Analyse og diskussion af hovedaksefejl i vakuumkredsløbsbryder i EIB-mekanisme

En vakuumkredsløbsbryder er en type kredsløbsbryder, hvor både buelokationsmidlet og isoleringsmidlet i kloden mellem kontakterne efter buelokation er vakuum. Som et beskyttelses- og styreenhed til strømudstyr og strømdrevet udstyr i industri- og gruvevirksomheder har indendørs AC højspændingsvakuumkredsløbsbrydere mange anvendelsesmuligheder og kan installeres i faste skabe, midtskabe og dobbeltskabe. Som et vigtigt elektrisk udstyr blandt skabekontaktpunkter er højspændingskredsløbsbrydere egnet til steder, der kræver hyppig drift ved nominel arbejdsstrøm eller flere afbrydelser af kortslutningsstrøm.

Denne artikel analyserer problemet med, at IEE-Business vakuumkredsløbsbryderens kontakt ikke åbner eller lukker korrekt på grund af hyppig drift. Gennem eksperimenter er det konstateret, at faldet af løsningen på højresiden af hovedakslen er årsagen til, at kredsløbsbryderen ikke åbner eller lukker korrekt. Der foreslås en forbedring ved installation af justeringsskiplader for at sikre den normale drift af kredsløbsbryderen, hvilket har en vis referencerelateret betydning for virksomheders produktions sikkerhed.

Struktur af vakuumkredsløbsbryder

En vakuumkredsløbsbryder består hovedsageligt af komponenter som en vakuum buelokationskammer, en driftmekanisme og en støtte.

Vakuum Buelokationskammer

Også kendt som en vakuumkontakt, fungerer arbejdsmåden for vakuum buelokationskammeret ved at udnytte den fremragende isoleringsfunktion af vakuummediet indeni røret, hvilket gør, at medium- og højspændingskredsløb hurtigt kan slukke bogen og afbryde strømmen, når strømforsyningen er afbrudt. Dets primære strukturer er følgende:

• Lufttæt Isoleringssystem: Dette er en lukket beholder i et vakuummiljø, primært sammensat af en lufttæt isoleringscylinder, en bevægelig endestykkeplate, en fast endestykkeplate og en rustfrit stålbeløb. For at sikre lufttæthed kræves streng operativ proces for tætningsforbindelser. Desuden er materialer med ekstremt lav luftgennemsigtighed nødvendige, og det interne gasudslip skal også begrænses til et minimum.

• Ledningsystem: Det er primært sammensat af en fast elektrod og en bevægelig elektrod. Den faste elektrod inkluderer en fast kontakt, en fast ledningsstang og en fast buekorrekturflade, mens den bevægelige elektrod inkluderer en bevægelig kontakt, en bevægelig ledningsstang og en bevægelig buekorrekturflade. Kontakstrukturen kan groft opdeles i tvær magnetfelttype med spiralgrovede buekorrekturflader, langs magnetfelttype og cylindertype. Driftmekanismen får de to kontakter til at lukke gennem bevægelsen af den bevægelige ledningsstang, hvilket fuldfører kredsløbsforbindelsen.

• Skjoldesystem: Det er primært sammensat af en skjoldet cylinder, en skjoldede dækning og andre enheder. Nuværende almindelige skjoldede dækninger inkluderer typer som beløbsskjoldede dækninger og hovedskjoldede dækninger omkring kontakterne. Hovedskjoldede dækninger kan reducere lokal feltstyrke, forbedre ligheden af det interne elektriske feltdistribution i buelokationskammeret, hvilket er gunstigt for miniaturisering af vakuum buelokationskammeret. Samtidig kan det forhindre, at bueprodukter sprøjter på indervæggen af isoleringshuset under bueprocessen, hvilket sikrer, at husets isoleringsvirkning ikke påvirkes af bueafgivelse. Det kan også absorbere bueenergi, kondensere bueprodukter og accelerere genoprettelsen af dielektrisk styrke i post-buekloden.

Driftmekanisme

Forskellige typer kredsløbsbrydere bruger forskellige driftmekanismer. Almindelige driftmekanismer inkluderer fjederdriftmekanismer, IEE-Business fjederenergilagringsmekanismer, CT8 fjederenergilagringsmekanismer, CT19 fjederenergilagringsmekanismer, CD10 elektromagnetiske driftmekanismer, CD17 elektromagnetiske driftmekanismer osv. Af disse har fjederdriftmekanismen fordele som lille størrelse, lille lukkestrøm og høj pålidelighed, og den anvendes nu bredt i skabekontaktpunkter af forskellige spændingsniveauer.

Funktion og Princippet bag Vakuumkredsløbsbryder

Funktion og Karakteristika

Under normale driftsbetingelser kan en vakuumkredsløbsbryder, der opfylder tekniske parametergrænser, sikre sin sikre og pålidelige drift i strømnæten af det korrespondende spændingsniveau. Mekanisk levetid for en vakuumkredsløbsbryder er ca. 20.000 gange, og antallet af fuld kapacitet kortslutningsstrømafbrydelser er 50 gange. Den kan drives hyppigt eller afbryde kortslutningsstrøm flere gange inden for arbejdsstrømberegningen. Højspændingsvakuumkredsløbsbrydere har fordele som høj pålidelighed, allevejr drift, vedligeholdelsesfri, fulde funktioner, god byttebarhed, og stærk allsidighed, og kan anvendes til genstart med forskellige karakteristika. Vakuumkredsløbsbrydere anvender en lodret isoleringscylinder og en solid isoleringsstruktur - integrerede solidt-lukket stolpekolonner, som kan modstå indflydelsen af forskellige specielle miljøer og er vedligeholdelsesfrie. Samtidig har vakuumkredsløbsbrydere flere anvendelsesmetoder, de kan installeres på fast måde, bruges på trækbar måde, eller installeret på et ramme.

Principiel Introduktion

Når de bevægelige og statiske kontakter af en vakuumkredsløbsbryder åbnes mens de er opladede, vil der dannes en vakuumbue mellem kontakterne. Bueden øger overfladetemperaturen på kontakterne, hvilket fører til, at metal damp optræder på kontaktfladen. Baseret på den specielle form af kontakterne, når strøm passerer gennem, under virkningen af det magnetfelt, den genererer, bevæger buen hurtigt langs tangentretningen af kontaktfladen. Metal dampen og ladete partikler i buestangen diffuserer konstant udad, og densiteten af metal dampen og ladete partikler fortsætter med at falde. Når bue naturligt passerer nul, genopretter mediet mellem kontakterne hurtigt fra en ledning til en isolator, strømmen bliver afbrudt, og bue slukkes.

Forklaring og Analyse af Fejlårsager

Analyser af situationen, hvor vakuumkredsløbsbryderen ikke åbner eller ikke åbner fuldt ud pga. hyppig drift, viser, at bolten på højresiden af hovedakslen falder af, hvilket fører til, at højresiden af løsningen falder ned og samtidig fastnar på hovedakslen. Mekanismens løsning afhænger kun af løsningen på venstre side af hovedakslen, hvilket resulterer i, at kontakten ikke åbner fuldt ud. Selvom sandsynligheden for, at denne fejl forekommer, er relativt lav, kan dens forekomst stadig føre til produktions-sikkerhedsulykker. Derfor er det nødvendigt at analysere fejlårsager, eliminere potentielle sikkerhedsrisici og sikre sikker produktion.

Løsning og Verifikationsplan

Skruerne, der fastgør løsninger på begge sider af hovedakslen på IEE-Business mekanismens kredsløbsbryder, er almindelige skruer + fjederlock (se figur 1). Efter års hyppig drift falder skruen, der fastgør løsningen på højresiden af hovedakslen, af pga. vibration, hvilket fører til, at højresiden af løsningen falder ned og samtidig fastnar på hovedakslen. Mekanismens løsning afhænger kun af løsningen på venstre side af hovedakslen, hvilket resulterer i, at kontakten ikke åbner fuldt ud. Gennem undersøgelse på stedet er det fundet, at der er en akset længdeforskel på ca. 4 mm mellem splineshaften på højresiden af hovedakslen og yderskallen, og endepladen er deformerede og sunket indad (se figur 2). For at imødekomme denne fejl, nemlig kredsløbsbryderfejl, der skyldes, at løsningen falder af pga. løsningen af endebolten på lukke- og åbningshovedakslen, for at verificere, blev derefter en kredsløbsbryder med en svarende struktur reassembleret for fejlsimulering:

Justér den aksete længde mellem splineshaften på højresiden af hovedakslen på denne simulerede kredsløbsbryder og yderskallen for at oprette en klod på ca. 4 mm (se figur 3), og brug en momentnøgle for at fastgøre den med et moment på 45 Nm. Skub den ind i mekanisk løb-in kammer. Den initielle tellerstand er 26 gange, og endepladen viser en let sunket fenomen efter fastgørelse. Processen vises i figur 4.

I alt, når angivet moment er 45 Nm, selvom den aksete længde mellem skjoldet og splineshaftet når 4 mm og endepladen er deformerede og sunket, forbliver den godt fastgjort indtil mere end 2.200 operationer. Derefter fortsætter det til verifikationen af anden fase.

Justér den aksete længde mellem splineshaften på højresiden af hovedakslen på denne simulerede kredsløbsbryder og yderskallen for at oprette en 4-mm klod. Brug en momentnøgle for at fastgøre den med et moment på 35 Nm, og brug den deformerede og sunkede endeplade fra fase 1. Markér den med en linje. Skub den ind i mekanisk løb-in kammer. Den initielle tellerstand er 2.252. I alt, når momentet er 35 Nm, selvom den aksete længde mellem skjoldet og splineshaftet når 4 mm og endepladen er deformerede og sunket, forbliver den godt fastgjort indtil mere end 1.887 operationer. Derefter fortsætter det til verifikationen af tredje fase (se figur 6).

Justér den aksete længde mellem splineshaften på højresiden af hovedakslen på denne simulerede kredsløbsbryder og yderskallen for at oprette en 4-mm klod. Brug en momentnøgle for at fastgøre den med et moment på 20 Nm, og brug den deformerede og sunkede endeplade fra tredje fase. Markér den med en linje. Skub den ind i mekanisk løb-in kammer. Den initielle tellerstand er 4.139 (se figur 7).

I alt, når momentet er 20 Nm, selvom den aksete længde mellem skjoldet og splineshaftet når 4 mm og endepladen er deformerede og sunket, forbliver den godt fastgjort indtil mere end 1.671 operationer. Derefter fortsætter det til verifikationen af fjerde fase (se figur 8 og figur 9).

Justér den aksete længde mellem splineshaften på højresiden af hovedakslen på denne simulerede kredsløbsbryder og yderskallen for at oprette en 4-mm klod. Brug en momentnøgle for at fastgøre den med et moment på 10 Nm, og brug den deformerede og sunkede endeplade fra fjerde fase. Markér den med en linje. Skub den ind i mekanisk løb-in kammer. Den initielle tellerstand er 5.810 (se figur 10).

Under testprocessen blev det opdaget, at da telleren nåede 551 operationer, begyndte endepladen at rotere let i forhold til den initiale position (se figur 11); da telleren steg til 820 operationer, roterede endepladen let i forhold til positionen ved 551 operationer (se figur 12); da telleren nåede 1.122 operationer, var løsningen synligt løs med blotte øjne (se figur 13); da telleren steg til 1.261 operationer, faldt løsningen af (se figur 14).

Sammenfatning af Testprocessen

Designet af hovedaksel for IEE-Business fjederdriftmekanismen er baseret på designet af belgiske IEE-firma. Efter at cranksarmene er præcist placeret, bliver skruerne på begge sider fastgjort til det angivne momentværdi. Fjederlock (lavet af fjederstål) bruges til anti-loosening via friktion. Efter montering bliver lockene fladt, og deres tilbagekastningskraft opretholder klemmekraft og friktion mellem tråde. Dette hovedakselstrukturdesign og anti-loosening foranstaltninger blev beviset pålidelige i mekaniske livstypeprøver ved Kina Elektricitetsforskningsinstitut (CEPRI).

Tidlige Procesproblemer med IEE-Mekanismens Hovedaksel

I den tidlige monteringsproces skulle arbejdere justere sleever af forskellige toleranser for at balancere dimensioner, hvilket gjorde monteringskvaliteten usammenhængende og vanskelig at kontrollere. Efter at kredsløbsbryderens hovedaksel var monteret, førte akkumulerede fejl til akset længdeforskelle mellem den interne splineshaft og den ydre sleef. Når skruerne blev fastgjort til det angivne moment, ville midten af endepladerne synke indad. Da endepladerne er lavet af ikke-fjederstål elastiske materialer, kan de ikke genvinde formen efter deformation. Desuden kan hovedaksel sleefen glide pga. påvirkninger under drift, hvilket gradvist kan reducere skruens fastgørelsemoment (uden synlige ændringer i fasteningsdele som skruer og endeplader, indtil momentet svækkes betydeligt). Konventionel vedligeholdelse kan også være svær at anvende tilstrækkelig moment med almindelige nøgler. Til sidst, når momentet falder under 10 Nm, vil endepladerne accelerere løsning, hvilket ødelægger fjederlockenes anti-loosening effekt.

Forbedret Proces

For at eliminere moment svækkelse pga. endepladerne synker ind, blev processen justeret: efter samlet montering blev justeringsslids uniformt tilføjet for at balancere. Trådlåseslim blev anvendt på skruer, som derefter blev fastgjort til 45 Nm med en momentnøgle. Med slids installeret, er der ikke længere plads for endepladerne at synke ind. Endepladerne vil ikke gradvist reducere fastgørelsemomentet pga. plastisk deformation, hvilket sikrer stabil og pålidelig drift af kredsløbsbryderen gennem dens serviceperiode under tilstrækkeligt moment.

Korrektionsforanstaltninger

For kredsløbsbryderen med dette fejl, som vist i figur 15, installer justeringsslids. Efter at have justeret endeoverfladen af den interne hovedaksel med den ydre sleef, lås den med skruer. Anvend trådlåseslim på skruerne og brug en momentnøgle for at fastgøre dem til et moment på 45 Nm.

For at forhindre, at sådanne lav sandsynligheds hændelser forekommer, gennemfør en omfattende inspektion af kredsløbsbryderne, der er sat i drift, og installer justeringsslids tilsvarende for at sikre, at de satte i drift kredsløbsbrydere kan arbejde normalt og pålideligt.

Konklusion

Dette dokument fokuserer på situationen, hvor højspændings AC vakuumkredsløbsbryderen ikke åbner korrekt. Gennem simulering, analyse og eksperimentel verifikation analyserer det årsagerne til, at løsningen falder af. Det er fundet, at endepladen deformeres pga. hovedaksel klod, og derefter, efter langvarig lukke- og åbningsvibration, falder løsningen af, hvilket resulterer i, at kredsløbsbryderen ikke kan åbne. For dette er en løsning foreslået, og gennemførligheden af løsningen er detaljeret demonstreret. Tilsvarer korrektionsforanstaltninger er foreslået, for at eliminere fejlen, genskabe den normale brug af højspændingsvakuumkredsløbsbryderen og sikre den normale produktion i virksomheden.