumagal ng 0.60 seconds bago nalinis ng lab breaker ang fault. Ang arc ay nagburn ng isang butas sa gilid ng interrupter housing. Walang explosion o flying debris ang nangyari. Ang mga glowing particles ay inilabas mula sa butas, ngunit walang mechanical components o adjacent breakers ang nasira. Ang lahat ng pinsala ay nakaconfine sa failed interrupter.

Ang mga test na ito ay nagpapatotoo na ang mga consequence ng pagkabigo ng vacuum interrupter ay mas kaunti ang severity kumpara sa mga pagkabigo sa iba pang interrupting technologies.

Pero ang tunay na tanong ay hindi ano ang nangyayari kapag ito bumigay, kundi gaano kadalasang ito bumibigay?

Ang failure rates ng vacuum interrupter ay napakababa. Ang pagkawala ng buum ay hindi na isang significant concern.

Noong unang bahagi ng 1960s, ang vacuum interrupters ay madalas na may leaks—ito ay isang major issue. Ang mga early designs ay gumamit ng brazed o welded joints sa pagitan ng dissimilar materials, na walang organic materials. Common ang handcrafting, lalo na sa borosilicate glass insulators, na hindi kayang tanggihan ang mataas na temperatura.

Ngayon, ang machine welding at batch induction furnace brazing ay ginagamit kasama ng napakamatigas na process controls. Ang tanging moving part sa loob ng vacuum interrupter ay ang copper contact, na konektado sa end plate via welded stainless steel bellows. Dahil ang parehong dulo ng bellows ay welded, ang failure rate ng moving seal ay napakababa—nagpapakita ng mataas na reliabilidad ng modern vacuum circuit breakers.

Sa katunayan, ang MTTF (Mean Time To Failure) ng modern vacuum interrupters ngayon ay tinataya na 57,000 years.

Ang mga customer concerns tungkol sa pagkawala ng buum ay valid noong 1960s, kung saan ang vacuum breakers ay bagong sa power applications. Noong panahong iyon, madalas ang vacuum interrupters na may leaks, at surge issues ay common. Isa lang ang kompanya na nag-ooffer ng vacuum breakers, at ang mga ulat ay nagpapakita ng maraming problema.

Noong mid-1970s, ang European-developed vacuum interrupters—tulad ng modern Siemens designs—ay naiiba nang fundamental mula sa 1960s models sa mga materyales at process control. Ang copper-bismuth contacts ay mas prone sa surge kaysa sa kasalukuyang chromium-copper alloys. Ang hand-built interrupters ay mas prone sa leaks kaysa sa kasalukuyang precision-manufactured units.

Ngayon, ang rigorous process control at automation ay nagsilbing pagsugpo ng karamihan sa human variability. Bilang resulta, ang modern vacuum interrupters ay nagbibigay ng mahabang service life, at ang dielectric stress na ipinapataas nito sa connected equipment ay hindi mas malala kaysa sa traditional air-magnetic o oil circuit breakers.