روش های تست قطع کننده مدار خلاء (VCB)

مقدمه

قطع کننده های مدار خلاء (Vacuum Circuit Breakers) تجهیزاتی هستند که در سیستم های توزیع و انتقال برق برای حفاظت از تجهیزات و جلوگیری از خرابی های ناشی از اضافه بار یا اتصال کوتاه استفاده میشوند. عملکرد صحیح این تجهیزات مستلزم آزمایش ها و بررسی های دقیق است تا از کارایی و طول عمر آنها اطمینان حاصل شود. روش هایی برای تست عملکرد آنها وجود دارد که هرکدام اطلاعات مهمی درباره وضعیت و عملکرد VI ارائه میدهند و به بهبود قابلیت اطمینان این تجهیزات کمک میکنند. این مقاله روش های مذکور را بررسی کرده و نحوه اجرای آنها را تشریح میکند.

هنگامی که قطع کننده های خلاء (Vacuum Interrupters) تولید میشوند یا در میدان مورد استفاده قرار میگیرند، سه آزمایش برای بررسی عملکرد آنها انجام میشود

1. مقاومت در برابر تماس
2. مقاومت با پتانسیل بالا
3. تست نرخ نشتی

• تست مقاومت تماس

برای اندازه گیری مقاومت در این تست، یک میکرو اهم متر به کنتاکت های بسته قطع کننده مدار خلاء متصل میشود. سپس نتایج بدست آمده با مقادیر طراحی شده یا مقادیر متوسط سایر قطع کننده های خلاء در همان سری تولید مقایسه میشود.

• تست پتانسیل بالا

تکنسین در این تست، یک ولتاژ پتانسیل بالا به کنتاکت های باز قطع کننده خلاء اعمال میکند. سپس ولتاژ را تا مقدار تعیین شده در تست افزایش میدهد و نرخ نشت را اندازه گیری میکند. در تست های کارخانه ای، ممکن است از تجهیزات آزمایشی با پتانسیل بالا به‌صورت AC یا DC استفاده شود. همچنین، مجموعه های آزمایشی قابل حمل مختلفی برای انجام تست پتانسیل بالا روی قطع کننده های خلاء باز توسط تولیدکنندگان ارائه میشود. اکثرا، دستگاه های تست DC هستند، زیرا نسبت به دستگاه های تست AC بسیار فشرده تر و در نتیجه قابل حمل تر هستند.

هنگامی که از ولتاژ آزمایشی DC استفاده میشود، ممکن است یک جریان انتشار میدان بالا از نقطه ای بسیار ریز و میکروسکوپی روی یکی از کنتاکت ها به عنوان نشانه ای از وجود هوا در قطع کننده خلاء تعبیر شود. برای جلوگیری از این تفسیر اشتباه، قطع کننده خلاء باید همواره تحت تأثیر هر دو قطبیت ولتاژ DC قرار گیرد. این به معنای اجرای آزمایش با معکوس کردن قطبیت ها است.

یک قطع کننده خراب که پر از هوا باشد، در هر دو قطبیت نرخ نشت بالایی نشان خواهد داد. اما یک قطع کننده سالم با سطح خلاء مناسب ممکن است همچنان نرخ نشتی بالایی داشته باشد، اما این جریان معمولاً تنها در یکی از قطبیت ها مشاهده میشود. در صورتی که نقطه ریزی روی کنتاکت وجود داشته باشد، جریان انتشار میدان بالا تنها زمانی تولید میشود که آن نقطه به عنوان کاتد عمل کند، نه آند. بنابراین، تکرار آزمایش با معکوس کردن قطبیت ها از هرگونه تفسیر اشتباه جلوگیری میکند. ولتاژ آزمایشی مورد استفاده برای تست قطع کننده خلأ باید مطابق با توصیه های تولیدکننده باشد.

• تست نرخ نشت (تست MAC)

این تست بر اساس اصل تخلیه پنینگ (Penning Discharge Principle) انجام میشود که فرانس مایکل پنینگ (1894-1953) آنرا کشف کرد. او ثابت کرد زمانی که یک ولتاژ بالا به کنتاکت های باز در محیط گازی اعمال شود و با میدان مغناطیسی احاطه گردد، میزان جریان عبوری بین صفحات به عنوان تابعی از فشار گاز، ولتاژ اعمال شده و شدت میدان مغناطیسی محاسبه میشود.

شکل زیر تنظیمات اولیه تست نرخ نشت را نشان میدهد. تکنسین در آزمایش‌های میدانی، VI را در یک سیم پیچ مغناطیسی ثابت و قابل حمل قرار میدهد یا یک کابل انعطاف پذیر را چندین بار دور نمونه آزمایشی میپیچد. سپس، ولتاژ DC بالا به VI اعمال میشود و نرخ نشت پایه اندازه گیری میگردد. در ادامه، یک پالس ولتاژ DC به سیم پیچ میدان مغناطیسی اعمال میشود و جریان کل در طول این پالس اندازه گیری میگردد.

جریان یونی با کسر جریان نشت از جریان کل محاسبه میشود. از آنجا که میدان مغناطیسی و ولتاژ اعمال شده هر دو از پیش تعیین شده اند، فشار گاز، تنها متغیر باقی مانده است. اگر رابطه بین فشار گاز و جریان عبوری شناخته شود، تکنسین میتواند فشار داخلی را بر اساس میزان جریان محاسبه کند.

نکته

همواره مقداری نشت حتی در بهترین قطع کننده های خلاء وجود دارد. این نشت میتواند آنقدر آهسته باشد که قطع کننده خلاء (VI) به طول عمر پیش بینی شده توسط سازنده برسد یا از آن فراتر رود. با این حال، افزایش ناگهانی در نرخ نشت میتواند عمر VI را به طور قابل توجهی کاهش دهد.

زمانی که قطع کننده های خلاء در مدارشکن ها در طول تعمیرات دوره ای با استفاده از روش های سنتی آزمایش میشوند، تنها اطمینان حاصل میشود که در همان لحظه به درستی عمل میکنند، بدون اینکه پیش بینی ای درباره عملکرد آینده آنها وجود داشته باشد. انتظار میرود این تست نتایج بسیار دقیقی در تعیین فشار داخلی VI ارائه دهد.

با افزایش استفاده از تست نرخ نشت در صنعت برق، میتوان انتظار داشت که راندمان تعمیر و نگهداری به طور قابل توجهی بهبود یابد و تعداد خرابی های غیرمنتظره VI کاهش یابد.

با توجه به شکل، از سیم پیچ مغناطیسی صلب در تست MAC زمانی که دسترسی به VI سخت است میتوان برای کل قطب استفاده کرد.

اگرچه بسیاری از مدارشکن های خلاء موجود در میدان امکان استفاده از سیم پیچ را برای هر VI یا قطب به صورت جداگانه فراهم میکنند، برخی از آنها به دلیل فضای ناکافی یا محدودیت های پیکربندی این قابلیت را ندارند.

نتیجه گیری

با استفاده از روش های تست مقاومت تماس، پتانسیل بالا و نرخ نشتی، می‌توان عملکرد دقیق قطع کننده های مدار خلاء را ارزیابی و مشکلات احتمالی را شناسایی کرد. این روش ها نه تنها به بهبود کارایی و طول عمر تجهیزات کمک میکنند، بلکه از وقوع خرابی های غیرمنتظره و هزینه های اضافی تعمیرات جلوگیری میکنند. در سیستم های قدرت، عملکرد صحیح این تجهیزات در کنار رله های حفاظتی اهمیت زیادی دارد؛ برای آشنایی بیشتر با نحوه عملکرد این تجهیزات میتوانید مقاله رله اضافه جریان و منحنی های زمان معکوس (IDMT) را نیز مطالعه کنید.