Hva skjer når en vakuumbryter mister vakuum? Ekte testresultater avslørt

Hva skjer når en vakuumavbryter mister sitt vakuum?

Hvis en vakuumavbryter mister sitt vakuum, bør følgende driftsscenarier vurderes:

• Kontakter åpnes

• Lukkingsoperasjon

• Lukket og fungerer normalt

• Åpning og avbrudd av normal strøm

• Åpning og avbrudd av feilstrøm

Tilfeller a, b og c er relativt enkle. I disse situasjonene er systemet generelt ikke påvirket av tapet av vakuum.

Imidlertid krever tilfeller d og e videre diskusjon.

Anta at en trefasit forsyningsvakuumkretsutsluker mister vakuum i én fase. Hvis belastningen som betjenes av den defekte utslukeren, er deltaforbundet (ujordet), vil skiftoperasjoner ikke føre til mislykket. Egentlig skjer det ingenting. De to sunne fasene (f.eks. Fase 1 og Fase 2) avbryter kretsen vellykket, og strømmen i den defekte fasen (Fase 3) stopper naturlig.

En annen situasjon oppstår med jordede belastninger. I dette tilfellet stopper ikke avbruddet av de to sunne fasene strømmen i den defekte fasen. En buel fortsetter i Fase 3 uten noe som slukker den, og denne strømmen fortsetter til bakoppbevaring opererer. Resultatet er typisk katastrofal skade på utslukeren.

Siden vakuumkretsutslukere i spenningsområdet 3–15 kV hovedsakelig brukes i jordede systemer, undersøkte vi effektene av en mislykket avbryter i vår testlaboratorium for flere år siden. Vi la bevisst en vakuumavbryter under atmosfæres trykk ("flattet" den) og utsatte deretter utslukeren for et fullskala kortslutningsavbruddstest.

Som forventet, klarte den "flate" avbryteren ikke å fjerne feilen i den påvirkede fasen og ble ødelagt. Laboratoriebakoppbevaringen klarte å fjerne feilen.

Etter testen ble utslukeren fjernet fra switchgear-cellen. Den var tungt sooted, men mekanisk intakt. Røyk og soot ble tatt vare på utslukeren og switchgear, den defekte enheten ble erstattet, og utslukeren ble reinserted i kompartimentet. Senere samme dag ble en annen kortslutningstest utført—vellykket. Års av senere feltopplevelse har bekreftet funnene fra disse laboratorietestene.

En av våre kunder, et stort kjemiselskap, opplevde isolerte mislykket på lignende kretskonfigurasjoner (én med en luft-magnetisk utsluker, en med en vakuumutsluker) på to forskjellige anlegg i ulike land. Begge delte en felles kretskonfigurasjon og mislykket modus: en binding krets hvor strømkildene på hver side av utslukeren var uforenlige, som satte nesten dobbelt den angitte spenningen over kontaktkjøringen. Dette førte til utslukermislykket.

Disse mislykkene resulterte fra anvendelsesforhold som overtrådte ANSI/IEEE-retningslinjer og langt overskred utslukerens designvurderinger. De indikerer ikke en designfeil. Imidlertid er omfanget av skaden instruktivt:

• I luft-magnetisk utsluker-saken, brøt enhetens omslutning voldelig. Nabo switchgear celler på begge sider lide betydelig skade, som krever store gjenoppbygging. Utslukeren var total tap.

• I vakuumutsluker-saken, var mislykket signifikant mindre voldelig. Den defekte vakuumavbryteren ble erstattet, buelproduktene (soot) ble tatt vare på utslukeren og kompartimentet, og systemet ble returnert til tjeneste.

Våre omfattende laboratorietester, der vi rutinemessig presser vakuumavbrytere til grenser, støtter disse virkelighetsbaserte resultater.

Nylig ble flere høyeffekttester gjennomført i vårt laboratorium for å evaluere avbrytningstiltak ved hjelp av "lekkende" vakuumavbrytere. Et lite hull (~3 mm diameter) ble boret i avbryterhuse for å simulere vakuumtap. Resultatene var avslørende:

• En 1,310 A normal strøm (angitt kontinuerlig strøm: 1,250 A) ble avbrutt av en fase av en vakuumutsluker. Strøm strømte gjennom den "defekte" utslukeren i 2,06 sekunder før laboratoriebakoppbevaringen ryddet feilen. Ingen deler ble ekspederet, utslukeren eksploderte ikke, og bare malingen på avbryterhuse blaffet. Ingen annen skade inntraff.

• En annen fase av samme utsluker prøvde å avbryte 25 kA (angitt avbrytningstrøm: 25 kA). Buelen varte 0,60 sekunder før laboratorieutslukeren ryddet feilen. Buelen brente et hull gjennom siden av avbryterhuse. Ingen eksplosjon eller flyvende vrak inntraff. Glødende partikler ble ekspederet gjennom hullet, men ingen mekaniske komponenter eller nabo utslukere ble skadet. All skade var begrenset til den mislykkede avbryteren.

Disse testene bekrefter at konsekvensene av en vakuumavbrytermislykkelse er signifikant mindre alvorlige sammenlignet med mislykket i andre avbrytingsteknologier.

Men den virkelige spørsmålet er ikke hva som skjer når den mislykkes, men hvor sannsynlig er det at den mislykkes?

Vakuumavbrytermislykkelsesrater er ekstremt lave. Vakuumtap er ikke lenger en betydelig bekymring.

I begynnelsen av 1960-tallet, var vakuumavbrytere utsatt for lekkasjer—dette var et viktig problem. Tidlige design brukte brasert eller sveised forbindelser mellom ulike materialer, uten organiske materialer. Håndverk var vanlig, spesielt med borosilikatk glasisolatoren, som ikke kunne takle høye temperaturer.

I dag, brukes maskinsveising og batch induksjonsovn brasering med ekstremt streng prosesskontroll. Den eneste bevegelige delen inne i en vakuumavbryter er kobberkontakten, forbundet til endeplassen via en sveised rustfritt stål bellows. Siden begge ender av bellows er sveiset, er mislykkelsesraten for denne bevegelige seglingen ekstremt lav—som demonstrerer den høye påliteligheten til moderne vakuumkretsutslukere.

Faktisk er MTTF (Mean Time To Failure) for moderne vakuumavbrytere nå anslått til 57,000 år.

Kundebekymringer om vakuumtap var gyldige i 1960-årene, da vakuumutslukere var nye i strømprogrammer. På den tiden, vakuumavbrytere ofte lekket, og surgespor var vanlige. Bare ett selskap tilbød vakuumutslukere, og rapporter indikerte mange problemer.

Midt i 1970-årene, europeisk-utviklede vakuumavbrytere—som moderne Siemens-design—differerte grunnleggende fra 1960-modellene i materialer og prosesskontroll. Kobber-bismuth kontakter var mer prone til surges enn dagens krom-kobber legemer. Håndbygde avbrytere var mer prone til lekkasjer enn dagens presisjon-manufakturerte enheter.

I dag, strenge prosesskontroll og automatisering har eliminert de fleste menneskelige variabler. Som et resultat, tilbyr moderne vakuumavbrytere lang levetid, og dielektrisk stress de påfører tilknyttet utstyr er ikke verre enn tradisjonelle luft-magnetiske eller olje kretsutslukere.