Вакуумдық өшіргіштер жүйенің сенімділігін қалай арттырады?

Вакуумдық өшіргіштің жұмыс істеу принципі: Неге вакуум электр доғасын өшіруге жоғары деңгейде мүмкіндік береді

Жоғары вакуумдағы электр доғасын өшірудің физикасы: Ионданатын ортаның болмауы электрондық лавинасын басады

Авария кезінде контакттардың бөлінуі металдың буын иондандырып, доға түзуіне әкеледі. Әдетте 10^-4 торрдан төмен болатын жоғары вакуум ортасында электрондық лавиналарды ұстап тұру үшін қажетті газ молекулалары саны шамамен нөлге тең. Еркін электрондар соқтығысуға тиісті заттарды таба алмаса, плазманың пайда болуына әкелетін екінші ретті электрондарды құрай алмайды. Бұл плазма тұрақты күйге келгенше де, металдың буы шамамен 3 миллисекунд ішінде контакт беттеріне тез конденсацияланады. Бұл жылдам процесстер тез дейонизацияға мүмкіндік береді және уақыт өте келе контакттардың тозуын әлдеқайда азайтады. Бұл процестердің өте тиімділігі осы жүйелердің 30 мыңнан астам операциядан кейін де қызмет көрсетуге қажеттілік туғырмайтындығында. Бұл көрсеткіш газбен немесе маймен толтырылған балама жүйелердің көрсеткіштерінен әлдеқайда жоғары, өйткені олардың иондану процестері доғаның пайда болу уақытын ұзартады және компоненттердің тозуын жылдамдатады.

Диэлектрлік қалпына келу жылдамдығы: SF6 және ауамен өткізілетін балама жүйелерге қарағанда сәттік қайта тұрақтануға төзімділік

Вакуумдық өшіргіштер ток нөлдік нүктесіне жеткеннен кейін барынша 10 микросекунд ішінде диэлектрлік қалпына келу процесін бастайды, бұл SF6 өшіргіштерге қарағанда шамамен 200 есе, ал ескі ауа-өшіргіш конструкцияларына қарағанда шамамен 1000 есе тезірек. Бұл қалай болады? Себебі вакуумның әртүрлі қасиеттері бар, оның ішінде өте құнды қасиет — ішкі диэлектрлік беріктігі, ол мм-ге шамамен 40 кВ құрайды, ал SF6 үшін бұл көрсеткіш барынша 8 кВ/мм құрайды. Сонымен қатар, процесті бұзатын ыдырау өнімдері пайда болмайды. Металл буы конденсацияланған кезде ол өткізгіштік аралығын кернеудің өтуінің уақытында (transient recovery voltages) шыңдалуына дейін әртүрлі тазартады. Бұл кернеудің өсу жылдамдығы 20 кВ/микросекундқа дейін жеткен кезде да қосымша қосылуларды (restrikes) тежеуге көмектеседі. Альтернативаларға назар аударсақ, SF6 жүйелері газдың ионданбау процесі үшін 2–5 миллисекунд уақытты талап етеді, ал ауа-өшіргіш құрылғылары әдетте плазмалық каналдардың қалып қойып қалуы сияқты қиындықтарға ұшырайды. Осы ғажайып тез диэлектрлік қалпына келу уақыты арқасында вакуумдық қорғаныс өшіргіштері әртүрлі өнеркәсіптік ортада конденсаторлық батареяларды басқару немесе электрқозғалтқыштарды іске қосу сияқты жоғары жиілікті қосу-өшіру операциялары үшін негізгі шешім ретінде танылады.

Вакуумдық өшіргіштің ақаулықты жою сапасы: Надежділікті арттыру үшін қорғанысты жеделдету

Уақыттық артықшылық: 15 мс — контакттардың ажырау уақыты, ал майлы және ауалы өшіргіштерде бұл көрсеткіш 60+ мс құрайды; бұл жылулық кернеуді және ақаулықтардың таралуын азайтады

Вакуумдық сымдардың қаншалықты тез жұмыс істеуі электрлік ақауларға ұшыраған кезде барлығын анықтайды. Бұл сымдар контакттарды шамамен 15 миллисекунд ішінде бөледі, бұл — дәстүрлі майлы немесе ауалы моделдерге қарағанда төрт есе тезірек, өйткені олар 60 миллисекундтан аса уақыт алады. Бұл жылдамдық электрлік кернеу толқындарының зиянды әсерін қатты төмендетеді. Қысқа тұйықталу орын алған кезде өткізгіштер мен трансформаторлар үлкен жылу жиналуына ұшырайды. Зерттеулер бойынша, ақау пайда болғаннан кейін жарты секунд ішінде өткізгіштің температурасы 300 градус Цельсийге дейін көтерілуі мүмкін, бұл изоляциялық материалдардың ыдырауын қатты жылдамдатады. Шынайы артықшылық — токтың максималды күшіне жетуінен бұрын оның ағысын тоқтатуда. Сондықтан жылулық зақымдану электрлік желінің басқа бөліктеріне таралмай, шектеліп қалады. Неге бұл жұмыс істейді? Себебі вакуумдық өшіргіштердің негізгі деңгейде жұмыс істеу принципі басқаша. Иондарды тудыратын кез келген зат болмағандықтан, контакттар бөлінгеннен кейін электрлік доға 5–10 микросекунд ішінде жоғалады. Саладағы өрістік есептер де бұл артықшылықтарды растайды: вакуумдық сымдарды қолданған кезде ірі тізбектік реакциялар әлдеқайда сирек бақыланады. Әртүрлі орнатылған жабдықтардың техникалық қызмет көрсету жазбаларына сүйенсек, өшірулердің ұзақтығы ескі технологиялармен салыстырғанда шамамен 68% қысқарады.

Вакуумдық өшіргіштердің ұзақ мерзімді сенімділігі: Төмен қызмет көрсету, жоғары төзімділік, шынайы әлемдегі тексерілу

Саладағы деректер: EPRI 2022 жылғы деректері бойынша 25 000 операциядан кейін <0,08% ақаулық жиілігі — бұл контакт аралығы мен вакуумның бүтіндігін бақылауға байланысты

Электр энергиясын зерттеу институтының 2022 жылғы сенімділік нәтижелеріне сәйкес, вакуумдық өшіргіштер 25 000 шамасындағы операциядан кейін 0,08%-дан төмен ақаулық жиілігіне ие болады, бұл майлы және ауалы өшіргіштерге қарағанда 3–5 есе жоғары көрсеткіш. Мұндай жетістікке қол жеткізу негізінен екі факторға байланысты: контакт аралығын ±0,2 мм шегінде ұстау және магнетрондық разрядтық сынақтар арқылы әрбір үш ай сайын вакуумның бүтіндігін тексеру. Бұл техникалық қызмет көрсету ережелерін сақтайтын жабдықтар әсерлілігін жоғалтпай, 100 000-нан астам механикалық циклдарға шыдайды. Бұл майлы немесе SF6 жүйелерінде сияқты сұйықтықтарды толықтыру қажеттілігінен арылу дегенді білдіреді, ол ұзақ мерзімді тұрғыдан уақыт пен ақшаны үнемдейді.

Қабылдану бағыты: CIGRE TB 892 бойынша жаңа орта кернеулі трансформаторлық подстанциялардың (2020–2023 жж.) 82%-ы вакуумдық өшіргіштерді көрсетеді

CIGRE Техникалық брошюрасы № 892-ден келетін ең соңғы сандар қуат саласында қазір қызығушылық тудыратын құбылыс туралы айтады. 2020–2023 жылдары салынған барлық жаңа орта кернеулі подстанциялардың шамамен 82 пайызы дүниежүзінде вакуумдық өшіргіштерді стандартты жабдық ретінде таңдайды. Неге? Бұл құрылғылар шамамен 25 жылға созылатын қызмет көрсету мерзімімен уақыттың сынағынан өткен, бұл әдеттегі майлы жүйелерге қарағанда екі есе ұзақ. Сонымен қатар, олар жыл сайынғы қызмет көрсетудің көлемін шамамен 90% қысқартып, жылдық қызмет көрсету уақытын әлдеқайда азайтады. Компаниялар өмірлік цикл бойынша шығындарды талдайтын кезде есептеулер де түсінікті болады. Дүниежүзі бойынша электр желілері вакуумдық технологияны газбен изоляцияланған алTERNATIVАЛАРМЕН салыстырғанда шамамен 40% үнемдейді. Сондықтан да вакуумдық өшіргіштер тоқтап қалуға рұқсат етілмейтін маңызды инфрақұрылымдық жобаларда сенімді жұмыс істеу үшін «алтын стандарт» болып табылады.

Салыстырмалы сенімділік талдауы: вакуумдық өшіргіш пен дәстүрлі технологиялар

Вакуумдық өшіргіштер дәлелденгендей, әлемнің әртүрлі орнатылған жерлеріндегі нақты қолданыстағы нәтижелерге сүйене отырып, көптеген әдеттегі майлы немесе ауалы өшіргіштерге қарағанда тұрақтырақ болып табылады. Герметикті вакуумдық камера дизайны бірден бірнеше проблеманы шешеді — тотығу болмайды, ішінде жанғыш материалдар жоқ және ортаға ластаушы заттар шығып кетпейді. Бұл өшіргіштердің өртке ұшырау ықтималдығын азайтады және ескі майлы жүйелердің қажет ететін жиі техникалық қызмет көрсетуінен туындайтын тоқтатуларды әлдеқайда азайтады. Әдеттегі өшіргіштерге регулярлық сұйықтық алмастыруы мен ұқыпты газ басқаруы қажет, ал вакуумдық өшіргіштер басқаша жұмыс істейді. Олардың арнайы доғаны өшіру процесі уақыт өте келе тозған кезде зиянды химиялық заттар шығармайды. Қауіпсіздік, жауап беру жылдамдығы және қызмет ету мерзімі бойынша осы артықшылықтарына байланысты 2020–2023 жылдары салынған көптеген заманауи орта кернеулік тарату қондырғылары өшіргіштер үшін вакуумдық технологияны өнеркәсіптік нұсқаулықтарға сәйкес таңдауды бастады. 2022 жылғы алаңдық сынақтары көрсеткендей, бұл өшіргіштер 25 000 циклдан кейін шамамен әрбір мың операцияда бір реттен кем қате жасайды, бұл электр қондырғыларының ұзақ мерзімді жұмыс істеуіне қойылатын жаңа стандартты орнатты.