室内AC高圧真空遮断器の一般的な故障は何ですか
ZN63A 室内交流高圧真空遮断器
ZN63A 室内交流高圧真空遮断器は、三相交流50Hz、12kVの室内装置で、10,000トンの自由鍛造プレスの高圧モーターの起動、停止、制御、保護に使用されます。交流高圧真空遮断器は企業の生産において重要な役割を果たします。その故障を迅速かつ正確に解決し、生産を早く復旧することは企業の発展にとって不可欠です。高圧モーターの起動/停止時に真空遮断器が頻繁に動作すると、電気部品の損傷や機械部品の摩耗が発生し、これが遮断器が正常に閉じられない主な理由となります。このような故障の分析と解決は、企業の生産を確保する上で非常に重要です。
1 交流高圧真空遮断器の動作原理
1.1 消弧室
10,000トン鍛造プレスに使用されるZN63A室内高圧真空遮断器は、セラミック製の真空消弧室を備えています。その可動接点は銅クロム素材で作られたカップ形状の構造を持ち、電気磨耗率が低く、電気寿命が長く、耐電圧レベルが高いです。消弧室内のガス圧が1.33×10⁻³ Pa未満の場合、少なくとも20年間の通常保管の基本要件を満たすことができ、消弧室の動作寿命は遮断器の機械寿命以下ではありません。
1.2 消弧原理
10,000トン鍛造プレスに使用されるZN63A室内高圧真空遮断器が開操作を完了すると、操作機構の作用により可動接点と静止接点が充電され開きます。そして、接点間に真空アークが生成されます。可動接点のカップ形状の構造により、可動接点の隙間に縦磁界が生成されます。この縦磁界は真空アークを拡散状態に保ち、アーク温度を接点面に均等に分布させ、低いアーク電圧を維持します。真空アークは遮断器の縦磁界によって制御されるため、電流遮断能力が強く安定しています。
1.3 動作原理
1.3.1 エネルギー貯蔵動作
高圧スイッチギアのノブを「エネルギー貯蔵」位置に回転させると、エネルギー貯蔵モーターが動作を開始します。エネルギー貯蔵軸上のスプリング吊りクランクアームが時計回りに回転して閉鎖スプリングを伸ばします。閉鎖スプリングが限界位置まで引き伸ばされるとエネルギー貯蔵が完了します。同時に、エネルギー貯蔵軸に連結されたシフトプレートがエネルギー貯蔵インジケータを駆動してエネルギー貯蔵準備完了を示します。このエネルギー貯蔵過程は、遮断器の閉鎖動作の準備を整えるものです（図1参照）。
1.4 遮断器の検査とメンテナンス
1.4.1 日常検査
(1) 高圧真空遮断器の操作機構が正常か、閉鎖表示が正しいか確認します。
(2) すべての連鎖保護および信号リレーが正常に機能しているか確認します。
(3) アンペレージ、ボルトメーター、統合保護、およびすべてのインジケータライトが正常であることを確認します。
1.4.2 定期チェック
(1) 遮断器が運転に入ったら、関連する運転規格に従って定期チェックを行います。
(2) 週次のメンテナンス日に、メインマシンを停止し、高圧キャビネットのノブを「ローカル」に回転させて、遮断器トロリーを「作業位置」から「試験位置」に引き出し、遮断器トロリーの電気的および機械的な部品の完全性を検査します。
(3) すべての部品のボルトの締め付け具合を確認し、緩んでいるボルトがあればすぐに締め直します。エネルギー貯蔵モーター、閉鎖コイル、開放コイルの動作状況を定期的に検査します。
1.4.3 清掃と潤滑
(1) 主設備のメンテナンス中に、遮断器トロリーを「作業位置」から「試験位置」に引き出し、専用の移動カートに引き出して、遮断器を清掃し、絶縁部品および導体部品の表面を清潔に保ちます。
(2) 遮断器の伝動部品にドイツ製の潤滑グリースを塗布します。
(3) 遮断器の接触部品に新しい導電パスタを塗布します。
2 交流高圧真空遮断器の一般的な故障
(1) 正常にエネルギーを貯蔵できない。
原因分析:
(2) 正常にエネルギーを貯蔵できるが、閉鎖できない。
原因分析:
(3) 正常に開放できない。
原因分析:
(4) 遮断器トロリーを押し込むか引き出すことができない。
原因分析:
3 高圧真空遮断器の一般的な故障とメンテナンス事例
WEG 400C/D/E-06 10,000トン鍛造プレスの450 kW 6 kV高圧モーターが正常に起動しなかった。この高圧モーターは高圧ソフトスターターによって起動される。起動前には、メインモーターの高圧キャビネットのノブを「ローカル」から「リモート」位置に回転させる。起動原理は図2に示されている。
診断とトラブルシューティングプロセス
診断によると、起動プロセス中、PLCはモーター起動コマンドをソフトスターターに送信しました。ソフトスターターは閉鎖コマンドを受け取り、リレー制御ボードが計算して、高圧キャビネットに閉鎖コマンドを出力しました。しかし、高圧キャビネットは閉鎖コマンドを実行しませんでした。検査プロセスは以下の通りです：
高圧キャビネットのエネルギー貯蔵インジケータライトが点灯しており、高圧真空遮断器がエネルギーを貯蔵していることを示していました。
マルチメーターを使用して、NARI統合保護装置の端子ln4X1とln4x6間の電圧を測定しました。DC 220 Vであるべきですが、測定結果は正常でした。
トロリー操作位置のインジケータライトを確認しました。点灯しており、高圧真空遮断器が作業位置にあることを示していました。
ノブが「リモート」位置にあり、表示も正しかった。
再びリモート閉鎖を試みましたが、高圧真空遮断器は依然として動作しませんでした。
ノブを「ローカル」に回転させ、トロリーを作業位置から試験位置に移動させました。プラグを取り外し、プラグの端子10#と20#の抵抗を測定しました。これらの端子の抵抗は非常に小さく、通常は12,000 Ωであるべきでしたが、これはロックエレクトロマグネットコイルが焼けていることを示していました。
試験位置でまずエネルギー貯蔵を行い、S1マイクロスイッチを測定しました。これは正常に動作していました。
試験位置でまずエネルギー貯蔵を行い、ロックコンタクトを手動で閉じました。プラグの端子4#と14#の抵抗を測定すると198 Ωであり、閉鎖コイルが正常であることを示していました。
上記の診断から、ロックエレクトロマグネットコイルの故障により、閉鎖回路が開いており、正常な閉鎖条件を満たせていなかったことがわかりました。ロックコイルを交換した後、トロリーを「作業位置」に押し込み、ノブを「リモート」位置に回転させ、正常に閉鎖し、モーターが正常に起動しました。
故障事例と解決策
(1) 10,000トン鍛造プレスの450 kW 6 kV高圧モーターが正常に起動しなかった。検査では、高圧キャビネットのエネルギー貯蔵インジケータライトが消灯していた。エネルギー貯蔵モーターがスプリングを繰り返しエネルギーを貯蔵しようとしたが、正常にエネルギーを貯蔵できなかった。エネルギー貯蔵ノブを「オフ」に回転させ、「リモート」から「ローカル」に切り替えた。遮断器トロリーを「作業位置」から「試験位置」に引き出して検査した。
エネルギー貯蔵軸のスプリング吊りクランクアームが折れていたことがわかった。エネルギー貯蔵モーターは回転したが、閉鎖スプリングが伸びず、エネルギーを正常に貯蔵できなかった。エネルギー貯蔵軸とスプリング吊りクランクアームを交換した後、エネルギー貯蔵が正常になり、モーターが正常に起動した。
(2) 10,000トン鍛造プレスの450 kW 6 kV高圧モーターが正常に起動しなかった。高圧配電室に入り、高圧キャビネットを検査したところ、エネルギー貯蔵表示が正常だった。10,000トン操作室で閉鎖ボタンを押しても、高圧真空遮断器は依然として正常に閉鎖しなかった。高圧キャビネットのLEDライトの表示によると、高圧真空遮断器は「作業位置」にあり、限界表示も正常だった。
高圧キャビネットのノブを「リモート」から「ローカル」に切り替え、遮断器を「作業位置」から「試験位置」に引き出した。「試験位置」を示す高圧キャビネットのLEDインジケータが点灯した時点で、高圧キャビネットの遮断器室の扉を開け、プラグを取り外し、プラグの端子4#と14#の抵抗を測定した。抵抗値は測定できず、回路が開いていた。マイクロスイッチS1を測定したところ、S1の接点が故障していることがわかった。交換後、遮断器が正常に閉鎖し、高圧モーターが正常に起動した。
(3) 閉鎖後に高圧真空遮断器が再びトリップした。10,000トン鍛造プレスの450 kW 6 kV高圧モーターは、PLCの2つの出力ポイントから出力される。両方の出力ポイントがハイレベルであればモーターが起動し、いずれかまたは両方の出力ポイントがロー levelであれば停止する。診断の結果、PLCの2つのハイレベル出力信号は正常だった。2つのハイレベル信号はVFSソフトスターターのリレーモジュールに送られる。
リレーモジュールは計算を行い、入線遮断器の閉鎖コマンドを入出力モジュールを通じて遮断器に送る。高圧真空遮断器が閉鎖する。VFSの二次周波数変換起動プロセス中、起動電流は1.5Ie、出力起動トルクは90%Teであったが、起動プロセス中の負荷故障により、起動時間が超過し、VFSソフトスターターがトリップ信号を送った。高圧真空遮断器はトリップ信号を受け取り、即座にトリップした。10,000トンポンプステーションに入り、モーターを手動で回転させたところ、モーターが油ポンプを詰まらせていた。モーターと油ポンプは完全に分離された。
モーターの出力軸は手で簡単に回転させることができたが、油ポンプの入力軸は完全に詰まっていた。油ポンプを分解修理し、高圧モーターの出力軸と油ポンプの入力軸のロック装置との接続を復元した。検査後、再起動した。高圧モーターの起動信号は正常で、高圧真空遮断器が正常に閉鎖し、モーターが正常に動作した。この故障は外部負荷の故障により、閉鎖後に高圧真空遮断器が再びトリップし、高圧真空遮断器が正常に動作しなくなったものである。
(4) 閉鎖後に高圧真空遮断器が正常にトリップできない。このような故障が発生すると、通常は電気的なトリップが失敗し、手動でのトリップしかできない。この故障はトリップコイルが焼けたり、回転補助スイッチQFの故障によるものである。この補助スイッチQFには8対の常時開接点と8対の常時閉接点があり、10,000トン鍛造プレスの450 kW 6 kV高圧モーターには16台あり、それに対応する16台の室内交流高圧真空遮断器がある。
使用中に、頻繁な起動と停止により、高圧真空遮断器のさまざまな故障が発生する。故障現象に対して具体的な分析を行い、対象となるメンテナンス戦略を提案し、適切に修復することで、設備利用率を向上させる。
交流高圧真空遮断器の動作状態は、10,000トン鍛造プレスの生産進度に直接影響します。設備の日常的なメンテナンスと故障処理を強化し、故障を分類、分析、整理、まとめることで、故障判定時の故障点の範囲を狭め、故障判定の精度を上げ、メンテナンス効率を改善することができます。メンテナンス時には、精密なメンテナンスを実現し、メンテナンス担当者の労働強度を軽減し、メンテナンス時間を短縮し、設備をより安全かつ経済的に運用することができます。
4. 結論
交流高圧真空遮断器に故障が発生した場合、トラブルシューティングは簡単なものから難易度の高いものへ、電気部分から機械部分へと順に行われます。交流高圧真空遮断器の動作原理と設備の機械構造を理解し、その操作方法と動作順序を把握し、故障現象について十分な調査と分析を行うことで、必ず故障の原因を見つけることができます。検査、修理、トラブルシューティングを行い、高圧真空遮断器の正常な使用を復旧し、企業の正常な生産を確保することができます。
