EN
Vakuumo vientisumas: svarbiausias indėlis į vakuuminių jungiklių ilgaamžiškumą
Kaip vakuumo lygis užtikrina dielektrinės tvirtumo išlaikymą dešimtmečius
Kai vidinės slėgio reikšmės palaikomos apie 10^-2 Pa ar net žemesnėse, negali įvykti elektronų lavinos ir jonizacijos kaskadų, kurios pažeidžia izoliaciją. Šiuose aukštuose vakuumo lygiuose dujų molekulių tarpusavio atstumas yra pakankamai didelis, kad būtų užkirstas kelias laidžiųjų takų susidarymui. Tyrimai rodo, kad vakuumo jungikliai (VCB), suprojektuoti veikti esant baziniam slėgiui 10^-4 Pa, išlaiko 95 % pradinės dielektrinės tvirtumo po 30 metų. Pagrindinės priežastys, dėl kurių dielektrinė tvirtumas išlieka žemame slėgyje, yra efektyvi elektronų sklaidos procesas, jonizuotiems dujų molekulėms neegzistavimas ir stabilios kontaktų sistemos buvimas. Šias sąlygas galima pasiekti tik tuo atveju, jei gamintojai nustato vakuumo lygius visam įrenginio gamybos ir eksploatacijos ciklui.
Keraminiai-metaliniai hermetiški sandarinimai prieš stiklinius-metalinius hermetiškus sandarinimus: poveikis tarnavimo laikui Šiuolaikinis keramikos ir metalų sujungimas pirmą kartą pasiekė helio nutekėjimo normą <10⁻¹² mbar·L/s, kuri yra daugiau kaip 100 kartų geresnė nei stiklinių sandarinimų. Tai kokybinis pokytis, kuris sulėtina įrenginių senėjimo procesus.
Aliuminio oksido keramika, skirtingai nuo daugelio kitų medžiagų, neįgauna mechaninio įtempimo įtrūkimų dėl temperatūros ciklų. Tai užtikrina, kad nevyktų palaipsniui augantis slėgis, kuris suardo įrenginio pertraukimo gebėjimą.
Kritinio vakuumo praradimo aptikimas: nuo laboratorinių ribų (10⁻⁴ Pa) iki lauko sąlygomis aptinkamų požymių
Laboratorinėse sąlygose, kai naudojama masės spektrometrijos įranga, vakuumo gedimas gali būti aptiktas, kai slėgis nukrenta žemiau 10⁻⁴ Pa. Tačiau lauko sąlygomis technikai turi atpažinti simptomus, o ne remtis tiesioginiais matavimais.
Kontaktinės varžos padidėjimas, viršijantis 25 % pradinių matavimų reikšmės, rodo, kad sistemoje susidarė adsorbcijos sluoksnis dėl likusių dujų sluoksnio nuosėdų. Taip pat pastebima, kad vario garų nusėdimas sukelia netikėtų spalvų atsiradimą keraminėse detalėse, kas gali būti požymis artėjančiai dielektrinės gedimo rizikai. Atvejuose, kai slėgis viršija 10⁻¹ Pa ir vyksta jungiklio veiksmo metu, stebimas lankinimo trukmės padidėjimas. Lauko operatoriai šiuose slėgio sąlygose jungiklio veiksmo metu praneša apie ilgesnį lankinimo trukmės laikotarpį. Lankinimo trukmės pokyčiai gali būti įvertinti naudojant normatyvinius kontrolės bandymų protokolus, tačiau daugelis patyrusių inžinierių mokosi atpažinti šiuos simptomus stebėdami komponentus ir jų elgesį ilgesnį laikotarpį.
Kontaktų erozija ir elektrinė ištvermė vakuumo jungiklių veikimo metu
Masės praradimas kiekvienoje pertraukoje: Empiriniai duomenys iš daugiau nei 30 000 ciklų ir jų reikšmė bepriežiūriniam konstravimui
Naujausiems kontaktinių medžiagų pasiekimams reikšmingai pagerinus vakuumo jungiklių asortimentą – pirmą kartą nuo 1980-ųjų. Medžiagų – vario ir chromo lydinių – derinys su ašinio magnetinio lauko technologija laboratorinėmis apkrovomis sukelia maždaug 50 mikrogramų masės praradimą kiekvienoje pertraukos vietoje ir ne daugiau kaip 3 mm kontaktų nusidėvėjimą po 30 000 ciklų nominaliu maksimaliu srovei, nustatyta šiam ciklui. Dėl to jungiklio konstrukcija gali būti tokia, kad jungiklis galėtų veikti metus be techninės priežiūros, jei kontaktai veikia nustatytose ribose. Pramonė persikėlė prie kontaktinės medžiagos praradimo koreliavimo su numatomu jungiklio gedimu, todėl energijos tiekimo įmonės dabar gali diegti vakuumo jungiklius, nebesijaudindamos dėl kontaktų keitimo pagal statinį, iš anksto nustatytą ciklą. Laboratoriniai bandymai ir realios sąlygos lauko įrenginiai, ypač pakrantės zonose su pastovia didelės drėgmės aplinka, parodė erozijos naudingumą maždaug 0,1 mm per metus, kas atitinka laboratorinius erozijos naudingumo prognozavimus.
Kontaktų degradacijos stebėjimas naudojant lauko emisijos analizę
Stebėdami lauko emisijas galime įvertinti vakuumo jungiklių veikimą daug anksčiau, nei pasireiškia matomi pažeidimai, ir tai naudinga planuojant techninę priežiūrą. Įprastinis susidėvėjimas sukelia paviršiaus nelygumus, kurie lemia lauko emisijos srovės šuolius. Vienoje iš mūsų bandymų stebėjome šuolius virš 10 mikroamperų, kai jungiklis veikė maždaug 80 % jo nominalios įtampos. Šie lauko emisijos srovės padidėjimai įvyksta dar prieš pradedant matyti kontaktų eroziją. Lauko emisijos šuoliai yra galimybė planuotojams laiku suplanuoti jungiklių techninę priežiūrą. Periodiškai stebėdamos emisijas elektros energijos tiekimo įmonės gali nustatyti emisijos problemas 12–18 mėnesių anksčiau nei nekontroliuojamuose jungikliuose. Lauko emisijos srovės rodmenys aiškiai rodo kontaktų būklę. Stabilūs rodmenys mažesni nei 5 mikroamperai rodo sveikus kontaktų paviršius. Tačiau staigūs rodmenų svyravimai paprastai įvyksta prieš pat susidarydami kontaktų paviršiaus defektai. Kad užtikrintume optimalų jungiklių veikimą, problemas reikia išspręsti dar prieš joms pasireiškiant kaip veikimo sutrikimams.
Mechaninė ir izoliacinė degradacija neprižiūrimose vakuumo jungiklių sistemose
Mechaninė ir elektrinė ištvermė yra du skirtingi sąvokos. Mechaninė ištvermė paprastai reiškia ciklų skaičių, kurį gali ištverti komponentai, tokie kaip spyruoklės ir jungtys, kol pradeda dėvėtis ir kilti problemų. Priešingai, elektrinė ištvermė matuoja gedimų skaičių, kuriuos kontaktai gali ištverti, kol jų veikimas pablogėja dėl kontaktų erozijos. Ypač nerimą keliantis skirtumas tarp vakuuminių jungiklių mechaninės ir elektrinės ištvermės. Pavyzdžiui, mechaninės dalys gali ištverti daugiau nei 10 000 ciklų, tuo tarpu elektrinės dalys gali pradėti netinkamai veikti jau po 20–30 aukštos srovės pertraukimų. Tai paaiškinama tuo, kad jungiklio mechaniniai komponentai gali būti ciklinami žymiai dažniau nei vakuuminiai pertraukikliai gali ištverti elektrinės srovės poveikį. Tyrimai rodo, kad neprižiūrimas mechaninis nuovargis 15–25 procentų atvejų sukelia mechanizmų nusistatymo netikslumą, užstrigimą ar sustabdymą, o tai gali įvykti net neatsirandant jokių požymių, kad jungiklio elektrinės dalys būtų sugenda. Todėl neprižiūrimi mechanizmai gali rimtai pažeisti visos jungiklių sistemos patikimumą.
Gedimo režimai, susiję su komponentų senėjimu: korozija paveikti jungtys, pasenę spyruoklės ir pasenę polimerai izoliacinėje medžiagoje
Atidėjus techninę priežiūrą, vakuumo jungikliai tikrai sugenda daug anksčiau nei tikėtina, daugiausia dėl trijų veiksnių: korozijos, senėjančių spyruoklių ir izoliacijos pažeidimo. Laikui bėgant, jungiamosios detalės susirūdija, o korozija sukelia didesnį trinties kiekį; deja, to pakanka, kad pastebimai sulėtėtų įrenginio veikimo greitis ir kad galbūt nepavyktų pašalinti gedimų. Dažnai naudojamos spyruoklės praranda savo įtempimą, todėl jungiklis neuzsidaro pakankamai stipriai, kad sukeltų kontaktų šuoliukus per jungimo operacijas – šiuos šuoliukus daugelis žmonių klaidingai laiko veiksniu, dėl kurio jungikliai užsidaro vėliau nei tikėtina. Tikėkite ar ne, polimerinės medžiagos, naudojamos izoliacijai, taip pat yra paveiktos eksploatacinės aplinkos. Viduje izoliaciniai polimerai patiria šiluminius ciklus ir drėgmę, dėl ko fiziškai blogėja jų gebėjimas atlaikyti elektrinę apkrovą. Be to, šiluminiai ciklai ir drėgmė sukelia įtrūkimus bei seklinimą (tracking), dėl ko padidėja nutekėjimo srovės. Pramonės ataskaitose nurodoma, kad vakuumo jungikliams, kurie naudojami 10–15 metų, t. y. nuo 10 iki 15 metų jų numatyto tarnavimo laiko, būtina atlikti techninę priežiūrą. 70 % visų vakuumo jungiklių gedimų, kurie atsiranda dėl neatlikta techninės priežiūros, įvyksta būtent šiame laikotarpyje.
Būsenos pagrįstas stebėjimas: Pirmasis tikras priežiūros nereikalaujantis vakuumo jungiklių diegimas
Būsenos pagrįstas stebėjimas (CBM) naudoja realaus laiko diagnostiką, kad visiškai pakeistų mūsų požiūrį į techninę priežiūrą. Diagnostikos sistemos stebi vakuuminių oro pertraukiklių veikimą ir nereikalauja prieigos prie įrangos. Normalios eksploatacijos metu tam tikros technologijos (pvz., ritės srovės signalo analizė) stebi atskirų komponentų nusidėvėjimą ir prastėjimą. Taip pat šiluminis stebėjimas leidžia nustatyti kontaktų problemas dar prieš tai pasidarant per rimtoms. Tyrimo, paskelbto kaip „Vidutinės įtampos vakuuminių jungiklių analizė naudojant pažangias būsenos stebėjimo, tendencijų stebėjimo ir diagnostikos technologijas“, rezultatai parodė, kad CBM metodika netikėtų gedimų skaičių sumažino maždaug 40 %. Problemos išsprendžiamos dar prieš pasiekiant gedimo būseną ir sukeliama katastrofiškų padėčių. Prognozuojamosios analizės tikslais naudojami vakuumo slėgio ir eksplotacinio ciklo duomenys, kad būtų įvertinta komponento likusi tarnavimo trukmė. Techninės priežiūros nereikalaujantis veikimas nereiškia, kad visada yra idealūs ir tobulybės įkūnijantys komponentai. Tai reiškia, kad nedidelės ir vidutinės problemos turi būti išsprendžiamos dar prieš joms paaštrėjant į didesnes problemas. Sistemoms, kurios turi veikti autonomiškai, patikimumą užtikrina CBM, kai stebima vakuumo vientisumas ir kontaktų nusidėvėjimas palyginus su normaliais eksploataciniais parametrais.
Dažniausiai užduodami klausimai
Koks yra pagrindinis keraminio-metalinio sujungimo privalumas vakuumo jungikliuose?
Jo pagrindinis privalumas yra žymiai sumažintas helio nutekėjimo rodiklis palyginti su stikliniais užsandarinimais, dėl ko pagerėja jungiklio tarnavimo trukmė ir šiluminė stabilumas.
Lauko emisija pasireiškia pirmiausia, kai kontaktai susidėvi. Elektronų emisija gali reikšmingai išnaudoti kontaktus. Elektronų emisijos stebėjimas leidžia anksti aptikti susidėvėjimą.
Kokia yra būsenos pagrindu stebėjimo (CBM) reikšmė vakuumo jungikliuose?
Tikrojo laiko diagnostika yra pagrindinis būsenos pagrindu stebėjimo (CBM) privalumas vakuumo jungikliuose. Potencialių problemų diagnozavimas gali būti atliekamas dar prieš kritinius gedimus. Šis procesas sumažina staigių gedimų tikimybę.