Pagsusuri at Pagtalakay sa Kamalian sa Pangunahing Shaft ng Vacuum Circuit Breaker sa EIB Mechanism

Isang vacuum circuit breaker ay isang uri ng circuit breaker kung saan ang medium para sa pagpapatigil ng ark at ang insulating medium sa pagitan ng mga contact pagkatapos ng pagpapatigil ng ark ay vacuum. Bilang isang yunit para sa proteksyon at kontrol ng mga power equipment at power-driven equipment sa industriya at mining enterprises, ang indoor AC high-voltage vacuum circuit breakers ay may maraming aplikasyon at maaaring i-install sa fixed cabinets, middle-mounted cabinets, at double-layer cabinets. Bilang isang mahalagang electrical device sa mga switchgear, ang high-voltage circuit breakers ay angkop sa mga lugar na nangangailangan ng madalas na operasyon sa rated working current o maraming pagpapakilos ng short-circuit current.

Ang papel na ito ay nag-aanalisa ng problema ng switch ng EIB vacuum circuit breaker na hindi makapagbukas o sarado nang maayos dahil sa madalas na operasyon. Sa pamamagitan ng mga eksperimento, natuklasan na ang pagkakawala ng tripping spring sa kanan side ng main shaft ang sanhi ng hindi makapagbukas o sarado ng maayos ng circuit breaker. Inihanda ang isang pamamaraan ng pag-install ng adjustment shims upang tiyakin ang normal na operasyon ng circuit breaker, na mayroong tiyak na kaugnayan sa seguridad ng konstruksyon ng produksyon ng enterprise.

Struktura ng Vacuum Circuit Breaker

Ang vacuum circuit breaker ay bunsod ng mga komponente tulad ng vacuum arc-extinguishing chamber, operating mechanism, at suporta.

Vacuum Arc-Extinguishing Chamber

Tinatawag din itong vacuum switch tube, ang prinsipyong panggawa ng vacuum arc-extinguishing chamber ay gumagamit ng magandang insulation property ng vacuum medium sa loob ng tube, na nagbibigay-daan sa medium at high-voltage circuit na mabilis na mapatigil ang ark at putulin ang current pagkatapos ng pagputok ng power supply. Ang mga pangunahing struktura nito ay sumusunod:

• Air-tight Insulation System: Ito ay isang saradong container sa isang vacuum environment, pangunahing binubuo ng air-tight insulation cylinder, moving-end cover plate, fixed-end cover plate, at stainless-steel bellows. Upang matiyak ang air-tightness, kinakailangan ng mahigpit na proseso sa mga sealing joints. Bukod dito, kailangan ng materyales na may napakababang air permeability, at ang internal gas release amount ay kailangang limitahan sa pinakamaliit na halaga.

• Conductive System: Ito ay pangunahing binubuo ng fixed electrode at moving electrode. Ang fixed electrode ay kasama ang fixed contact, fixed conducting rod, at fixed arc-running surface, samantalang ang moving electrode ay kasama ang moving contact, moving conducting rod, at moving arc-running surface. Ang mga uri ng contact structure ay maaaring hahatiin sa transverse magnetic field type na may spiral-groove arc-running surface, longitudinal magnetic field type, at cylindrical type. Ang operating mechanism ay nagpapalapit ng dalawang contacts sa pamamagitan ng paggalaw ng moving conducting rod, kaya natutugunan ang koneksyon ng circuit.

• Shielding System: Ito ay pangunahing binubuo ng shielding cylinder, shielding cover, at iba pang mga aparato. Ang mga commonly used shielding covers ngayon ay kasama ang mga uri tulad ng bellows shielding cover at main shielding cover na nakapalibot sa mga contacts. Ang main shielding cover ay maaaring bawasan ang lokal na field strength, bumuti ang uniformity ng internal electric field distribution ng arc-extinguishing chamber, na kapaki-pakinabang para sa miniaturization ng vacuum arc-extinguishing chamber. Sa parehong oras, ito ay maaaring pigilan ang arc products na mag-splash sa inner wall ng insulating housing sa panahon ng arcing process, na nagpapatiyak na ang insulation effect ng housing ay hindi naapektuhan ng arc discharge. Ito rin ay maaaring i-absorb ang arc energy, condense ang arc products, at pabilisin ang recovery ng dielectric strength sa post-arc gap.

Operating Mechanism

Ang iba't ibang uri ng circuit breakers ay gumagamit ng iba't ibang operating mechanisms. Ang mga karaniwang ginagamit na operating mechanisms ay kasama ang spring operating mechanisms, EIB spring-energy-storage operating mechanisms, CT8 spring-energy-storage operating mechanisms, CT19 spring-energy-storage operating mechanisms, CD10 electromagnetic operating mechanisms, CD17 electromagnetic operating mechanisms, atbp. Sa kanila, ang spring operating mechanism ay may mga abilidad na maliliit na laki, maliliit na closing current, at mataas na reliability, at kasalukuyang malaganap na ginagamit sa iba't ibang voltage levels ng switchgear.

Function at Principle ng Vacuum Circuit Breaker

Function at Characteristics

Sa normal na operasyon, ang vacuum circuit breaker na sumasaklaw sa teknikal na parameter range ay maaaring matiyak ang ligtas at maasahan nitong operasyon sa grid ng corresponding voltage level. Ang mechanical life ng vacuum circuit breaker ay humigit-kumulang 20,000 beses, at ang bilang ng full-capacity short-circuit current interruptions ay 50 beses. Ito ay maaaring gamitin nang madalas o maraming pagpapakilos ng short-circuit current sa loob ng working current range. Ang high-voltage vacuum circuit breakers ay may mga abilidad na mataas na reliable, all-weather operation, maintenance-free, complete functions, good interchangeability, at strong versatility, at maaaring gamitin sa reclosing operations na may iba't ibang characteristics. Ang vacuum circuit breakers ay gumagamit ng vertical insulation cylinder at solid insulation structure - integrated solid-sealed pole columns, na maaaring resistin ang epekto ng iba't ibang espesyal na kapaligiran at walang pangangailangan ng maintenance. Samantala, ang vacuum circuit breakers ay may maraming paraan ng paggamit, na maaaring i-install sa fixed manner, gamitin sa withdrawable way, o i-install sa frame.

Principle Introduction

Kapag binuksan ang moving at static contacts ng vacuum circuit breaker habang charged, ang vacuum arc ay lilitaw sa pagitan ng mga contact. Ang ark ay tataas ang temperatura ng ibabaw ng mga contact, na nagdudulot ng metal vapor sa ibabaw ng contact. Batay sa espesyal na hugis ng mga contact, kapag dumadaan ang current, sa ilalim ng epekto ng magnetic field na ito ginagawa, ang ark ay lilihis mabilis sa tangent direction ng ibabaw ng contact. Ang metal vapor at charged particles sa ark column ay patuloy na lumalason palabas, at ang density ng metal vapor at charged particles ay patuloy na bumababa. Kapag ang ark ay natural na lumipas sa zero, ang medium sa pagitan ng mga contact ay mabilis na babawi mula sa conductor hanggang sa insulator, ang current ay cut off, at ang ark ay matitigil.

Fault Cause Summary and Analysis

Ang analisis sa sitwasyon kung saan ang vacuum circuit breaker ay hindi makapagbukas o hindi makapagbukas nang buo dahil sa madalas na operasyon, ang on-site inspection ay nagpapakita na ang bolt sa right-hand end ng switch main shaft ay nawala, na nagdudulot ng pagkakawala ng right-hand tripping spring at nag-stuck sa main shaft sa parehong oras. Ang mekanismo ng tripping ay nag-iisa lamang depende sa tripping spring sa left side ng main shaft, na nagresulta sa hindi buo na pagbukas ng switch. Bagaman ang probabilidad ng pagkakaroon ng ganitong fault ay mas maliit, ang pagkakaroon nito ay maaari pa ring magresulta sa production safety accidents. Kaya, kinakailangan ang analisis ng sanhi ng fault, pag-alis ng potential na safety hazards, at pagtitiyak ng ligtas na produksyon.

Solution and Verification Plan

Ang mga screw na naka-fix sa tripping springs sa parehong gilid ng switch main shaft ng EIB mechanism circuit breaker ay ordinaryong screws + spring washers (tingnan ang Figure 1). Matapos ang mga taon ng madalas na operasyon ng switch, ang screw na naka-fix sa tripping spring sa right side ng main shaft ay nawala dahil sa vibration, na nagdulot ng pagkakawala ng right-hand tripping spring at nag-stuck sa main shaft sa parehong oras. Ang mekanismo ng tripping ay nag-iisa lamang depende sa tripping spring sa left side ng main shaft, na nagresulta sa hindi buo na pagbukas ng switch. Sa pamamagitan ng on-site investigation, natuklasan na may axial length difference na humigit-kumulang 4mm ang spline shaft sa right side ng main shaft at ang outer casing, at ang end cover ay deformed at sunken inward (tingnan ang Figure 2). Tungkol sa ganitong fault, na ang circuit breaker failure na dulot ng pagkakawala ng tripping spring dahil sa pagloob ng end bolt ng closing and opening main shaft, upang ipapatunayan, isang circuit breaker na may katugma na struktura ay reassembled para sa fault simulation:

I-adjust ang axial length sa pagitan ng spline shaft sa right side ng main shaft ng simulated circuit breaker at ang outer casing upang lumikha ng isang gap na humigit-kumulang 4mm (tingnan ang Figure 3), at gamitin ang torque wrench upang i-tighten ito ng torque na 45Nm. I-push ito sa mechanical running-in chamber para sa mechanical running-in. Ang initial counter reading ay 26 beses, at ang end cover ay nagpakita ng kaunting sunken phenomenon pagkatapos ng pagtighten. Ang proseso ay ipinapakita sa Figure 4.

Sa wakas, kapag ang specified torque ay 45 Nm, kahit ang axial length sa pagitan ng shaft sleeve at spline shaft ay umabot sa 4 mm at ang end cover ay deformed at sunken, ito ay nananatiling maayos na naka-fix hanggang sa higit sa 2,200 operasyon. Pagkatapos, ito ay lumilipat sa verification ng second stage.

I-adjust ang axial length sa pagitan ng spline shaft sa right side ng main shaft ng simulated circuit breaker at ang outer casing upang lumikha ng 4-mm gap. Gamitin ang torque wrench upang i-tighten ito ng torque na 35 Nm, at gamitin ang deformed at sunken end cover mula sa first stage. I-mark ito ng scribing line. I-push ito sa mechanical running-in chamber para sa mechanical running-in. Ang initial count ay 2,252. Sa kabuuan, kapag ang torque ay 35 Nm, kahit ang axial length sa pagitan ng shaft sleeve at spline shaft ay umabot sa 4 mm at ang end cover ay deformed at sunken, ito ay nananatiling maayos na naka-fix hanggang sa higit sa 1,887 operasyon. Pagkatapos, ito ay lumilipat sa verification ng third stage (tingnan ang Figure 6).

I-adjust ang axial length sa pagitan ng spline shaft sa right side ng main shaft ng simulated circuit breaker at ang outer casing upang lumikha ng 4-mm gap. Gamitin ang torque wrench upang i-tighten ito ng torque na 20 Nm, at gamitin ang deformed at sunken end cover mula sa third stage. I-mark ito ng scribing line. I-push ito sa mechanical running-in chamber para sa mechanical running-in. Ang initial count ay 4,139 (tingnan ang Figure 7).

Sa wakas, kapag ang torque ay 20 Nm, kahit ang axial length sa pagitan ng shaft sleeve at spline shaft ay umabot sa 4 mm at ang end cover ay deformed at sunken, ito ay nananatiling maayos na naka-fix hanggang sa higit sa 1,671 operasyon. Pagkatapos, ito ay lumilipat sa verification ng fourth stage (tingnan ang Figure 8 at Figure 9).

I-adjust ang axial length sa pagitan ng spline shaft sa right side ng main shaft ng simulated circuit breaker at ang outer casing upang lumikha ng 4-mm gap. Gamitin ang torque wrench upang i-tighten ito ng torque na 10 Nm, at gamitin ang deformed at sunken end cover mula sa fourth stage. I-mark ito ng scribing line. I-push ito sa mechanical running-in chamber para sa mechanical running-in. Ang initial count ay 5,810 (tingnan ang Figure 10).

Sa panahon ng test, natuklasan na kapag ang counter ay umabot sa 551 operasyon, ang end cover ay nagsimula na maging kaunti na nag-rotate relative sa initial position (tingnan ang Figure 11); kapag ang count ay tumataas sa 820 operasyon, ang end cover ay nag-rotate kaunti relative sa posisyon sa 551 operasyon (tingnan ang Figure 12); kapag ang count ay umabot sa 1,122 operasyon, ang tripping spring ay naging loose na visible sa naked eye (tingnan ang Figure 13); kapag ang count ay tumataas sa 1,261 operasyon, ang tripping spring ay nawala (tingnan ang Figure 14).

Summary of the Test Process

Ang spindle design ng EIB spring operating mechanism ay batay sa disenyo ng Belgian EIB company. Matapos ang accurate positioning ng crank arms, ang bolts sa parehong gilid ay in-tighten sa specified torque value. Ang spring washers (gawa sa spring steel) ay ginagamit para sa anti-loosening sa pamamagitan ng friction. Matapos ang assembly, ang washers ay flattened, at ang kanilang rebound force ay nagpapanatili ng clamping force at friction sa pagitan ng threads. Ang spindle structure design at anti-loosening measures na ito ay na-prove na reliable sa mechanical life type tests sa China Electric Power Research Institute (CEPRI).

Early Process Issues of the EIB Mechanism Spindle

Sa maagang proseso ng assembly, ang mga manggagawa ay kailangang i-adjust ang sleeves ng iba't ibang tolerance grades upang balansehin ang dimensions, na nagpapahirap sa quality ng assembly at mahirap kontrolin. Matapos ang assembly ng circuit breaker spindle, ang cumulative errors ay nagdulot ng axial length deviations sa pagitan ng internal spline shaft at external sleeve. Kapag ang bolts ay in-tighten sa specified torque, ang gitna ng end covers ay nagsag inward. Dahil ang end covers ay gawa sa non-spring steel elastic materials, hindi ito maaaring bumawi pagkatapos ng deformation. Bukod dito, ang spindle sleeve ay maaaring mag-creep dahil sa impacts sa panahon ng operasyon, na maaaring gradual na mabawasan ang bolt tightening torque (walang obvious changes sa fasteners tulad ng bolts at end covers hanggang sa malaking pagbawas ng torque). Ang conventional maintenance ay mahirap na mag-apply ng sapat na torque sa pamamagitan ng ordinaryong wrenches. Sa wakas, kapag ang torque ay bumaba sa 10 Nm, ang end covers ay nag-accelerate sa pagloob, na nag-destruct sa anti-loosening effect ng spring washers.

Improved Process

Upang alisin ang pagbawas ng torque dahil sa pag-sag ng end cover, ang proseso ay in-adjust: matapos ang overall assembly, ang adjustment shims ay idinagdag nang pantay-pantay para sa balancing. Ang thread-locking adhesive ay in-apply sa bolts, at in-tighten ito ng 45 Nm gamit ang torque wrench. Mayroong shims na installed, walang space para sa end covers na magsag inward. Ang end covers ay hindi gradual na mababawasan ang tightening torque dahil sa plastic deformation, na nagpapatiyak ng stable at reliable na operasyon ng circuit breaker sa buong service life nito sa sapat na torque.

Rectification Measures

Para sa circuit breaker na may ganitong fault, tulad ng ipinapakita sa Figure 15, i-install ang adjustment shims. Matapos ang alignment ng end face ng internal main shaft sa outer sleeve, i-lock ito gamit ang bolts. I-apply ang thread-locking adhesive sa bolts at gamitin ang torque wrench upang i-tighten ito ng torque na 45 Nm.

Upang maiwasan ang pagkakaroon ng ganitong low-probability events, gawin ang comprehensive inspection sa mga circuit breakers na in-operate na, at i-install ang adjustment shims upang tiyakin na ang in-operate na circuit breakers ay maaaring gumana nang normal at maasahan.

Conclusion

Ang papel na ito ay nakatuon sa sitwasyon ng high-voltage AC vacuum circuit breaker na hindi makapagbukas nang maayos. Sa pamamagitan ng simulation analysis at experimental verification, ito ay nag-aanalisa ng mga sanhi ng pagkakawala ng tripping spring. Natuklasan na ang end gasket ay deformed dahil sa main shaft gap, at pagkatapos ng matagal na closing at opening vibrations, ang tripping spring ay nawala, na nagresulta sa hindi makapagbukas ng circuit breaker. Para dito, inihanda ang isang solusyon, at ang feasibility ng solusyon ay ipinaliwanag nang detalyado. Ang mga corresponding rectification measures ay inilatag, upang alisin ang fault, ibalik ang normal na paggamit ng high-voltage vacuum circuit breaker, at tiyakin ang normal na produksyon ng enterprise.