Bir Vakum Kesici Vakumu Kaybettiğinde Ne Olur? Gerçek Test Sonuçları Ortaya Kondu

Bir Vakum Kesici Vakumu Kaybettiğinde Ne Olur?

Eğer bir vakum kesici vakumunu kaybederse, aşağıdaki operasyon senaryoları düşünülmelidir:

• Kontaktların açılması

• Kapatma işlemi

• Kapalı ve normal olarak çalışır durumda

• Açılıp normal akımı kesme

• Açılıp hata akımını kesme

a, b ve c durumları nispeten basittir. Bu durumlarda, sistemin genellikle vakum kaybından etkilenmemesi beklenir.

Ancak, d ve e durumları daha fazla tartışma gerektirir.

Üç fazlı besleme vakum devre kesicisinin bir polunda vakum kaybı olduğunu varsayalım. Eğer hatalı kesici tarafından beslenen yük bir delta bağlantılı (yere bağlı olmayan) yük ise, anahtarlama işlemlerinin başarısızlığa yol açmayacağı anlaşılmaktadır. Esasen, hiçbir şey olmaz. İki sağlıklı faz (örneğin, Faz 1 ve Faz 2) devreyi başarıyla keser ve hatalı fazdaki (Faz 3) akım doğal olarak sona erer.

Yere bağlı yüklerle farklı bir durum ortaya çıkar. Bu durumda, iki sağlıklı fazın kesmesi hatalı fazdaki akımın akmasını durduramaz. Faz 3'te bir ark oluşur ve söndürülmesi için hiçbir şey olmadığı için bu akım yedek koruma işlemine kadar devam eder. Sonuç genellikle kesicinin felaket niteliğinde hasar görmesidir.

3–15 kV aralığındaki vakum devre kesicilerin çoğunlukla yere bağlı sistemlerde kullanıldığından, yıllar önce test laboratuvarımızda bir kesicinin başarısız olmasının etkilerini inceledik. Bir vakum kesicisini kasıtlı olarak atmosferik basınca maruz bırakarak ("düzelttik") ve ardından kesiciyi tam kısa devre kesme testine tabi tuttuk.

Tahmin edildiği gibi, "düz" kesici etkilenen fazdaki hatayı temizleyemedi ve yok edildi. Laboratuvar yedek kesicisi hatayı başarıyla temizledi.

Testten sonra, kesici anahtarlama hücresinden çıkarıldı. Ağırlıkça kararmış ancak mekanik olarak sağlamdı. Duman ve karımlar kesici ve anahtarlama hücresinden temizlendi, hatalı birim değiştirildi ve kesici hücreye yeniden yerleştirildi. Aynı günün ilerleyen saatlerinde başka bir kısa devre testi yapıldı—başarıyla. Sonraki yılların saha deneyimleri bu laboratuvar testlerinin bulgularını doğruladı.

Müşterilerimizden biri olan büyük bir kimya şirketi, iki farklı ülkedeki tesislerinde benzer devre yapılandırmalarında (birinde hava manyetik kesici, diğerinde vakum kesici) izole hatalar yaşadı. Her ikisi de ortak bir devre yapılandırmasına ve hata moduna sahipti: kesicinin her iki tarafındaki güç kaynaklarının eş zamanlı olmadığı bir bağlantı devresi, kontakt aralığına yaklaşık iki kat nominal gerilim uyguluyordu. Bu, kesicinin başarısızlığını sağladı.

Bu hatalar, ANSI/IEEE yönergelerini ihlal eden uygulama koşullarından ve kesicinin tasarım sınırlarını aşan durumlardan kaynaklanmıştır. Tasarım hatası göstermezler. Ancak, zararın kapsamı aydınlatıcıdır:

• Hava manyetik kesici durumunda, birim kabuğu şiddetle patladı. Komşu anahtarlama hücreleri her iki tarafta da kapsamlı hasar gördü, büyük bir yeniden inşaya ihtiyaç duydular. Kesici tamamen kaybedildi.

• Vakum kesici durumunda, başarısızlık çok daha az şiddetli oldu. Hatalı vakum kesici değiştirildi, ark ürünleri (kar) kesici ve bölmeden temizlendi ve sistem tekrar hizmete alındı.

Laboratuvarımızda rutin olarak vakum kesicileri sınırlarına zorladığımız geniş kapsamlı testler, bu gerçek dünyadaki sonuçları desteklemektedir.

Son zamanlarda, laboratuvarımızda "sızan" vakum kesicileri kullanarak kesme girişimlerini değerlendirmek amacıyla birkaç yüksek güç testi yapıldı. Kesici konutuna küçük bir delik (~3 mm çapında) açılarak vakum kaybı simüle edildi. Sonuçlar aydınlatıcıydı:

• 1.310 A normal akım (nominal sürekli akım: 1.250 A), vakum kesicinin bir polu tarafından kesildi. "Hatalı" kesici aracılığıyla 2,06 saniye boyunca akım aktardıktan sonra laboratuvar yedek kesici hatayı temizledi. Hiçbir parça fırlatılmadı, kesici patlamadı ve sadece kesici konutunun boya baloncuklar oluştu. Başka bir hasar gerçekleşmedi.

• Aynı kesicinin ikinci polu, 25 kA (nominal kesme akımı: 25 kA) kesmeye çalıştı. Ark 0,60 saniye sürdü ve laboratuvar kesicisi hatayı temizledi. Ark, kesici konutun yanına bir delik açtı. Patlama veya uçan parçalar olmadı. Delikten parlak parçalar fırladı, ancak mekanik bileşenler veya komşu kesiciler hasar görmedi. Tüm hasarlar başarısız kesiciye sınırlı kaldı.

Bu testler, vakum kesicinin başarısızlığının diğer kesme teknolojilerine kıyasla daha az şiddetli sonuçlar doğurduğunu doğrulamaktadır.

Ancak asıl soru, başarısız olduğunda ne olacak değil, başarısız olma olasılığı nedir?

Vakum kesicilerin başarısızlık oranları çok düşüktür. Vakum kaybı artık önemli bir endişe kaynağı değildir.

1960'ların başında, vakum kesiciler sızıntıya eğilimliydi—bu büyük bir sorundu. Erken tasarımlar, organik malzemeler olmayan benzer olmayan malzemeler arasında bronzlanmış veya kaynaklanmış birleşimler kullandı. El işçiliği yaygın olarak kullanılıyordu, özellikle yüksek sıcaklıklara dayanamayan borosilikat cam yalıtıcılarla birlikte.

Bugün, makine kaynaklama ve toplu indüksiyon fırını bronzlama, çok sıkı süreç kontrolleriyle kullanılır. Bir vakum kesicinin içindeki tek hareketli parça, kalaylı paslanmaz çelik belli ile bağlanan bakır kontakttır. Bellinin her iki ucunun da kaynaklanması, bu hareketli mühürün başarısızlık oranının olağanüstü derecede düşük olmasını sağlar—modern vakum devre kesicilerinin yüksek güvenilirliğini gösterir.

Aslında, modern vakum kesicilerin MTTF'si (Ortalama Başarısızlık Zamanı) şimdi 57.000 yıl olarak tahmin edilmektedir.

Müşterilerin 1960'larda vakum kaybı hakkındaki endişeleri, vakum kesicilerin güç uygulamalarına yeni geldiğinde geçerliydi. O dönemde, vakum kesiciler genellikle sızıyordu ve dalga sorunları yaygındı. Sadece bir şirket vakum kesiciler sunuyordu ve raporlar birçok sorun belirtiyordu.

1970'lerin ortalarına gelindiğinde, Avrupa geliştirilmiş vakum kesiciler—bugünkü Siemens tasarımları gibi—1960'lardaki modellerden malzeme ve süreç kontrolü açısından temel olarak farklıydı. Bakır-bizmut kontakları, bugünkü krom-bakır alaşımına göre daha fazla dalga eğilimliydi. El yapımı kesiciler, günümüz hassas üretilen birimlerden daha fazla sızma eğilimindeydi.

Bugün, sıkı süreç kontrolü ve otomasyon, çoğu insan faktörünü ortadan kaldırır. Sonuç olarak, modern vakum kesiciler uzun ömürlüdür ve bağlı ekipmanlara uyguladıkları dielektrik stres, geleneksel hava manyetik veya yağlı devre kesicilerden daha kötü değildir.