Anàlisi i discussió del defecte de l'eix principal del interruptor de màquina a buit en el mecanisme EIB-Business

Un interruptor de circuito al vacío és un tipus d'interruptor de circuit en el qual tant el medi arc-extingidor com el medi aïllant en l'espai entre els contactes després de l'extinció de l'arc són al vací. Com a unitat de protecció i control per a maquinària elèctrica i equips motos per a empreses industrials i mineres, els interruptors de circuit al vací de corrent alternada d'alta tensió interiors tenen diverses aplicacions i es poden instal·lar en armaris fixos, armaris mitjans i armaris dobles. Com a dispositiu elèctric crucial entre els aparells de maniobra, els interruptors de circuit d'alta tensió són adequats per a llocs que requereixen operació freqüent a la corrent de treball nominal o múltiples interrupcions de la corrent d'arc curt.

Aquest article analitza el problema de que l'interruptor del IEE-Business no s'obre o tanca correctament degut a l'operació freqüent. A través d'experiments, s'ha trobat que la caiguda de la molla de disparador al costat dret de l'eix principal és la causa de que l'interruptor de circuit no s'obre o tanca correctament. Es proposa una mesura d' millora de l'instal·lació de xapes d'ajustament per assegurar el funcionament normal de l'interruptor de circuit, el qual té certa importància de referència per a la construcció segura de la producció empresarial.

Estructura de l'interruptor de circuit al vací

Un interruptor de circuit al vací consta principalment de components com la cambra d'extinció d'arc al vací, el mecanisme d'operació i el suport.

Cambre d'extinció d'arc al vací

També conegut com a tub de commutació al vací, el principi de funcionament de la cambra d'extinció d'arc al vací és utilitzar la excel·lent propietat aïllant del medi al vací dins del tub, permetent que el circuit de mitja i alta tensió extingui ràpidament l'arc i talli la corrent després de tallar l'alimentació. Les seves principals estructures són les següents:

• Sistema d'aïllament hermètic: És un recipient tancat en un entorn al vací, compost principalment per un cilindre d'aïllament hermètic, una placa de cobertura mòbil, una placa de cobertura fixa i un bellows d'acer inoxidable. Per assegurar l'estanquitat, són necessaris processos d'operació estrictes per a les juntes d'estanquitat. A més, són necessaris materials amb permeabilitat d'aire extremadament baixa, i la quantitat de gas liberat internament també ha de ser limitada a un valor mínim.

• Sistema conductor: Està compost principalment per un electrodo fix i un electrodo mòbil. L'electrodo fix inclou un contacte fix, un conductiu fix i una superfície de curs d'arc fixa, mentre que l'electrodo mòbil inclou un contacte mòbil, un conductiu mòbil i una superfície de curs d'arc mòbil. Els tipus de estructura de contacte es poden dividir aproximadament en el tipus de camp magnètic transversal amb una superfície de curs d'arc de ranura espiral, el tipus de camp magnètic longitudinal i el tipus cilíndric. El mecanisme d'operació fa que els dos contactes es tanquin a través del moviment del conductiu mòbil, completant així la connexió del circuit.

• Sistema de blindatge: Està compost principalment per un cilindre de blindatge, una coberta de blindatge i altres dispositius. Actualment, les cobertes de blindatge més utilitzades inclouen tipus com la coberta de blindatge de bellows i la coberta de blindatge principal que envolta els contactes. La coberta de blindatge principal pot reduir la intensitat de camp local, millorar la uniformitat de la distribució del camp elèctric intern de la cambra d'extinció d'arc, el que és favorable a la miniaturització de la cambra d'extinció d'arc al vací. Alhora, pot prevenir que els productes d'arc salpiquin a la paret interna de la carcassa aïllant durant el procés d'arc, assegurant que l'efecte aïllant de la carcassa no estigui afectat per la descàrrega d'arc. També pot absorir energia d'arc, condensar productes d'arc i accelerar la recuperació de la resistència dielèctrica en l'interval post-arc.

Mecanisme d'operació

Diferents tipus d'interruptors de circuit utilitzen diferents mecanismes d'operació. Els mecanismes d'operació més utilitzats inclouen mecanismes d'operació de molla, mecanismes d'operació d'emmagatzematge d'energia de molla IEE-Business, mecanismes d'operació d'emmagatzematge d'energia de molla CT8, mecanismes d'operació d'emmagatzematge d'energia de molla CT19, mecanismes d'operació electromagnètics CD10, mecanismes d'operació electromagnètics CD17, etc. D'entre ells, el mecanisme d'operació de molla té les avantatges de petita mida, corrent de tanca petita i alta fiabilitat, i actualment es fa servir amplament en aparells de maniobra de diferents nivells de tensió.

Funció i principi de l'interruptor de circuit al vací

Funció i característiques

En condicions normals d'operació, un interruptor de circuit al vací que compleixi el rang de paràmetres tècnics pot assegurar la seva operació segura i fiable en la xarxa elèctrica del nivell de tensió corresponent. La vida útil mecànica d'un interruptor de circuit al vací és d'aproximadament 20.000 vegades, i el nombre d'interrupcions de corrent d'arc curt a capacitat total és de 50 vegades. Pot ser operat freqüentment o interrompre la corrent d'arc curt múltiples vegades dins del rang de corrent de treball. Els interruptors de circuit d'alta tensió al vací tenen les avantatges de gran fiabilitat, operació tot l'any, sense manteniment, funcions completes, bona intercanviabilitat i forta versatilitat, i es poden aplicar a operacions de recobriment amb diverses característiques. Els interruptors de circuit al vací adopten un cilindre d'aïllament vertical i una estructura integrada de pòles solidificats, que pot resistir l'influència de diversos entorns especials i no requereix manteniment. Alhora, els interruptors de circuit al vací tenen múltiples formes d'ús, que poden ser instal·lats de manera fixa, utilitzats de manera extractable o instal·lats en un bastidor.

Introducció del principi

Quan els contactes mòbils i fixos d'un interruptor de circuit al vací s'obre carregats, es generarà un arc al vací entre els contactes. L'arc augmenta la temperatura superficial dels contactes, causant l'aparició de vapor metàl·lic a la superfície dels contactes. Basant-se en la forma especial dels contactes, quan la corrent passa, sota l'acció del camp magnètic que genera, l'arc es mou ràpidament en la direcció tangent de la superfície dels contactes. El vapor metàl·lic i les partícules carregades a la columna d'arc es difonen contínuament cap a fora, i la densitat del vapor metàl·lic i les partícules carregades continua disminuint. Quan l'arc passa naturalment per zero, el medi entre els contactes es recupera ràpidament d'un conductor a un aïllant, la corrent es talla, i l'arc s'extingeix.

Resum i anàlisi de la causa de l'error

Analitzant la situació en què l'interruptor de circuit al vací no s'obre o no s'obre completament degut a l'operació freqüent, la inspecció in situ revela que el torniller al final dret de l'eix principal de l'interruptor cau, provocant que la molla de disparador dreta caigui i quedi enganxada a l'eix principal al mateix temps. El mecanisme de disparador només depèn de la molla de disparador a l'esquerra de l'eix principal, resultant que l'interruptor no s'obre completament. Encara que la probabilitat d'ocurrència d'aquest error és relativament petita, encara pot conduir a accidents de seguretat en la producció. Per tant, és necessari analitzar la causa de l'error, eliminar els perills potencials i assegurar la producció segura.

Solució i pla de verificació

Els tornillers que fixen les muelles de disparador als dos costats de l'eix principal de l'interruptor del mecanisme IEE-Business són tornillers normals + rondelles de molla (vegeu Figura 1). Després de nombroses operacions d'interruptor a lo llarg dels anys, el torniller que fixa la molla de disparador al costat dret de l'eix principal cau a causa de la vibració, provocant que la molla de disparador dreta caigui i quedi enganxada a l'eix principal al mateix temps. El mecanisme de disparador només depèn de la molla de disparador a l'esquerra de l'eix principal, resultant que l'interruptor no s'obre completament. A través de la investigació in situ, es troba que hi ha una diferència de longitud axial d'aproximadament 4 mm entre el canell dret de l'eix principal i la carcassa exterior, i la tapa final s'ha deformat i hauria enfonçat cap a dins (vegeu Figura 2). En resposta a aquest error, és a dir, l'error de l'interruptor de circuit causat per la caiguda de la molla de disparador a causa de l'aflojament del torniller final de l'eix principal de tanca i obre, per verificar, s'assembla un interruptor de circuit amb una estructura corresponent per a la simulació de l'error:

Ajusteu la longitud axial entre el canell dret de l'eix principal d'aquest interruptor de circuit simulat i la carcassa exterior per crear un espai d'aproximadament 4 mm (vegeu Figura 3), i utilitzeu una clau dinamomètrica per apretar-lo amb un moment de 45 Nm. Introdueixi-ho a la cambra de rodament mecànic per al rodament mecànic. La lectura inicial del comptador és de 26 vegades, i la tapa final mostra un fenomen lleuger d'enfonsament després d'apretar. El procés es mostra a la Figura 4.

En conclusió, quan el moment especificat és de 45 Nm, fins i tot si la longitud axial entre la màniga de l'eix i el canell d'engranatge arriba a 4 mm i la tapa final està deformada i enfonçada, roman ben fixada fins a més de 2.200 operacions. Aleshores, procedeix a la verificació de la segona etapa.

Ajusteu la longitud axial entre el canell dret de l'eix principal d'aquest interruptor de circuit simulat i la carcassa exterior per crear un espai de 4 mm. Utilitzeu una clau dinamomètrica per apretar-lo amb un moment de 35 Nm, i utilitzeu la tapa final deformada i enfonçada de la primera etapa. Marqueu-la amb una línia de traçat. Introdueixi-ho a la cambra de rodament mecànic per al rodament mecànic. La lectura inicial és de 2.252. En resum, quan el moment és de 35 Nm, fins i tot si la longitud axial entre la màniga de l'eix i el canell d'engranatge arriba a 4 mm i la tapa final està deformada i enfonçada, roman ben fixada fins a més de 1.887 operacions. Aleshores, procedeix a la verificació de la tercera etapa (vegeu Figura 6).

Ajusteu la longitud axial entre el canell dret de l'eix principal d'aquest interruptor de circuit simulat i la carcassa exterior per crear un espai de 4 mm. Utilitzeu una clau dinamomètrica per apretar-lo amb un moment de 20 Nm, i utilitzeu la tapa final deformada i enfonçada de la tercera etapa. Marqueu-la amb una línia de traçat. Introdueixi-ho a la cambra de rodament mecànic per al rodament mecànic. La lectura inicial és de 4.139 (vegeu Figura 7).

En conclusió, quan el moment és de 20 Nm, fins i tot si la longitud axial entre la màniga de l'eix i el canell d'engranatge arriba a 4 mm i la tapa final està deformada i enfonçada, roman ben fixada fins a més de 1.671 operacions. Aleshores, procedeix a la verificació de la quarta etapa (vegeu Figura 8 i Figura 9).

Ajusteu la longitud axial entre el canell dret de l'eix principal d'aquest interruptor de circuit simulat i la carcassa exterior per crear un espai de 4 mm. Utilitzeu una clau dinamomètrica per apretar-lo amb un moment de 10 Nm, i utilitzeu la tapa final deformada i enfonçada de la quarta etapa. Marqueu-la amb una línia de traçat. Introdueixi-ho a la cambra de rodament mecànic per al rodament mecànic. La lectura inicial és de 5.810 (vegeu Figura 10).

Durant el procés de prova, es va trobar que quan el comptador arribava a 551 operacions, la tapa final començava a girar lleugerament respecte a la posició inicial (vegeu Figura 11); quan la lectura augmentava a 820 operacions, la tapa final girava lleugerament respecte a la posició a 551 operacions (vegeu Figura 12); quan la lectura arribava a 1.122 operacions, la molla de disparador estava visiblement aflojada a simple vista (vegeu Figura 13); quan la lectura augmentava a 1.261 operacions, la molla de disparador caigui (vegeu Figura 14).

Resum del procés de prova

El disseny de l'eix principal del mecanisme d'operació de molla IEE-Business es basa en el disseny de la companyia belga IEE. Un cop els volants estan posicionats amb precisió, els tornillers als dos costats s'apreten al valor de moment especificat. S'utilitzen rondelles de molla (fabricades amb acer de molla) per a la anti-aflojament a través de la fricció. Després de l'ensamblatge, les rondelles es comprimeixen, i la força de reboteig manté la força de compressió i la fricció entre els fils. Aquest disseny de l'eix i les mesures d'anti-aflojament van ser demostrades com fiables en proves de tipus de vida útil mecànica al Institut de Recerca Elèctrica de Xina (CEPRI).

Problemes iniciaux del procés de l'eix del mecanisme IEE-Business

En el procés d'ensamblatge inicial, els treballadors havien de ajustar mànsulas de diferents graus de tolerància per a equilibrar les dimensions, fent que la qualitat de l'ensamblatge fos inconsistente i difícil de controlar. Després de l'ensamblatge de l'eix principal de l'interruptor de circuit, els errors acumulatius causaven desviacions de longitud axial entre l'engranatge intern i la mànsula externa. Quan els tornillers s'apretaven al moment especificat, el mig de les tapes finals s'enfonsaven cap a dins. Ja que les tapes finals estan fabricades amb materials elàstics no de ferro de molla, no poden recuperar-se després de la deformació. A més, la mànsula de l'eix podria créixer per a causa dels impactes durant l'operació, el que podria reduir gradualment el moment d'apretat dels tornillers (sense canvis evidents en elements com els tornillers i les tapes finals fins que el moment s'afalla significativament). La manutenició convencional també té dificultats per aplicar suficient moment amb claus ordinàries. Finalment, quan el moment cau per sota de 10 Nm, les tapes finals acceleren l'aflojament, destruint l'efecte d'anti-aflojament de les rondelles de molla.

Procés millorat

Per a eliminar l'afallament de moment causat pel enfonsament de les tapes finals, el procés es va ajustar: després de l'ensamblatge general, s'afegeixen uniformement xapes d'ajustament per a l'equilibri. S'aplica adhesiu de bloqueig de fil a los tornillers, que s'apreten a 45 Nm amb una clau dinamomètrica. Amb les xapes instal·lades, ja no hi ha espai per a que les tapes finals s'enfonsin cap a dins. Les tapes finals no reduiran gradualment el moment d'apretat a causa de la deformació plàstica, assegurant una operació estable i fiable de l'interruptor de circuit a lo llarg de la seva vida útil amb un moment suficient.

Medides de rectificació

Per a l'interruptor de circuit amb aquest error, com es mostra a la Figura 15, s'instal·len xapes d'ajustament. Després d'alignar la cara final de l'eix principal intern amb la mànsula exterior, s'enganxa amb tornillers. S'aplica adhesiu de bloqueig de fil als tornillers i s'utilitza una clau dinamomètrica per apretar-los a un moment de 45 Nm.

Per a prevenir l'ocurrència d'aquests esdeveniments de baixa probabilitat, realitzeu una inspecció completa dels interruptors de circuit que s'han posat en funcionament, i instal·leu xapes d'ajustament en consecúncia per assegurar que els interruptors de circuit posats en funcionament puguin funcionar normalment i de manera fiable.

Conclusió

Aquest article es centra en la situació en què l'interruptor de circuit al vací d'alta tensió de corrent alternada no s'obre correctament. Mitjançant l'anàlisi de simulació i la verificació experimental, s'analitzen les causes de la caiguda de la molla de disparador. Es troba que la guarnició final es deforma a causa de l'espai de l'eix principal, i després, després de vibracions prolongades de tanca i obre, la molla de disparador cau, resultant que l'interruptor de circuit no pugui obrir. Per a això, es proposa una solució, i es demostren detalladament la viabilitat de la solució. Es presenten medides de rectificació corresponents, així com per a eliminar l'error, restaurar l'ús normal de l'interruptor de circuit al vací d'alta tensió, i assegurar la producció normal de l'empresa.