Если ВДК (вакуумные дугогасительные камеры) происходит потеря вакуума, то несколько рабочих положений должны быть рассмотрены:
1. Выключатель отключен
2. При включении
3. Когда выключатель включен и работает нормально
4. Когда выключатель включен и ВДК неисправна.
Случаи 1, 2 и 3 относительно просты. Как правило, система не имеет последствий от потери вакуума в такой ситуации. Однако случаи 4 и 5 требуют дальнейшего обсуждения. Предположим, что имеется высоковольтный выключатель с вакуумной дугогасительной камерой который имеет потери вакуума на этапе 3. Если загрузка обслуживается дугогасительной камерой, вышедшей из строя в сети по схеме треугольника с незаземленной нейтралью, то операции переключения не приведут в результате к неудаче. По большому счету, ничего не произойдет. Две неповрежденные фазы (1 и 2 фазы в данном случае) были бы в состоянии разорвать цепь, и ток в неисправной дугогасительной камере (3 фаза) прекратился бы.
Другой случай с заземленной нейтралью – представляет собой иную ситуацию. В этом случае, отключение в двух неповрежденных фазах (фаза 1 и фаза 2) не прекратило бы ток в 3 фазе, и дуга продолжила бы гореть в ней. Не имея ничего, чтобы остановить это, этот ток продолжился бы до тех пор, пока не сработала бы резервная защита. Результатом, конечно, будет повреждение дугогасительной камеры.
С тех пор как стало преобладать использование вакуумных выключателей в диапазоне 6-10 кВ с заземлением нейтрали, несколько лет назад мы стали исследовать в лабораторных тестированиях влияние неисправной дугогасительной камеры. Мы намеренно вызвали потерю вакуума в ВДК, открыв клапан. Тогда мы подвергли выключатель полному короткому замыканию. Как и ожидалось, дугогасительная камера неудачно разорвала цепь, и была разрушена. Лабораторный резервирующий выключатель отключил повреждение. После испытания, выключатель был удален из отсека распределительного устройства. Он был очень закопченный, но механически неповрежденный. Копоть была очищена с выключателя и с отсеков распределительного устройства, неисправная дугогасительная камера была заменена, и выключатель был снова вставлен в отсек. Далее, после перерыва после короткого замыкания в тот же день были проведены тестирования выключателя.
Имеющийся опыт в годы, прошедшие с момента проведения испытания, подтверждает информацию, приобретенную в лабораторных исследованиях. Один из наших клиентов, крупный химический деятель, столкнулся с отдельными отказами (один с воздушным магнитным выключателем, и один с вакуумным выключателем) на определенной конфигурации цепи. Были задействованы две разные установки в двух разных странах. Они распределили общую схему конфигурации и метод сбоя. Конфигурации цепи, звеньям цепи, в которой источники на каждой стороне от выключателя не были синхронными, придали, приблизительно, удвоенное номинальное напряжение через разрыв контакта, который привел к сбою выключателя. Поскольку эти отказы, происходили в результате заявления о нарушении директив стандартов ANSI и в преувеличении оценок проекта выключателя, они не являются показателями проблем с оборудованием в проекте.
Тем не менее, повреждение, приведшее к неудаче, вызвало интерес. В случае воздушного магнитного выключателя часть корпуса неисправного выключателя была разрушена, и смежные с ним части распределительного устройства обеих сторон были обширно повреждены, требуя существенного восстановления. Воздушный магнитный выключатель был полностью утрачен. В случае вакуумного выключателя, повреждения были минимальными. Вакуумные дугогасительные камеры были заменены, и побочный продукт гашения дуги (сажа) были вычищены и из выключателей и из отсеков. Устройство была возвращено обратно в эксплуатацию. Опыт наших испытаний в лаборатории, где мы регулярно исследовали пределы производительности дугогасительной камеры, также подтверждает эти результаты. Еще недавно, несколько испытаний проводились в нашей высокомощной испытательной лаборатории, чтобы сравнить результаты попытки дугогашения с «дырявой» вакуумной дугогасительной камерой. Маленькое отверстие (примерно 1/8" в диаметре) было просверлено в корпусе дугогасительной камеры для имитации ВДК, которая теряет вакуум
Результаты этих испытаний были очень интересными:
Один полюс вакуумного выключателя был подвергнут попытке отключения в1310А (номинальное значение постоянного тока = 1250А). Току позволили течь в "неудачной" дугогасительной камере до 2.06 секунд, в течение которых лабораторный выключатель сработал. Никакие части «неудачного» выключателя или дугогасительной камеры не отлетели и при этом выключатель не взрывался. Краска на наружной поверхности ВДК отшелушилась. Остальная часть выключателя не была повреждена.
Второй же полюс из того же самого вакуумного выключателя был подвергнут попытке отключения в 25 кА (номинальное значение переменного тока = 25 кА), для продления дуги на 0.60 секунд, с лабораторным выключателем ВДК, прерывающим поток за это время. Дуга прожгла отверстие в боку дугогасительной камеры. Выключатель не взрывался, и части выключателя не вылетели. Раскаленные частицы были выброшены через отверстие в дугогасительной камере. Ни один из механических составляющих дугогасительной камеры не были повреждены. По существу, весь ущерб был заключен в поврежденной дугогасительной камере, только не на землю.
Наш опыт показывает, довольно ярко, что последствия сбоя вакуумной дугогасительной камеры на оборудование являются незначительными по сравнению с последствиями сбоев с альтернативными перерыва технологий. Но реальный вопрос состоит не в том, что результаты не могли бы быть, а, скорее, какова вероятность сбоя? Процент сбоев вакуумных выключателей Siemens является настолько низким, что потеря вакуума не является серьезной проблемой.
В начале 1960-х годов с первыми вакуумными дугогасительными камерами это было большой проблемой. Вакуумные дугогасительные камеры были созданы с соединениями между разнородными материалами, сделанными припоем, или сварки. Никаких органических материалов не использовалось. Годами ранее, многими использовались ручные производственные методы, особенно, когда боросиликатное стекло было использовано для изоляции оплетки, которая не выносит высоких температур. Сегодня, механическая сварка и комплектация индукции пайкой твердым припоем печи используются с крайне строгим процессом управления. Единственной подвижной частью внутри дугогасительной камеры является медный контакт, который соединен с концевой пластинкой вакуумных дугогасительных камер сваркой мембраны из нержавеющей стали. Так как мембраны приваривают и оба контакта и концевую пластинку ВДК, то вероятность неисправности этого подвижного соединения крайне низка. Это обеспечивает высокую надежность ВДК Siemens на нынешний день.
Фактически, MTTF (среднее время работы без сбоев) вакуумной дугогасительной камеры Siemens теперь достигает 24 000 циклов. Вопросы, поднятые клиентами в отношении потери вакуума, были понятным беспокойством в 1960-х годах, когда использование ВДК для снабжения энергией было в зачаточном состоянии. В то время, вакуумные дугогасительные камеры страдали от частых утечек, и перенапряжение было проблемой. Тогда существовала только одна фирма, которая предлагала вакуумные выключатели и то, и доклады свидетельствуют о том, что у них было много проблем. Мы нашли данные о вакуумном выключателе на рынке в 1974 года, использующем технологии Аллис-Чалмерс и контакты из медь-висмута. В начале 1980-х годов, после становления частью мировой организации Siemens, мы смогли преобразовать наши вакуум-конструкции для использования ВДК Siemens, которые были введены в Европе в середине 1970-х годов. Таким образом, когда мы приняли ВДК Siemens в США, они уже имели утвержденную область результативного применения.
Концепция принципиальных различий современных вакуумных дугогасительных камер от более ранних моделей1960-х годов состоят в соединении материала и процессе управления. Точно так же утечками было более трудно управлять в ВДК, построенными в значительной степени вручную, в сравнении с сегодняшними моделями. Сегодня, большое внимание уделяется процессу управления и исключения "человеческого фактора" (изменчивости) в производстве. Результатом является то, что вакуумные дугогасительные камеры Siemens, как и ожидалось, имеет долгий срок службы и распределяет диэлектрическое напряжение на зарядное устройство, которое не отличается существенно от напряжений, связанных с традиционными воздушными магнитными или масляными выключателями.