Анализ и обсъждане на основната ос грешка на вакуумния контактор в механизма EIB

Вакуумен бобинен прекъсвач е вид прекъсвач, в който и аркогасещата среда, и изолиращата среда в празнината между контактите след угасване на дъгата са вакуум. Като защитна и управляваща единица за електроустановки и машини, погонени от електричество, в промишлеността и горнодобивните предприятия, вътрешните високонапрегнати вакуумни прекъсвачи имат разнообразни приложения и могат да бъдат инсталирани в фиксирани шкафове, централни шкафове и двустенни шкафове. Като важна електрическа апаратура сред комутационната апаратурата, високонапрегнатите прекъсвачи са подходящи за места, които изискват често управление при номиналната работна тока или многократно прекъсване на тока на късо съединение.

Тази статия анализира проблема с неверно откриване или затваряне на прекъсвача IEE-Business поради често управление. Чрез експерименти се установява, че причината за неверното откриване или затваряне на прекъсвача е падането на спускащата пружина от дясната страна на главния вал. Предложена е подобрена мярка за монтаж на коригиращи прокладки, за да се осигури нормалната работа на прекъсвача, което има определено референтно значение за безопасността при производството на предприятията.

Структура на вакуумния прекъсвач

Вакуумният прекъсвач се състои основно от компоненти като вакуумна аркогасеща камера, механизъм за управление и опора.

Вакуумна аркогасеща камера

Също известна като вакуумна ключова тръба, работният принцип на вакуумната аркогасеща камера е да използва отличните изолиращи свойства на вакуумната среда в тръбата, позволяващи на средно- и високонапрегнатата верига бързо да угаси дъгата и да прекъсне тока след прекъсване на захранването. Нейната основна структура е следната:

• Герметична изолираща система: Това е затворена съдовидна форма в вакуумна среда, основно съставена от герметична изолираща цилиндрична форма, движеща се покривка, фиксирана покривка и неръждаема гофрирана тръба. За гарантиране на герметичността са необходими стриктни оперативни процеси за герметизиращите съединения. Освен това са необходими материали с много ниска пропускливост на въздух, а количеството отделящ се газ вътре трябва да бъде ограничено до минимална стойност.

• Проводяща система: Състои се основно от фиксиран электрод и движещ се электрод. Фиксиранитеят электрод включва фиксиран контакт, фиксиран проводящ стълб и фиксирана повърхност за течението на дъга, докато движещият се электрод включва движещ контакт, движещ се проводящ стълб и движеща се повърхност за течението на дъга. Видовете конструкции на контактите могат да бъдат приблизително разделени на трансверсален магнитен тип с винтовидна повърхност за течението на дъга, продължителен магнитен тип и цилиндричен тип. Механизъмът за управление кара двата контакта да се затворят чрез движението на движещия се проводящ стълб, по този начин завършвайки свързването на веригата.

• Екранираща система: Състои се основно от екраниращ цилиндър, екранираща покривка и други устройства. Понастоящем обикновено използваните екраниращи покривки включват типове като гофрирана екранираща покривка и основна екранираща покривка около контактите. Основната екранираща покривка може да намали местната полева сила, да подобри равномерността на вътрешното електрическо поле на аркогасещата камера, което е благоприятно за миниатюризирането на вакуумната аркогасеща камера. Едновременно тя предотвратява разпръскването на продуктите на дъгата върху вътрешната стена на изолиращата обвивка по време на процеса на дъга, осигурявайки, че изолиращият ефект на обвивката не е засегнат от разрядването на дъга. Тя също може да абсорбира енергията на дъгата, да кондензира продуктите на дъгата и да ускори възстановяването на диелектричната способност в пространството след дъга.

Механизъм за управление

Различни видове прекъсвачи използват различни механизми за управление. Обикновено използваните механизми за управление включват пружинни механизми, IEE-Business пружинни механизми за съхранение на енергия, CT8 пружинни механизми за съхранение на енергия, CT19 пружинни механизми за съхранение на енергия, CD10 електромагнитни механизми, CD17 електромагнитни механизми и т.н. Сред тях, пружинният механизъм има предимства като малък размер, малка токова величина за затваряне и висока надеждност, и в момента е широко използван в комутационната апаратурата на различни напрежения.

Функция и принцип на вакуумния прекъсвач

Функция и характеристики

При нормални условия на работа, вакуумният прекъсвач, който отговаря на техническите параметри, може да гарантира безопасна и надеждна работа в мрежата на съответното напрежение. Механичният живот на вакуумния прекъсвач е приблизително 20 000 пъти, а броят на прекъсванията на тока на пълна мощност при късо съединение е 50 пъти. Той може да бъде управляем често или да прекъсва тока на късо съединение няколко пъти в рамките на работния ток. Високонапрегнатите вакуумни прекъсвачи имат предимства като висока надеждност, работа през цялата година, без поддръжка, пълна функционалност, добра интероперабилност и силна универсалност, и могат да се прилагат за повторни включвания с различни характеристики. Вакуумните прекъсвачи използват вертикална изолираща цилиндрична форма и твърда изолираща структура - интегрирани твърдо запечатени стълби, които могат да противодействат влиянието на различни специални среди и са без поддръжка. Междувременно, вакуумните прекъсвачи имат множество начини за използване, които могат да бъдат инсталирани на фиксирано място, да се използват по изваждащ начин или да бъдат инсталирани на рама.

Въведение на принципа

Когато движещият се и неподвижният контакт на вакуумния прекъсвач се отворят при зареденост, вакуумна дъга ще се генерира между контактите. Дъгата повишава повърхностната температура на контактите, причинявайки появата на метален пар на повърхността на контактите. На основата на специалната форма на контактите, когато токът минава, под действието на магнитното поле, което генерира, дъгата се движи бързо в допирателната посока на повърхността на контактите. Металният пар и заредените частици в дъгата постоянно се разпростиращат навън, а плътността на металния пар и заредените частици постоянно намалява. Когато дъгата естествено мине през нулата, медиумът между контактите бързо се възстановява от проводник в изолатор, токът се прекъсва и дъгата се угасява.

Обобщение и анализ на причините за дефекта

Анализирайки ситуацията, в която вакуумният прекъсвач не може да се отвори или да се отвори напълно поради често управление, при местна проверка се установява, че болтът в дясната част на главния вал на ключа пада, причинявайки дясната спускаща пружина да падне и да се заключи на главния вал едновременно. Механизмът за спускане зависи само от спускащата пружина от лявата страна на главния вал, което води до непълно откриване на ключа. Макар вероятността за появата на този дефект да е относително малка, неговото появяване все още може да доведе до производствени аварии. Затова е необходимо да се анализират причините за дефекта, да се премахнат потенциалните опасности и да се гарантира безопасното производство.

Решение и план за проверка

Болтовете, които фиксират спускащите пружини от двете страни на главния вал на ключа на механизма IEE-Business, са обикновени болтове + пружинни прокладки (вж. фигура 1). След години често управление на ключа, болтът, фиксиращ спускащата пружина в дясната част на главния вал, пада поради вибрация, причинявайки дясната спускаща пружина да падне и да се заключи на главния вал едновременно. Механизмът за спускане зависи само от спускащата пружина от лявата страна на главния вал, което води до непълно откриване на ключа. По време на местното разследване се установява, че има аксиална дължина разлика от около 4 мм между храпичния вал в дясната част на главния вал и външната обвивка, а капакът е деформиран и вдлъбнат навътре (вж. фигура 2). В отговор на този дефект, тоест, дефектът на прекъсвача, причинен от падането на спускащата пружина поради ослабването на крайния болт на главния вал за затваряне и откриване, за проверка се събира прекъсвач със съответна структура за симулация на дефекта:

Регулирайте аксиалната дължина между храпичния вал в дясната част на главния вал на този симулиран прекъсвач и външната обвивка, за да създадете разстояние от около 4 мм (вж. фигура 3), и използвайте моментен ключ, за да го затянете с момент 45 Нм. Изпратете го в механичната камера за бягане. Началното показание на счетача е 26 пъти, а капакът показва леко вдлъбване след затягане. Процесът е показан на фигура 4.

В резултат, когато зададеният момент е 45 Нм, дори и аксиалната дължина между втулката и храпичния вал да достигне 4 мм и капакът да е деформиран и вдлъбнат, той остава добре фиксиран до повече от 2200 операции. След това се преминава към проверка на втората фаза.

Регулирайте аксиалната дължина между храпичния вал в дясната част на главния вал на този симулиран прекъсвач и външната обвивка, за да създадете разстояние от 4 мм. Използвайте моментен ключ, за да го затянете с момент 35 Нм, и използвайте деформирания и вдлъбнат капак от фаза 1. Означете го с черта. Изпратете го в механичната камера за бягане. Началното показание на счетача е 2252. В резултат, когато моментът е 35 Нм, дори и аксиалната дължина между втулката и храпичния вал да достигне 4 мм и капакът да е деформиран и вдлъбнат, той остава добре фиксиран до повече от 1887 операции. След това се преминава към проверка на третата фаза (вж. фигура 6).

Регулирайте аксиалната дължина между храпичния вал в дясната част на главния вал на този симулиран прекъсвач и външната обвивка, за да създадете разстояние от 4 мм. Използвайте моментен ключ, за да го затянете с момент 20 Нм, и използвайте деформирания и вдлъбнат капак от третата фаза. Означете го с черта. Изпратете го в механичната камера за бягане. Началното показание на счетача е 4139 (вж. фигура 7).

В резултат, когато моментът е 20 Нм, дори и аксиалната дължина между втулката и храпичния вал да достигне 4 мм и капакът да е деформиран и вдлъбнат, той остава добре фиксиран до повече от 1671 операции. След това се преминава към проверка на четвъртата фаза (вж. фигура 8 и фигура 9).

Регулирайте аксиалната дължина между храпичния вал в дясната част на главния вал на този симулиран прекъсвач и външната обвивка, за да създадете разстояние от 4 мм. Използвайте моментен ключ, за да го затянете с момент 10 Нм, и използвайте деформирания и вдлъбнат капак от четвъртата фаза. Означете го с черта. Изпратете го в механичната камера за бягане. Началното показание на счетача е 5810 (вж. фигура 10).

По време на тестовия процес се установява, че когато счетачът достигне 551 операции, капакът започва леко да се върти спрямо началната позиция (вж. фигура 11); когато броят на операциите се увеличи до 820, капакът се върти леко спрямо позицията при 551 операции (вж. фигура 12); когато броят на операциите достигне 1122, спускащата пружина е очевидно разпусната (вж. фигура 13); когато броят на операциите се увеличи до 1261, спускащата пружина пада (вж. фигура 14).

Обобщение на тестовия процес

Проектът на главния вал на механизма IEE-Business е основан на проекта на британска компания IEE. След точното позициониране на кръговите колела, болтовете от двете страни се затягат до зададената стойност на момента. Пружинни прокладки (изработени от пружинна стомана) се използват за предотвратяване на ослабването чрез триене. След сборката, прокладките се изравняват, а тяхната реактивна сила поддържа зажимащата сила и триенето между нишките. Тази конструкция на главния вал и мерките за предотвратяване на ослабването са доказани като надеждни в механични тестове на жизнен цикъл в Института за електроенергийни изследвания (CEPRI).

Ранни проблеми в процеса на сборка на главния вал на механизма IEE

В ранния процес на сборка, работниците трябваше да регулират втулки с различни толеранси, за да балансират размерите, което правеше качеството на сборката несъвместимо и трудно за контрол. След сборката на главния вал на прекъсвача, натрупаните грешки причиняваха аксиални разлики в дължината между вътрешния храпичен вал и външната втулка. Когато болтовете се затягаха до зададената стойност на момента, средата на капаците се вдлъбваше навътре. Тъй като капаците са направени от не-пружинна стомана, те не могат да се възстановят след деформация. Освен това, втулката на главния вал може да кръпи поради удари по време на работа, което може да намалява моментната сила на затягане на болтовете (без явни промени в фиксиращите елементи като болтове и капаците, докато моментът значително се ослаби). Конвенционалното поддържане също трудно прилага достатъчно момент с обикновени ключове. Накрая, когато моментът падне под 10 Нм, капаците се ослабват по-бързо, разрушавайки ефекта на пружинните прокладки за предотвратяване на ослабването.

Подобрен процес

За да се елиминира ослабването на момента, причинено от вдлъбването на капаците, процесът беше коригиран: след общата сборка, коригиращи прокладки се добавят за балансиране. На болтовете се прилага клеенка за фиксиране на нишки, след което се затягат до 45 Нм с моментен ключ. С установените прокладки, вече няма пространство за вдлъбване на капаците навътре. Капаците няма да намаляват моментната сила поради пластично деформиране, осигурявайки стабилна и надеждна работа на прекъсвача през целия му служебен живот при достатъчен момент.

Мерки за корекция

За прекъсвача с този дефект, както е показано на фигура 15, инсталирайте коригиращи прокладки. След изравняване на лицевата повърхност на вътрешния главен вал с външната втулка, заключете го с болтове. Приложете клеенка за фиксиране на нишки на болтовете и използвайте моментен ключ, за да ги затягате до момент 45 Нм.

За да се предотврати появата на такива събития с ниска вероятност, проведете обща инспекция на прекъсвачите, които са въведени в експлоатация, и инсталирайте коригиращи прокладки, за да се гарантира, че прекъсвачите, въведени в експлоатация, могат да работят нормално и надеждно.

Заключение

Тази статия се фокусира върху ситуацията, в която високонапрегнатият вакуумен прекъсвач не може да се отвори правилно. Чрез симулация и експериментална проверка, се анализират причините за падането на спускащата пружина. Установява се, че прокладката на края се деформира поради празнината на главния вал, а след дългосрочно управление, спускащата пружина пада, причинявайки прекъсвача да не може да се отвори. За това се предлага решение, и подробно се демонстрира възможността за изпълнение на решениято. Съответни мерки за корекция се предлагат, за да се елиминира дефектът, да се възстанови нормалното използване на високонапрегнатия вакуумен прекъсвач и да се гарантира нормалното производство на предприятието.