Analyysi ja keskustelu pääakselin vianmäärityksestä EIB-mekanismissa olevassa tyhjiövirtaestomussa

Tyhjiöpistoke on tyyppi pistokkeesta, jossa sekä kaaren sammutusväline että kontaktien välinen eristysväline kaaren sammutuksen jälkeen ovat tyhjiötä. Tyhjiöpistoke toimii suojana ja ohjausyksikkönä teollisuuden ja louhinta-yritysten sähkövarusteille ja sähköajoneuvoille, ja ne voidaan asentaa kiinteisiin kabinetteihin, keskikabinetteihin ja kaksikerroksisiin kabinetteihin. Pistokkeet ovat olennaisia sähkölaitteita sähkökytkentälaitteissa, ja ne soveltuvat paikkoihin, joissa vaaditaan useita toimintoja nominaalista työvirtaa vasten tai useita lyhytsulun sammumisia.

Tässä artikkelissa analysoidaan EIB:n tyhjiöpistoksen kytkimen epäonnistumista avaamisessa tai sulkemisessa usean kertaa tapahtuneen käytön vuoksi. Kokeiden avulla on havaittu, että pääakselin oikealla puolella oleva trippivirtapenkki on pudonnut, mikä on aiheuttanut pistokkeen avaamisen tai sulkemisen ongelmat. Ehdotetaan parannusta, jossa asennetaan säätövälimerkkejä varmistaaksemme pistokkeen normaalin toiminnan, mikä on tietyllä tavalla viitetiedoksena yrityksen tuotantoturvallisuuden rakentamiselle.

Tyhjiöpistoksen rakenne

Tyhjiöpistoke koostuu pääasiassa osista, kuten tyhjiökaarasammutuspiirikamari, toimintamekanismi ja tuki.

Tyhjiökaarasammutuspiirikamari

Myös tunnettu nimellä tyhjiökytkin, tyhjiökaarasammutuspiirikamarin toimintaperiaate perustuu tyhjiön sisällä olevan keskustavan erinomaiseen eristyskykyyn, mikä mahdollistaa keskitason ja korkean tason piirin nopean kaaran sammutuksen ja virtasumutuksen virran katkaisun jälkeen. Sen pääasialliset rakenteet ovat seuraavat:

• Johto: Se koostuu pääasiassa kiinteästä elektrodista ja liukuvasta elektrodista. Kiinteässä elektrodissa on kiinteä yhteyspiste, kiinteä johtoranga ja kiinteä kaara-alusta, kun taas liukuvassa elektrodissa on liukuv yhteyspiste, liukuva johtoranga ja liukuv kaara-alusta. Yhteysrakennetyypit voivat pyöreästi jakautua transversaalimagneettiseen tyyppeeriin pyörivällä kaara-alustalla, axiaalimagneettiseen tyyppeeriin ja sylinterimäiseen tyyppeeriin. Toimintamekanismi saa kaksi yhteyttä suljettua liikuvaan johtorangaan, täten suorittaa piiriyhteyden.

• Suojajärjestelmä: Se koostuu pääasiassa suojakuoresta, suojakansiosta ja muista laitteista. Nykyisin yleisesti käytettyjen suojakansioiden tyyppejä ovat esimerkiksi kiehuvan huivin suojakansi ja pääsuojakansi, joka ympäröi kontakteja. Pääsuojakansi voi vähentää paikallista kenttävoimakkuutta, parantaa kaarasammutuspiirikamarin sisäisen sähkökentän tasaisuutta, mikä on edullista tyhjiökaarasammutuspiirikamarin pienentämiselle. Samalla se voi estää kaarakalvon tuotteiden pilkkomisen piirikamarin sisäseiniin kaaran aikana, varmistaen, ettei sähkökentän eristysvaikutusta vaaranneta kaaran sähkökentän sähköntuotolla. Se voi myös nauttia kaarakalvon energiaa, kondensoida kaarakalvon tuotteita ja nopeuttaa dielektrisen vahvuuden palautumista kaaran jälkeen.

Toimintamekanismi

Eri tyyppiset pistokkeet käyttävät erilaisia toimintamekanismeja. Yleisesti käytettyjä toimintamekanismeja ovat kevyttoimintomekanismi, IEE-Business:n kevyteen energiavarastoon toimintamekanismi, CT8:n kevyteen energiavarastoon toimintamekanismi, CT19:n kevyteen energiavarastoon toimintamekanismi, CD10:n sähköinen toimintamekanismi, CD17:n sähköinen toimintamekanismi jne. Kevyttoimintomekanismissa on etuja kuten pieni koko, pieni sulkeutumisvirta ja korkea luotettavuus, ja sitä käytetään nykyään laajasti eri jänniteasteiden kytkentälaitteissa.

Tyhjiöpistoksen toiminta ja periaate

Toiminta ja ominaisuudet

Normaaleissa toimolähteissä teknisten parametrien mukainen tyhjiöpistoke voi varmistaa sen turvallisen ja luotettavan toiminnan vastaavalla jänniteasteella. Tyhjiöpistoken mekaninen elinkaari on noin 20 000 kertaa, ja täysi kapasiteetin lyhytsulun keskeytysmäärä on 50 kertaa. Sitä voidaan käyttää usein tai keskeyttää lyhytsulua useita kertoja työvirran alueella. Korkean jännitteen tyhjiöpistokkeilla on etuja, kuten korkea luotettavuus, kaikki-aikainen toiminta, huoltovapaus, täydelliset toiminnot, hyvä vaihtoehtoisuus ja vahva monipuolisuus, ja ne voidaan soveltaa uudelleenkytkentätoimiin eri ominaisuuksilla. Tyhjiöpistokkeet käyttävät pystysuuntaista eristyskamaria ja yhdistettyä solidaarisesti suljetun pylväspistoketta, jotka voivat vastustaa erilaisten erityisten ympäristöjen vaikutuksia eivätkä vaadi huoltoa. Lisäksi tyhjiöpistokkeilla on useita käyttötapoja, niitä voidaan asentaa kiinteästi, käyttää vedetävänä tai asentaa kehykseen.

Periaate kuvaus

Kun tyhjiöpistoksen liukuvat ja kiinteät kontaktit avataan sähköisenä, tyhjiökama syntyää kontaktien välillä. Kama nostaa kontaktien pinnan lämpötilaa, mikä aiheuttaa metallin höyrymisen kontaktipinnalle. Kontaktien erityisen muodon perusteella, kun virta kulkee, käyrässä generoitun magneettikentän vaikutuksesta kama liikkuu nopeasti kontaktipinnan tangentiaalisessa suunnassa. Metallihöyryn ja ladattujen osioiden tiheyttä kamapylvässä vähenee jatkuvasti. Kun kama luonnollisesti kulkee nollan läpi, kontaktien välinen media nopeasti palautuu johtimesta eristysvälineeksi, virta keskeytyy ja kama sammuu.

Vian syyjen yhteenveto ja analyysi

Analysoimalla tilannetta, jossa tyhjiöpistoke ei avaudu tai ei avaudu kokonaan usean kertaa tapahtuneen käytön vuoksi, paikan päällä havaitaan, että pääakselin oikeanpuoleinen ruuv on irronnut, mikä aiheuttaa oikeanpuolen trippivirtapenkkin pistokkeen pääakselin putoamisen ja pitoon jäädä. Mekanismi trippii vain pääakselin vasemmanpuoleisen trippivirtapenkkin avulla, mikä johtaa pistokkeen epätäydelliseen avaamiseen. Vaikka tällaisen vian todennäköisyys onkin suhteellisen pieni, sen esiintyminen voi silti johtaa tuotantoturvallisuusongelmiin. Siksi on tarpeen analysoida vian syy, poistaa potentiaaliset turvallisuushaarat ja varmistaa turvallinen tuotanto.

Ratkaisu ja vahvistussuunnitelma

EIB-mekanismilla olevan pistokkeen pääakselin molemmilla puolilla olevat trippivirtapenkkit kiinnitettävät ruuvit ovat tavallisia ruuveja + kevytverkko (katso Kuva 1). Usean vuoden usean kerran tapahtuneen kytkimen käytön jälkeen pääakselin oikeanpuoleinen trippivirtapenkki pudonnee värähtelyn vuoksi, mikä aiheuttaa oikeanpuolen trippivirtapenkkin pistokkeen pääakselin putoamisen ja pitoon jäädä. Mekanismi trippii vain pääakselin vasemmanpuolen trippivirtapenkkin avulla, mikä johtaa pistokkeen epätäydelliseen avaamiseen. Paikan päällä havaitaan, että pääakselin oikeanpuoleisen spline-akselin ja ulkokotelon välillä on noin 4 mm:n aksiaalinen pituusero, ja päätäyte on muuttunut muotoaan ja upottunut sisään (katso Kuva 2). Vastaamaan tähän vian, eli pistokkeen toimintahäiriöön, joka johtuu trippivirtapenkkin pudonnukseen pääakselin oikeanpuoleisen ruuvin löysennyksen vuoksi, vahvistetaan, että kytkimeen, jolla on vastaava rakenne, asennetaan uudelleen vian simulointiin:

Säädä aksiaalista pituuseroa tämän simuloidun pistokkeen pääakselin oikeanpuoleisen spline-akselin ja ulkokotelon välillä luodaksesi noin 4 mm:n aukon (katso Kuva 3), ja kiinnitä se 45 Nm:n momentilla. Vedä se mekaaniseen käynnistyskamariin mekaaniseen käynnistykseen. Alkuperäinen laskuri on 26 kertaa, ja päätäyte näyttää lievää sisään upotuneena kiinnittämisen jälkeen. Prosessi on kuvattu kuvassa 4.

Yhteenvetona voidaan todeta, että kun määritetty momentti on 45 Nm, vaikka akselin ja spline-akselin välillä olisikin 4 mm aksiaalista pituuseroa ja päätäyte olisi muuttunut muotoaan ja upottunut sisään, se pysyy hyvin kiinni yli 2 200 operaatiota. Sitten siirrytään vahvistuksen toiseen vaiheeseen.

Säädä aksiaalista pituuseroa tämän simuloidun pistokkeen pääakselin oikeanpuoleisen spline-akselin ja ulkokotelon välillä luodaksesi 4 mm:n aukon. Kiinnitä se 35 Nm:n momentilla, ja käytä muuttunutta ja upotunutta päätäytettä ensimmäisestä vaiheesta. Merkitse se sivuviivalla. Vedä se mekaaniseen käynnistyskamariin mekaaniseen käynnistykseen. Alkuperäinen laskuri on 2 252. Yhteenvetona voidaan todeta, että kun momentti on 35 Nm, vaikka akselin ja spline-akselin välillä olisikin 4 mm aksiaalista pituuseroa ja päätäyte olisi muuttunut muotoaan ja upottunut sisään, se pysyy hyvin kiinni yli 1 887 operaatiota. Sitten siirrytään vahvistuksen kolmanteen vaiheeseen (katso Kuva 6).

Säädä aksiaalista pituuseroa tämän simuloidun pistokkeen pääakselin oikeanpuoleisen spline-akselin ja ulkokotelon välillä luodaksesi 4 mm:n aukon. Kiinnitä se 20 Nm:n momentilla, ja käytä muuttunutta ja upotunutta päätäytettä kolmannesta vaiheesta. Merkitse se sivuviivalla. Vedä se mekaaniseen käynnistyskamariin mekaaniseen käynnistykseen. Alkuperäinen laskuri on 4 139 (katso Kuva 7).

Yhteenvetona voidaan todeta, että kun momentti on 20 Nm, vaikka akselin ja spline-akselin välillä olisikin 4 mm aksiaalista pituuseroa ja päätäyte olisi muuttunut muotoaan ja upottunut sisään, se pysyy hyvin kiinni yli 1 671 operaatiota. Sitten siirrytään vahvistuksen neljänteen vaiheeseen (katso Kuva 8 ja Kuva 9).

Säädä aksiaalista pituuseroa tämän simuloidun pistokkeen pääakselin oikeanpuoleisen spline-akselin ja ulkokotelon välillä luodaksesi 4 mm:n aukon. Kiinnitä se 10 Nm:n momentilla, ja käytä muuttunutta ja upotunutta päätäytettä neljännestä vaiheesta. Merkitse se sivuviivalla. Vedä se mekaaniseen käynnistyskamariin mekaaniseen käynnistykseen. Alkuperäinen laskuri on 5 810 (katso Kuva 10).

Testausprosessissa havaittiin, että kun laskuri saavutti 551 operaatiota, päätäyte alkoi kiertyä hieman alkuperäisestä sijainnistaan (katso Kuva 11); kun laskuri kasvoi 820 operaatiolle, päätäyte kiertyi hieman 551 operaation sijainnin verrattuna (katso Kuva 12); kun laskuri saavutti 1 122 operaatiota, trippivirtapenkki oli silmällä nähtävissä löyhä (katso Kuva 13); kun laskuri kasvoi 1 261 operaatiolle, trippivirtapenkki pudotti (katso Kuva 14).

Testausprosessin yhteenveto

IEE-Business:n kevyttoimintomekanismin pääakselin suunnittelupohjana on Belgian EIB-yhtiön suunnittelu. Kun käsivartiat asetetaan tarkasti, molemmat sivut kiinnitetään määrättyyn momenttiarvoon. Kevytverkko (valmistettu kevyterästä) käytetään löyhennyksen estämiseen kitkavälinä. Asennuksen jälkeen levyn reunat tasoittuvat, ja niiden palautusvoima ylläpitää puristusvoimaa ja kitkaväliä säikeiden välillä. Tämä pääakselirakenne ja löyhennyksen estävät toimet osoittautuivat luotettaviksi mekaanisen elinkaarin tyypitesteissä Kiinan sähköenergiatutkimuslaitoksessa (CEPRI).

IEE-Business-mekanismi pääakselin varhaiset prosessihaasteet

Varhaisessa kokoonpanoprossessissa työntekijöiden oli säädettävä eri toleranssitasoja olevia hihnoja tasapainottamaan mitat, mikä teki kokoonpanolaadusta epäyhtenäistä ja vaikeasti hallittavaa. Pistokkeen pääakselin kokoonpanon jälkeen kertynyt virhe aiheutti aksiaalisen pituuseron sisäisessä spline-akselissa ja ulkopuolisessa hihnassa. Kun ruuvit kiinnitettiin määrättyyn momenttiin, päätäyte upotti sisään. Koska päätäyte on valmistettu ei-kevyterästä, sitä ei voi palauttaa muodostumaansa muotoon. Lisäksi pääakselin hihna voi karkailla törmäyksien vuoksi toiminnassa, mikä vähentää hitaasti ruuvien kiinnitysmomenttia (kiinteäosien kuten ruuvien ja päätäytteen muutokset eivät ole merkittäviä, kunnes momentti heikkenee huomattavasti). Perinteisessä huollossa on myös vaikea saada riittävää momenttia tavallisilla avaimilla. Lopulta, kun momentti laskee alle 10 Nm, päätäyte kiihtyy löyhentyä, mikä tuhoaa kevytverkon löyhennyksen estävän vaikutuksen.

Parannettu prosessi

Päätäytteen upotuksen aiheuttaman momentin heikkenemisen poistamiseksi prosessi muutettiin: kokonaisen kokoonpanon jälkeen lisättiin tasapainottavia säätölevyjä. Ruuvit peitetään kitkavoideella, ja ne kiinnitetään 45 Nm:n momentilla. Säätölevyjen asennuksen jälkeen ei ole enää tilaa päätäytteen upotukselle. Päätäyte ei vähennä kiinnitysmomenttia plastisen muodostumisen vuoksi, mikä takaa pistokkeen vakauden ja luotettavuuden koko käyttöajan ajan riittävällä momentilla.

Korjaustoimet

Tälle vialliselle pistokkeelle, kuten kuvassa 15, asennetaan säätölevyjä. Tasapainotetaan sisäisen pääakselin pääty ulkopuoliseen hihnaan, ja lukitse se ruuviin. Peitä ruuvit kitkavoideella ja kiinnitä ne 45 Nm:n momentilla.

Varmistaaksesi, että tällaiset harvat tapaukset eivät tapahdu, suoritetaan kattava tarkastus kaikille käyttöön otetuille pistokkeille, ja asennetaan säätölevyjä varmistaaksemme, että käyttöön otetut pistokkeet voivat toimia normaalisti ja luotettavasti.

Yhteenveto

Tässä artikkelissa keskitytään korkean jännitteen vaihtovirtatyhjiöpistoksen avaamisen ongelmiin. Simulaatioanalyysin ja kokeellisen vahvistuksen avulla se analyysoi trippivirtapenkkin pudonnukseen johtaneet syyt. Havaittiin, että pääakselin väli aiheuttaa päätylevyn muodostumisen, ja sen jälkeen pitkäaikaisen sulkemisen ja avaamisen värähtelyt aiheuttavat trippivirtapenkkin pudonnukset, mikä johtaa pistokkeen avaamisen epäonnistumiseen. Tähän on ehdotettu ratkaisua, ja ratkaisun toteuttamiskelpoisuus on kuvattu yksityiskohtaisesti. On esitetty vastaavat korjaustoimet, jotta vika voidaan poistaa, korkea jännitteen tyhjiöpistoke voidaan palauttaa normaaliin käyttöön, ja yrityksen normaali tuotanto voidaan varmistaa.