வெற்றிட சுற்று முறிப்பான் (Vacuum Circuit Breaker) பராமரிப்பு இல்லாமல் நீண்ட காலமாக நம்பகமாக இயங்க முடியுமா?

வெற்றிட ஒருங்கிணைப்பு: வெற்றிட சுற்று முறிப்பான்களின் நீடித்த ஆயுளுக்கு மிக முக்கியமான காரணி

வெற்றிட நிலை எவ்வாறு தசாப்தங்கள் வரை மின்காப்பு வலிமையை பராமரிக்கிறது

உள் அழுத்தம் சுமார் 10^-2 பாஸ்கல் (Pa) மற்றும் அதைவிடக் குறைவான மட்டங்களில் பராமரிக்கப்படும்போது, மின்காப்புத்தன்மையை பாதிக்கும் எலக்ட்ரான் வெடிப்புகள் மற்றும் அயனியாக்க சங்கிலி வினைகள் ஏற்பட முடியாது. இந்த உயர் வெற்றிட மட்டங்களில், வாயு மூலக்கூறுகளுக்கு இடையேயான தூரம் மின்கடத்தும் பாதைகள் உருவாகுவதைத் தடுக்கும் அளவுக்கு நீண்டிருக்கும். ஆராய்ச்சிகள், 10^-4 பாஸ்கல் அடிப்படை அழுத்தத்தில் இயங்குமாறு வடிவமைக்கப்பட்ட வெற்றிட மின்சுற்று முறிப்பிகள் (VCBs) 30 ஆண்டுகளுக்குப் பின்னரும் தங்களது மூல மின்காப்பு வலிமையின் 95% ஐ பராமரிக்கின்றன எனக் குறிப்பிடுகின்றன. குறைந்த அழுத்தத்தில் மின்காப்பு வலிமை பராமரிக்கப்படுவதற்கான முக்கிய காரணங்கள் திறம்பட எலக்ட்ரான் சிதறல், அயனியாக்கத்திற்கு உட்படும் வாயு மூலக்கூறுகளின் இல்லாமை, மற்றும் நிலையான தொடர்பு அமைப்பு ஆகியவையாகும். இந்த நிலைமைகள், தயாரிப்பாளர்கள் சாதனத்தின் முழு உற்பத்தி மற்றும் இயக்க சுழற்சிக்கும் வெற்றிட மட்டங்களை வரையறுத்தால் மட்டுமே அடைய முடியும்.

செராமிக்-உலோக ஹீர்மெடிக் சீல்கள் மற்றும் கண்ணாடி-உலோக ஹீர்மெடிக் சீல்கள்: சேவை ஆயுளில் ஏற்படும் தாக்கம் – சமீபத்திய செராமிக் மற்றும் உலோக இணைப்பு தொழில்நுட்பம், ஹீலியம் கசிவு வீதத்தை <10⁻¹² மிலிபார்·லீட்டர்/வினாடி என முதன் முறையாக அடைந்துள்ளது; இது கண்ணாடி சீல்களின் கசிவு வீதத்தை விட 100 மடங்குக்கும் மேற்பட்ட மேம்பாடு ஆகும். இது ஒரு தரமான மாற்றமாகும், இது சாதனங்களின் வயதாகும் செயல்முறைகளை மெதுவாக்குகிறது.

அலுமினா செராமிக்ஸ், பல பொருட்களிலிருந்து மாறுபட்டு, வெப்ப சுழற்சிக்கு ஏற்படும் இயந்திர வலுவிழப்பு பிளவுகளை ஏற்படுத்தாது. இது சாதனத்தின் தடை திறனை சீர்குலைக்கும் மெதுவான அழுத்த அதிகரிப்பு ஏற்படாமல் தடுக்கிறது.

முக்கிய வெற்றிட இழப்பு கண்டறிதல்: ஆய்வக வரம்புகளிலிருந்து (10⁻⁴ பாஸ்கல்) புலத்தில் கண்டறியக்கூடிய அறிகுறிகள் வரை

திரள் ஸ்பெக்ட்ரோமெட்ரி பயன்படுத்தப்படும் ஆய்வக அமைப்புகளில், அழுத்தம் 10⁻⁴ பாஸ்கல்-க்கு கீழே விழும்போது வெற்றிட தோல்வியைக் கண்டறியலாம். எனினும், புலத்தில், நேரடி அளவீடுகளை நம்பாமல், தொழில்நுட்ப வல்லுநர்கள் அறிகுறிகளை மட்டுமே அடையாளம் காண வேண்டும்.
தொடர்பு மின்தடையில் ஆரம்பத்தில் அளவிடப்பட்ட மதிப்பின் 25% ஐ விட அதிகமான அதிகரிப்பு என்பது, அமைப்பில் உள்ள மீதமுள்ள வாயு அடுக்கு வீழ்படிவுகளிலிருந்து ஒரு உறிஞ்சுதல் அடுக்கு உருவாகிறது என்பதைக் குறிக்கிறது. Cu ஆவியாக்க வீழ்படிவு நிகழ்வு காரணமாக செராமிக் பாகங்களில் விசித்திரமான நிறங்கள் தோன்றுவதையும் காணலாம், இது மின்காப்பு தோல்விக்கு அருகில் உள்ளதைக் குறிக்கிறது. அழுத்தம் 10^-1 பாஸ்கலை மிகாமல், மேலும் சுஇட்சிங் செயல்பாடுகளின் போது, விற்கும் நேரத்தில் (arcing duration) அதிகரிப்பு காணப்படும். இந்த அழுத்த நிலைகளில் சுஇட்சிங் செயல்பாடுகளின் போது புல செயலாளர்கள் நீண்ட விற்கும் நேரத்தை அறிவிப்பார்கள். விற்கும் நேரத்தில் ஏற்படும் மாற்றங்களை சீர்முறை கட்டுப்பாட்டு சோதனை நெறிமுறைகளைப் பயன்படுத்தி மதிப்பீடு செய்யலாம்; ஆனால் பல அனுபவம் வாய்ந்த பொறியாளர்கள் கூறுகள் மற்றும் அவற்றின் நீண்ட கால நடத்தையை நோக்கிக் கற்றுக்கொள்கிறார்கள்.

வெற்றிட சுற்று முறிப்பான் இயக்கத்தில் தொடர்பு அரிப்பு மற்றும் மின்சார உறுதித்தன்மை

ஒவ்வொரு இடையூற்றிற்கும் நிறை இழப்பு: 30,000-க்கும் மேற்பட்ட சுழற்சிகளில் இருந்து பெறப்பட்ட செயல்முறை தரவுகள் மற்றும் பராமரிப்பு தேவையில்லாத வடிவமைப்புக்கான அதன் விளைவுகள்

தொடர்பு பொருள்களில் சமீபத்திய மேம்பாடுகள், 1980களின் பிற்பகுதியில் இருந்து முதன்முறையாக, வெற்றிட சுற்று முறிப்பான் (vacuum circuit breaker) வரிசையை மிகவும் மேம்படுத்தியுள்ளன. தாமிர-குரோமியம் கலவைகள் மற்றும் அசியல் காந்தப் புல தொழில்நுட்பம் (axial magnetic field technology) ஆகியவற்றின் சேர்க்கை, ஆய்வக சோதனைகளின் போது ஒவ்வொரு முறிப்பிற்கும் தோராயமாக 50 மைக்ரோகிராம் எடை இழப்பையும், சுற்று முறிப்பானின் தரப்படுத்தப்பட்ட அதிகபட்ச மின்னோட்டத்தில் 30,000 சுற்றுகளுக்குப் பிறகு தொடர்பு முனைகளில் 3 மிமீ-க்கு மேல் தேய்மானம் ஏற்படாமலும் காட்டுகின்றன. இதன் காரணமாக, சுற்று முறிப்பானின் வடிவமைப்பு அவ்வாறு செய்யப்பட்டுள்ளது என்பதால், தொடர்பு முனைகள் வரையறுக்கப்பட்ட எல்லைகளுக்குள் இயக்கப்படும் வரை, பராமரிப்பு இன்றி ஆண்டுகள் வரை சுற்று முறிப்பானை இயக்க அனுமதிக்கப்படுகிறது. தொழில் துறை, தொடர்பு பொருள் இழப்பை சுற்று முறிப்பானின் முன்கூட்டியே கணிக்கப்பட்ட தோல்வியுடன் தொடர்புபடுத்தும் போக்கை ஏற்றுக்கொண்டுள்ளது; எனவே பயன்பாட்டுத் துறை (utility industry), தொடர்பு முனைகளை நிலையான வரையறுக்கப்பட்ட சுற்று அடிப்படையில் மாற்ற வேண்டிய கவலையின்றி, இப்போது வெற்றிட சுற்று முறிப்பான்களை நிறுவ முடிகிறது. கடற்கரை பகுதிகளில், மாறாத உயர் ஈரப்பதத்துடன் கூடிய ஆய்வக சோதனைகள் மற்றும் புல நிறுவல்கள், ஆண்டுக்கு தோராயமாக 0.1 மிமீ அளவு சேதமடைதல் வீதத்தைக் காட்டியுள்ளன, இது ஆய்வக சேதமடைதல் வீத கணிப்புகளுடன் ஒப்பிடத்தக்கதாகும்.

மண்டல வெளிப்பாடு பகுப்பாய்வு மூலம் தொடர்பு மோசமாகும் கண்காணிப்பு

கண்காணிப்பு புல வெளியீடுகளை மேற்கொள்வது, தெரிவிக்கப்பட்ட சேதம் ஏற்படுவதற்கு முன்பாகவே வெற்றிட சுற்று முறிப்பான்களின் (vacuum circuit breakers) செயல்திறன் குறித்து ஆழமான புரிதலை வழங்கும்; இது பராமரிப்பு திட்டமிடலுக்கும் பயனுள்ளதாகும். பொதுவான தேய்மானம் மற்றும் பயன்பாடு ஆகியவை புறப்பரப்பில் அசீர்மைகளை ஏற்படுத்தி, புல வெளியீட்டு மின்னோட்டங்களில் உச்சமுனைகளை (spikes) உருவாக்கும். எங்கள் சோதனைகளில் ஒன்றில், சுற்று முறிப்பான் அதன் தரப்பட்ட மின்னழுத்தத்தின் தோராயமாக 80% அளவில் இயங்கும்போது, 10 மைக்ரோ ஆம்பியருக்கு மேற்பட்ட உச்சமுனைகளை நாங்கள் கவனித்தோம். இந்த புல வெளியீட்டு மின்னோட்ட அதிகரிப்புகள், தொடர்பு மேற்பரப்பு தேய்மானம் தெரிவிக்கப்படுவதற்கு முன்பாகவே ஏற்படுகின்றன. புல வெளியீட்டு உச்சமுனைகள் என்பவை, சுற்று முறிப்பான்களின் பராமரிப்பைத் திட்டமிட திட்டமிடுபவர்களுக்கு ஒரு வாய்ப்பின் விண்டோவைக் குறிக்கின்றன. கால வரையறையிலான வெளியீடு கண்காணிப்பு மூலம், கண்காணிக்கப்படாத சுற்று முறிப்பான்களுடன் ஒப்பிடும்போது, மின்சார நிறுவனங்கள் 12 முதல் 18 மாதங்களுக்கு முன்பாகவே வெளியீட்டு சிக்கல்களை அடையாளம் காண முடிகிறது. வெளியீட்டு மின்னோட்ட அளவீடுகள், தொடர்பு நிலையின் தெளிவான குறியீட்டை வழங்குகின்றன. 5 மைக்ரோ ஆம்பியருக்கு கீழ் நிலையாக இருக்கும் அளவீடுகள், சுகாதாரமான தொடர்பு மேற்பரப்புகளைக் குறிக்கின்றன. எனினும், வேகமாக மாறும் அளவீடுகள் பொதுவாக தொடர்பு மேற்பரப்பு சிக்கல்களுக்கு முன்னோடியாக இருக்கும். சுற்று முறிப்பான்களின் சிறந்த செயல்திறனை உறுதிப்படுத்த, அவை செயல்திறன் சிக்கலாக வெளிப்படுவதற்கு முன்பாகவே அந்த சிக்கல்களை சரிசெய்ய வேண்டும்.

பராமரிக்கப்படாத வெற்றிட சுற்று மின்சார விசையில் ஏற்படும் இயந்திர மற்றும் காப்பு சிதைவுகள்

இயந்திர தாங்குதல் மற்றும் மின்சார தாங்குதல் என்பன இரண்டு வேறுபட்ட கருத்துகளாகும். இயந்திர தாங்குதல் என்பது பொதுவாக ஸ்பிரிங்கள் மற்றும் இணைப்புகள் போன்ற பாகங்கள் அவற்றின் தேய்வு தொடங்கி பிரச்சனைகள் ஏற்படும் வரை எத்தனை சுழற்சிகளை மேற்கொள்ள முடியும் என்பதைக் குறிக்கிறது. மாறாக, மின்சார தாங்குதல் என்பது தொடர்பு பகுதிகள் (contacts) தொடர்பு அரிப்பு (contact erosion) காரணமாக அவற்றின் செயல்திறன் குறைவதற்கு முன்னர் எத்தனை முறை குறைபாடுகளை (faults) தாங்க முடியும் என்பதை அளவிடுகிறது. வெற்றிட சுற்று முறிப்பான்களில் (vacuum circuit breakers) இயந்திர மற்றும் மின்சார தாங்குதலுக்கு இடையே குறிப்பிடத்தக்க வேறுபாடு உள்ளது. எடுத்துக்காட்டாக, இயந்திர பாகங்கள் 10,000-க்கும் மேற்பட்ட சுழற்சிகளை தாங்க முடிந்தாலும், மின்சார பாகங்கள் உயர் மின்னோட்ட முறிப்புகளின் வெறும் 20 முதல் 30 முறைகளுக்குப் பிறகே சரியாக இயங்காமல் போகலாம். இதற்கு காரணம், சுற்று முறிப்பானின் இயந்திர பாகங்களை விட வெற்றிட முறிப்பான்கள் (vacuum interrupters) மின்சார மின்னோட்டத்தைத் தாங்கும் திறன் குறைவாக இருப்பதே ஆகும். ஆராய்ச்சிகள், பராமரிக்கப்படாத இயந்திர சோர்வு காரணமாக 15 முதல் 25 சதவீத வழக்குகளில் தவறான சீரமைப்பு, சிக்கிய அல்லது இயங்காத இயந்திரங்கள் ஏற்படுவதைக் காட்டுகின்றன; இது சுற்று முறிப்பானின் மின்சார பாகங்களில் ஏதேனும் தவறு தெரிவதற்கு முன்னரே நிகழலாம். எனவே, சிகிச்சை அளிக்கப்படாத இயந்திரங்கள் முழு சுற்று முறிப்பான் அமைப்பின் நம்பகத்தன்மையை கடுமையாகப் பாதிக்கலாம்.

கூறுகளின் வயதாதலுடன் தொடர்புடைய தோல்வி முறைகள்: செம்பு காரணமாக சேதமடைந்த இணைப்புகள், வயதான சுருள்கள் மற்றும் காப்புப் பொருளில் உள்ள வயதான பாலிமர்கள்

பராமரிப்பை தள்ளிப் போடுவதன் காரணமாக, வெற்றிட சுற்று மின்சார விசையியங்கள் (Vacuum Circuit Breakers) எதிர்பார்க்கப்படுவதை விட மிக முன்கூட்டியே தவறுதலுக்கு உள்ளாகும். இதற்கு முக்கிய காரணங்கள் மூன்று: துருப்பிடித்தல், பழைமையான ஸ்பிரிங்கள் மற்றும் மின்காப்பு சீர்கேடு. நேரத்துடன் கூட, இணைப்பு பாகங்கள் துருப்பிடித்து, அதனால் அதிக உராய்வு ஏற்படுகிறது; இது செயல்பாட்டு வேகத்தில் குறிப்பிடத்தக்க மெதுவாக்கத்தை ஏற்படுத்துகிறது, மேலும் பழுதுகள் சரியாக தீர்க்கப்படாமல் இருக்க வாய்ப்புள்ளது. மீண்டும் மீண்டும் பயன்படுத்தப்படும் ஸ்பிரிங்கள் தங்கள் இழுவிசையை இழக்கும், இதனால் விசையி போதுமான வலிமையுடன் மூடப்படாமல் போகிறது; இது சுஇட்சிங் செயல்பாடுகளின் போது தொடர்பு தள்ளுதல்களை (contact bounces) ஏற்படுத்துவதில் தவறு ஏற்படுகிறது — இந்த தள்ளுதல்களை விசையிகள் எதிர்பார்த்ததை விட தாமதமாக மூடுவதற்கான ஊக்கமாக பலரும் கருதுகின்றனர். நீங்கள் நம்பினாலும் நம்பாவிட்டாலும், மின்காப்புக்காக பயன்படுத்தப்படும் பாலிமர்-அடிப்படையிலான பொருட்களும் செயல்பாட்டுச் சூழலால் பாதிக்கப்படுகின்றன. உள்ளே, மின்காப்பு பாலிமர்கள் வெப்ப சுழற்சி (thermal cycling) மற்றும் ஈரப்பதத்தால் பாதிக்கப்படுகின்றன, இது பாலிமரின் மின்சார சுமையைத் தாங்கும் திறனை உடல் ரீதியாக சீர்கேடு செய்கிறது. மேலும், வெப்ப சுழற்சி மற்றும் ஈரப்பதம் பிளவுகள் மற்றும் டிராக்கிங் (tracking) ஆகியவற்றை உருவாக்குகின்றன, இவை கசிவு மின்னோட்டங்களை அதிகரிக்க வாய்ப்பளிக்கின்றன. தொழில் துறையிலிருந்து வரும் அறிக்கைகள், வெற்றிட சுற்று மின்சார விசையிகளின் எதிர்பார்க்கப்படும் ஆயுளின் 10 முதல் 15 ஆண்டுகளுக்குள் அவற்றின் பராமரிப்பு செய்யப்பட வேண்டும் என்று குறிப்பிடுகின்றன. பராமரிக்கப்படாத வெற்றிட சுற்று மின்சார விசையிகளில் ஏற்படும் சீர்கேடுகளில் 70% இந்த கால வரம்பிற்குள் நிகழ்கின்றன.

நிலை-அடிப்படையிலான கண்காணிப்பு: முதல் உண்மையான பராமரிப்பு-இல்லா வெற்றிட சுற்று முறிப்பான் பயன்பாடு

நிலை-அடிப்படையிலான கண்காணிப்பு (CBM) என்பது பராமரிப்பை அணுகும் வழியை முற்றிலும் மாற்றியமைக்கும் வகையில் மெய்நேர முறையிலான முறைவிளக்கங்களைப் பயன்படுத்துகிறது. இந்த முறைவிளக்க அமைப்புகள் வெற்றிட சுற்று மின்சார விசையின் இயக்க நிலையைக் கண்காணிக்கின்றன, மேலும் இதற்கு எந்தவொரு உபகரணத்திற்கும் அணுகல் தேவையில்லை. சாதாரண இயக்க நிலையில், சில தொழில்நுட்பங்கள் (சுருள் மின்னோட்ட குறியீடு பகுப்பாய்வு) தனித்தனியாக உள்ள பாகங்களின் தேய்வு மற்றும் மோசமாகும் நிலையைக் கண்காணிக்கின்றன. வெப்ப கண்காணிப்பு மூலமும் தொடர்பு சிக்கல்களை அவை மிகவும் கடுமையாகுவதற்கு முன்பே அடையாளம் காண முடிகிறது. “மேம்பட்ட நிலை-அடிப்படையிலான கண்காணிப்பு, போக்கு மற்றும் முறைவிளக்க தொழில்நுட்பங்கள் மூலம் நடுத்தர மின்னழுத்த வெற்றிட சுற்று மின்சார விசைகளின் பகுப்பாய்வு” என்று வெளியிடப்பட்ட ஆய்வில், CBM முறை திடீர் தோல்விகளை தோராயமாக 40% வரை குறைத்ததாகக் கண்டறியப்பட்டது. பிரச்சனைகள் தோல்வி நிலையை அடைவதற்கு முன்பே தீர்க்கப்படுகின்றன, மேலும் அவை பேரழிவு ஏற்படுத்தும் சிக்கல்களை ஏற்படுத்துவதைத் தடுக்கின்றன. முன்கூட்டியே பகுப்பாய்வு மூலம் வெற்றிட அழுத்தம் மற்றும் இயக்க சுழற்சி தரவுகள் பயன்படுத்தப்பட்டு, ஒரு பாகத்தின் மீதமுள்ள ஆயுளை மதிப்பீடு செய்யப்படுகிறது. பராமரிப்பு தேவையில்லாத இயக்கம் என்பது எப்போதும் சிறந்த மற்றும் முழுமையான பாகங்கள் இருப்பதைக் குறிக்கவில்லை. இது சிறிய மற்றும் நடுத்தர அளவிலான சிக்கல்களை அவை பெரிய பிரச்சனைகளாக மாறுவதற்கு முன்பே தீர்க்க வேண்டும் என்பதைக் குறிக்கிறது. வெற்றிட ஒருங்கிணைப்பு மற்றும் தொடர்பு தேய்வு ஆகியவற்றை சாதாரண இயக்க அளவுகளுக்கு ஏற்ப கண்காணிப்பதன் மூலம் CBM தான் தன்னியக்க இயக்கத்திற்குத் தேவையான நம்பகத்தன்மையை வழங்குகிறது.

அடிக்கடி கேட்கப்படும் கேள்விகள்

வெற்றிட சுற்று முறிப்பான்களில் கெரமிக்-டு-மெட்டல் இணைப்பின் முக்கிய நன்மை என்ன?

அதன் முக்கிய நன்மை என்பது, கண்ணாடி-மூடப்பட்ட மாற்று வழிகளுடன் ஒப்பிடும்போது ஹீலியம் கசிவு வீதத்தில் குறிப்பிடத்தக்க குறைவு ஏற்படுவதாகும், இது பின்னர் சுற்று முறிப்பானின் சேவை ஆயுள் மற்றும் வெப்ப நிலைத்தன்மையை மேம்படுத்துகிறது.

தொடர்புகள் மோசமாகும்போது முதலில் புல வெளியேற்றம் தோன்றுகிறது. எலக்ட்ரான் வெளியேற்றங்கள் தொடர்புகளை அரிக்க முடியும். எலக்ட்ரான் வெளியேற்றங்களைக் கண்காணிப்பதன் மூலம் முறிவை ஆரம்ப நிலையிலேயே கண்டறிய முடியும்.

வெற்றிட சுற்று முறிப்பான்களில் நிலை-அடிப்படையிலான கண்காணிப்பின் (CBM) முக்கியத்துவம் என்ன?

வெற்றிட சுற்று முறிப்பான்களில் நிலை-அடிப்படையிலான கண்காணிப்பின் (CBM) முக்கிய நன்மை என்பது தற்காலிக முறையிலான முறையிலான முறையிலான கண்டறிதல் ஆகும். முக்கிய தவறுகள் ஏற்படுவதற்கு முன்பாகவே சாத்தியமான பிரச்சனைகளைக் கண்டறிய முடியும். இந்த செயல்முறை திடீர் தவறுகளின் வாய்ப்பைக் குறைக்கிறது.