تحلیل و بحث درباره خرابی محور اصلی کلاهک خلاء در مکانیسم EIB-Business

قطع کننده خلاء نوعی از قطع کننده ها است که هم مedium خاموش سازی قوس الکتریکی و هم مedium عایق در فاصله بین تماس ها پس از خاموش شدن قوس، خلاء می باشد. به عنوان واحد حفاظت و کنترل برای تجهیزات برقی و تجهیزات موتوری در شرکت های صنعتی و معادن، قطع کننده های خلاء داخلی با جریان بالا AC دارای کاربردهای متنوعی هستند و می توانند در کابینتهای ثابت، کابینتهای میانی و کابینتهای دو لایه نصب شوند. به عنوان یک دستگاه برقی مهم در میان دستگاه های توزیع برق، قطع کننده های خلاء با جریان بالا برای مکان هایی مناسب هستند که نیاز به عملیات مکرر در جریان کاری اسمی یا قطع چندین بار جریان کوتاه مداری دارند.

این مقاله مشکل عدم باز شدن یا بسته شدن صحیح قطع کننده خلاء EIB را به دلیل عملیات مکرر تحلیل می کند. با تجربیات آزمایشی، مشخص شد که سقوط فنر قطع سمت راست محور اصلی دلیل عدم باز شدن یا بسته شدن صحیح قطع کننده است. راه حلی برای نصب پلاک های تنظیم ارائه شده است تا عملکرد طبیعی قطع کننده تضمین شود، که دارای اهمیت مرجعی برای ساخت ایمن تولید شرکت ها است.

ساختار قطع کننده خلاء

قطع کننده خلاء عموماً از اجزایی مانند دیواره خاموش سازی قوس خلاء، مکانیسم عملیاتی و پشتیبان تشکیل شده است.

دیواره خاموش سازی قوس خلاء

به عنوان یک لوله سوئیچ خلاء نیز شناخته می شود، اصل کار دیواره خاموش سازی قوس خلاء استفاده از خاصیت عایق بندی عالی محیط خلاء داخل لوله است که اجازه می دهد مدارهای متوسط و بالا- ولتاژ بعد از قطع تغذیه به سرعت قوس را خاموش کرده و جریان را قطع کنند. ساختارهای اصلی آن به شرح زیر است:

• سیستم عایق بندی محکم: این یک ظرف بسته در محیط خلاء است که عموماً شامل استوانه عایق بندی محکم، صفحه پوشش متحرک، صفحه پوشش ثابت و زنگوله ناپدرآوری است. برای تضمین محکم بودن، نیاز به فرآیندهای کاری دقیق برای مفاصل بسته شده است. علاوه بر این، موادی با نفوذ هوای بسیار کم نیاز است و مقدار آزادسازی گاز داخلی نیز باید به حداقل مقدار محدود شود.

• سیستم هدایت: این سیستم عموماً از الکترود ثابت و الکترود متحرک تشکیل شده است. الکترود ثابت شامل تماس ثابت، میله هدایت ثابت و سطح حرکت قوس ثابت است، در حالی که الکترود متحرک شامل تماس متحرک، میله هدایت متحرک و سطح حرکت قوس متحرک است. انواع ساختار تماس به طور کلی می توانند به سه نوع تقسیم شوند: نوع میدان مغناطیسی عرضی با سطح حرکت قوس دارای لوله پیچ خورد، نوع میدان مغناطیسی طولی و نوع استوانه ای. مکانیسم عملیاتی با حرکت میله هدایت متحرک دو تماس را به هم متصل می کند و بدین ترتیب اتصال مدار را انجام می دهد.

• سیستم محافظ: این سیستم عموماً از استوانه محافظ، غلاف محافظ و دستگاه های دیگر تشکیل شده است. غلاف های محافظ رایج فعلی شامل انواعی مانند غلاف محافظ زنگوله ای و غلاف محافظ اصلی که تماس ها را احاطه می کند. غلاف محافظ اصلی می تواند شدت محلی میدان را کاهش دهد، یکنواختی توزیع میدان الکتریکی داخل دیواره خاموش سازی قوس را بهبود بخشد که موجب کوچک شدن دیواره خاموش سازی قوس خلاء می شود. همزمان می تواند جلوگیری از پاشیدن محصولات قوس به دیواره داخلی پوشش عایق در طول فرآیند قوس الکتریکی کند، تا اطمینان حاصل شود که اثر عایق بندی پوشش تحت تاثیر خروجی قوس الکتریکی تاثیر نمی بیند. همچنین می تواند انرژی قوس را جذب کند، محصولات قوس را تراکم دهد و بازیابی مقاومت دی الکتریک در فاصله پس از قوس را تسهیل کند.

مکانیسم عملیاتی

قطع کننده های مختلف از مکانیسم های عملیاتی متفاوت استفاده می کنند. مکانیسم های عملیاتی رایج شامل مکانیسم های عملیاتی فنری، مکانیسم های ذخیره انرژی فنری IEE-Business، مکانیسم های ذخیره انرژی فنری CT8، مکانیسم های ذخیره انرژی فنری CT19، مکانیسم های عملیاتی الکترومغناطیسی CD10، مکانیسم های عملیاتی الکترومغناطیسی CD17 و غیره می باشند. در میان آنها، مکانیسم عملیاتی فنری دارای مزایایی مانند حجم کم، جریان بسته کوچک و قابلیت اطمینان بالا است و در حال حاضر در تجهیزات توزیع برق با سطوح ولتاژ مختلف به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد.

کارکرد و اصل قطع کننده خلاء

کارکرد و ویژگی ها

در شرایط عملیاتی عادی، قطع کننده خلاء که در محدوده پارامترهای فنی قرار دارد می تواند عملکرد ایمن و قابل اعتماد خود را در شبکه برق سطح ولتاژ متناظر تضمین کند. عمر مکانیکی یک قطع کننده خلاء تقریباً ۲۰,۰۰۰ بار است و تعداد قطع جریان کوتاه مداری با ظرفیت کامل ۵۰ بار است. می تواند در محدوده جریان کاری مکرراً عملیاتی انجام دهد یا چندین بار جریان کوتاه مداری را قطع کند. قطع کننده های خلاء با جریان بالا دارای مزایای قابلیت اطمینان بالا، عملکرد تمام آب و هوا، بدون نیاز به نگهداری، کارکردهای کامل، تبادل پذیری خوب و کاربردی بودن قوی هستند و می توانند برای عملیات دوباره با ویژگی های مختلف استفاده شوند. قطع کننده های خلاء از استوانه عایق بندی عمودی و ساختار عایق بندی جامد - ستون های جامد بسته شده استفاده می کنند که می توانند تأثیر محیط های خاص مختلف را مقاومت کرده و بدون نیاز به نگهداری باشند. همچنین قطع کننده های خلاء دارای روش های استفاده چندگانه هستند که می توانند به صورت ثابت نصب شوند، به صورت قابل خروج استفاده شوند یا روی قاب نصب شوند.

معرفی اصل

هنگامی که تماس های متحرک و ثابت یک قطع کننده خلاء در حالت بارگیری باز می شوند، یک قوس خلاء بین تماس ها ایجاد می شود. قوس دما سطح تماس را افزایش می دهد و باعث ظهور بخار فلزی روی سطح تماس می شود. بر اساس شکل خاص تماس ها، وقتی جریان عبور می کند، تحت تأثیر میدان مغناطیسی که تولید می کند، قوس به سرعت در جهت مماس سطح تماس حرکت می کند. بخار فلزی و ذرات باردار در ستون قوس به طور مداوم به بیرون پخش می شوند و چگالی بخار فلزی و ذرات باردار به طور مداوم کاهش می یابد. وقتی قوس به طور طبیعی از صفر عبور می کند، مedium بین تماس ها به سرعت از رسانا به عایق تبدیل می شود، جریان قطع می شود و قوس خاموش می شود.

خلاصه و تحلیل علت خطا

تحلیل وضعیتی که قطع کننده خلاء به دلیل عملیات مکرر نمی تواند باز شود یا به طور کامل باز شود، بازرسی محلی نشان می دهد که پیچ در سمت راست محور اصلی سوئیچ جدا شده است، که باعث سقوط فنر قطع سمت راست و گیر کردن آن روی محور اصلی می شود. مکانیسم قطع تنها به فنر قطع سمت چپ محور اصلی متکی است، که باعث نمی شود سوئیچ به طور کامل باز شود. اگرچه احتمال وقوع این خطا نسبتاً کم است، اما وقوع آن ممکن است به حوادث ایمنی تولید منجر شود. بنابراین، لازم است علت خطا را تحلیل کرده، خطرات احتمالی را حذف کرده و ایمنی تولید را تضمین کنیم.

راه حل و برنامه تأیید

پیچ های ثابت کننده فنرهای قطع در دو سمت محور اصلی سوئیچ مکانیسم EIB پیچ های معمولی + واشر فنر (به شکل ۱) هستند. پس از سال های عملیات مکرر سوئیچ، پیچ ثابت کننده فنر قطع سمت راست محور اصلی به دلیل ارتعاش جدا می شود، که باعث سقوط فنر قطع سمت راست و گیر کردن آن روی محور اصلی می شود. مکانیسم قطع تنها به فنر قطع سمت چپ محور اصلی متکی است، که باعث نمی شود سوئیچ به طور کامل باز شود. با بررسی محلی، مشخص شد که تفاوت طول محوری حدود ۴ میلی متر بین دانته سمت راست محور اصلی و پوشش خارجی وجود دارد و پوشش انتهایی تغییر شکل داده و به داخل فرو رفته است (به شکل ۲). در پاسخ به این خطا، یعنی خرابی قطع کننده به دلیل سقوط فنر قطع به دلیل سست شدن پیچ انتهای محور اصلی قطع و بسته شدن، برای تأیید، یک قطع کننده با ساختار متناظر دوباره مونتاژ شده و شبیه سازی خطا انجام می شود:

طول محوری بین دانته سمت راست محور اصلی این قطع کننده شبیه سازی شده و پوشش خارجی را تنظیم کنید تا یک فاصله حدود ۴ میلی متر ایجاد شود (به شکل ۳)، و با کلید گشتاوری آن را با گشتاور ۴۵ Nm بسته کنید. آن را به کامره مکانیکی برای مکانیکی کردن بزنید. خواندن اولیه ۲۶ بار است و پوشش انتهایی پس از بسته شدن نشانه ای از فرو رفتن می دهد. فرآیند در شکل ۴ نشان داده شده است.

در نتیجه، وقتی گشتاور مشخص ۴۵ Nm است، حتی اگر طول محوری بین دانته و دانته سفت ۴ میلی متر باشد و پوشش انتهایی تغییر شکل داده و فرو رفته باشد، تا بیش از ۲۲۰۰ عملیات خوب ثابت می ماند. سپس به مرحله دوم تأیید می رسیم.

طول محوری بین دانته سمت راست محور اصلی این قطع کننده شبیه سازی شده و پوشش خارجی را تنظیم کنید تا یک فاصله ۴ میلی متری ایجاد شود. با کلید گشتاوری آن را با گشتاور ۳۵ Nm بسته کنید و از پوشش انتهایی تغییر شکل داده و فرو رفته از مرحله اول استفاده کنید. آن را با خط سیمی علامت گذاری کنید. آن را به کامره مکانیکی برای مکانیکی کردن بزنید. شمارش اولیه ۲۲۵۲ است. در نتیجه، وقتی گشتاور ۳۵ Nm است، حتی اگر طول محوری بین دانته و دانته سفت ۴ میلی متر باشد و پوشش انتهایی تغییر شکل داده و فرو رفته باشد، تا بیش از ۱۸۸۷ عملیات خوب ثابت می ماند. سپس به مرحله سوم تأیید می رسیم (به شکل ۶).

طول محوری بین دانته سمت راست محور اصلی این قطع کننده شبیه سازی شده و پوشش خارجی را تنظیم کنید تا یک فاصله ۴ میلی متری ایجاد شود. با کلید گشتاوری آن را با گشتاور ۲۰ Nm بسته کنید و از پوشش انتهایی تغییر شکل داده و فرو رفته از مرحله سوم استفاده کنید. آن را با خط سیمی علامت گذاری کنید. آن را به کامره مکانیکی برای مکانیکی کردن بزنید. شمارش اولیه ۴۱۳۹ است (به شکل ۷).

در نتیجه، وقتی گشتاور ۲۰ Nm است، حتی اگر طول محوری بین دانته و دانته سفت ۴ میلی متر باشد و پوشش انتهایی تغییر شکل داده و فرو رفته باشد، تا بیش از ۱۶۷۱ عملیات خوب ثابت می ماند. سپس به مرحله چهارم تأیید می رسیم (به شکل ۸ و شکل ۹).

طول محوری بین دانته سمت راست محور اصلی این قطع کننده شبیه سازی شده و پوشش خارجی را تنظیم کنید تا یک فاصله ۴ میلی متری ایجاد شود. با کلید گشتاوری آن را با گشتاور ۱۰ Nm بسته کنید و از پوشش انتهایی تغییر شکل داده و فرو رفته از مرحله چهارم استفاده کنید. آن را با خط سیمی علامت گذاری کنید. آن را به کامره مکانیکی برای مکانیکی کردن بزنید. شمارش اولیه ۵۸۱۰ است (به شکل ۱۰).

در طول فرآیند آزمون، مشخص شد که وقتی شمارنده به ۵۵۱ عملیات رسید، پوشش انتهایی نسبت به موقعیت اولیه کمی چرخید (به شکل ۱۱)؛ وقتی شمارش به ۸۲۰ عملیات افزایش یافت، پوشش انتهایی نسبت به موقعیت ۵۵۱ عملیات کمی چرخید (به شکل ۱۲)؛ وقتی شمارش به ۱۱۲۲ عملیات رسید، فنر قطع به چشم آشکار کمی آزاد شد (به شکل ۱۳)؛ وقتی شمارش به ۱۲۶۱ عملیات افزایش یافت، فنر قطع افتاد (به شکل ۱۴).

خلاصه فرآیند آزمون

طراحی محور اصلی مکانیسم فنری EIB بر اساس طراحی شرکت بلژیکی EIB است. پس از موقعیت گیری دقیق دسته ها، پیچ های دو سمت با گشتاور مشخص بسته می شوند. واشرهای فنری (ساخته شده از فولاد فنری) برای جلوگیری از سست شدن از طریق اصطکاک استفاده می شوند. پس از مونتاژ، واشرها تخت می شوند و نیروی بازگشتی آنها نیروی ضربه و اصطکاک بین پیچ ها را حفظ می کند. این طراحی ساختار محور و اقدامات جلوگیری از سست شدن در آزمون های عمر مکانیکی در مؤسسه تحقیقات برق چین (CEPRI) اثبات شده است.

مشکلات فرآیند اولیه محور اصلی مکانیسم EIB

در فرآیند مونتاژ اولیه، کارگران مجبور بودند که توله هایی با درجه های تحمل مختلف را تنظیم کنند تا ابعاد را متعادل کنند، که کیفیت مونتاژ را ناهمگون و سخت کنترل کرد. پس از مونتاژ محور اصلی قطع کننده، خطاهای تجمعی باعث اختلافات طول محوری بین دانته داخلی و توله خارجی شد. وقتی پیچ ها با گشتاور مشخص بسته می شدند، وسط پوشش های انتهایی به داخل فرو می رفت. چون پوشش های انتهایی از مواد الاستیک غیرفنری ساخته شده اند، پس از تغییر شکل بازگشت نمی کنند. علاوه بر این، توله محور ممکن است به دلیل ضربه های عملیاتی کشیده شود، که ممکن است به تدریج گشتاور بسته شدن پیچ ها را کاهش دهد (بدون تغییرات واضح در قطعات مانند پیچ ها و پوشش های انتهایی تا زمانی که گشتاور به طور قابل توجهی کاهش یابد). نگهداری معمولی نیز با ابزارهای معمولی نمی تواند گشتاور کافی را اعمال کند. در نهایت، وقتی گشتاور زیر ۱۰ Nm برسد، پوشش های انتهایی سریعاً سست می شوند و اثر جلوگیری از سست شدن واشرهای فنری از بین می رود.

فرآیند بهبود شده

برای حذف کاهش گشتاور ناشی از فرو رفتن پوشش های انتهایی، فرآیند به روز رسانی شد: پس از مونتاژ کلی، واشرهای تنظیم یکنواخت اضافه شدند. ماده چسبنده قفل کننده پیچ به پیچ ها اعمال شد و سپس با کلید گشتاوری با گشتاور ۴۵ Nm بسته شد. با نصب واشرهای تنظیم، دیگر فضا برای فرو رفتن پوشش های انتهایی وجود ندارد. پوشش های انتهایی به دلیل تغییر شکل پلاستیکی گشتاور بسته شدن را تدریجاً کاهش نمی دهند، که عملکرد پایدار و قابل اطمینان قطع کننده را در طول عمر خدمت با گشتاور کافی تضمین می کند.

اجراءات اصلاحی

برای قطع کننده دارای این خطا، مانند شکل ۱۵، واشرهای تنظیم نصب شوند. پس از همراستا کردن سطح انتهایی محور اصلی داخلی با توله خارجی، آن را با پیچ ها قفل کنید. ماده چسبنده قفل کننده را روی پیچ ها اعمال کنید و با کلید گشتاوری آن را با گشتاور ۴۵ Nm بسته کنید.

برای جلوگیری از وقوع چنین حوادث با احتمال پایینی، بازرسی کاملی از قطع کننده هایی که به عملیات گذاشته شده انجام دهید و واشرهای تنظیم متناسب با آنها نصب کنید تا مطمئن شوید که قطع کننده های به عملیات گذاشته شده می توانند به طور طبیعی و قابل اطمینان کار کنند.

نتیجه گیری