Análise e discusión do fallo no eixo principal do interruptor de vazo no mecanismo EIB

O interruptor de circuito a vácuo é un tipo de interruptor de circuito no que tanto o medio de extinción do arco como o medio de aislamento na brecha entre os contactos despois da extinción do arco son vacío. Como unidade de protección e control para equipos eléctricos e equipos accionados por enerxía eléctrica en empresas industriais e mineiras, os interruptores de circuito de alta tensión a vácuo para interior teñen múltiples aplicacións e poden instalarse en armarios fixos, armarios intermedios e armarios de dobre nivel. Como dispositivo eléctrico crucial entre os equipos de conmutación, os interruptores de circuito de alta tensión son adecuados para lugares que requiren operación frecuente á corrente de traballo nominal ou múltiples interrupcións de corrente de cortocircuito.

Este artigo analiza o problema do interruptor do IEE-Business non abrindo ou pechando correctamente debido á operación frecuente. A través de experimentos, descubriuse que a caída da molla de disparo no lado dereito do eixo principal é a causa do mal funcionamento do interruptor de circuito. Propóñese unha medida de mellora de instalar xuntas de axuste para asegurar o funcionamento normal do interruptor de circuito, o que ten certa significancia de referencia para a construción segura da produción empresarial.

Estrutura do Interruptor de Circuito a Vácuo

Un interruptor de circuito a vácuo consiste principalmente en compoñentes como a cámara de extinción de arco a vácuo, o mecanismo de manexo e o soporte.

Cámara de Extinción de Arco a Vácuo

Tamén coñecida como tubo de conmutación a vácuo, o principio de funcionamento da cámara de extinción de arco a vácuo é utilizar a excelente propiedade de aislamento do medio de vácuo dentro do tubo, permitindo que o circuito de media e alta tensión extinga rapidamente o arco e corte a corrente despois de cortar o suministro de enerxía. As súas estruturas principais son as seguintes:

• Sistema de Aislamento Hermético: Este é un contedor cerrado nun ambiente de vácuo, composto principalmente por un cilindro de aislamento hermético, unha placa de cubrición móbil, unha placa de cubrición fija e un acordeón de inoxidable. Para asegurar a estanquidade, requírense procesos de operación estritos para as articulacións de selado. Ademais, necesítanse materiais con unha permeabilidade ao aire extremadamente baixa, e tamén se debe limitar a cantidade de gas liberado internamente a un valor mínimo.

• Sistema Conductor: Está composto principalmente por un electrodo fijo e un electrodo móbil. O electrodo fijo inclúe un contacto fijo, unha barra de conducción fija e unha superficie de deslizamento de arco fija, mentres que o electrodo móbil inclúe un contacto móbil, unha barra de conducción móbil e unha superficie de deslizamento de arco móbil. Os tipos de estructura de contacto poden dividirse aproximadamente en tipo de campo magnético transversal con superficie de deslizamento de arco de ranura espiral, tipo de campo magnético longitudinal e tipo cilíndrico. O mecanismo de manexo fai que os dous contactos se pechen a través do movemento da barra de conducción móbil, completando así a conexión do circuito.

• Sistema de Escudo: Está composto principalmente por un cilindro de escudo, unha cubrición de escudo e outros dispositivos. Actualmente, os tipos de cubrición de escudo máis utilizados inclúen o tipo de cubrición de escudo de acordeón e o tipo de cubrición de escudo principal que rodea os contactos. O escudo principal pode reducir a intensidade do campo local, mellorar a uniformidade da distribución do campo eléctrico interno da cámara de extinción de arco, lo que é beneficioso para a miniaturización da cámara de extinción de arco a vácuo. Ao mesmo tempo, pode evitar que os produtos do arco salpiquen a parede interna da carcasa de aislamiento durante o proceso de arco, asegurando que o efecto de aislamento da carcasa non sexa afectado pola descarga de arco. Tamén pode absorver a enerxía do arco, condensar os productos do arco e acelerar a recuperación da resistencia dieléctrica na brecha pos-arco.

Mecanismo de Manexo

Diferentes tipos de interruptores de circuito utilizan diferentes mecanismos de manexo. Os mecanismos de manexo comúnmente utilizados inclúen mecanismos de manexo de molla, mecanismos de manexo de almacenamento de enerxía de molla EIB, mecanismos de manexo de almacenamento de enerxía de molla CT8, mecanismos de manexo de almacenamento de enerxía de molla CT19, mecanismos de manexo electromagnéticos CD10, mecanismos de manexo electromagnéticos CD17, etc. Entre eles, o mecanismo de manexo de molla ten as vantaxes de ser pequeno, ter unha corrente de peche baixa e ser altamente fiable, e actualmente está ampliamente utilizado en equipamentos de conmutación de diferentes niveis de tensión.

Función e Principio do Interruptor de Circuito a Vácuo

Función e Características

Baixo condicións normais de funcionamento, un interruptor de circuito a vácuo que cumpra o rango de parámetros técnicos pode asegurar a súa operación segura e fiable na rede eléctrica do nivel de tensión correspondente. A vida útil mecánica dun interruptor de circuito a vácuo é aproximadamente 20.000 veces, e o número de interrupcións de corrente de cortocircuito de capacidade completa é 50 veces. Pode operarse frecuentemente ou interromper a corrente de cortocircuito varias veces dentro do rango de corrente de traballo. Os interruptores de circuito de alta tensión a vácuo teñen as vantaxes de alta fiabilidade, operación todo o ano, sen manutención, funcións completas, boa intercambiabilidade e forte versatilidade, e poden aplicarse a operacións de recierre con diversas características. Os interruptores de circuito a vácuo adoptan un cilindro de aislamento vertical e unha estrutura de polo sólido integrada, que pode resistir a influencia de diversos entornos especiais e é sin mantemento. Ademais, os interruptores de circuito a vácuo teñen múltiples métodos de uso, podendo instalarse de maneira fixa, usarse de xeito extraíble ou instalarse sobre un armazón.

Introdución ao Principio

Cando os contactos móbil e estático dun interruptor de circuito a vácuo se abren mentres están cargados, xerará un arco a vácuo entre os contactos. O arco aumenta a temperatura da superficie dos contactos, provocando a aparición de vapor metálico na superficie do contacto. Basándose na forma especial dos contactos, cando a corrente pasa, baixo a acción do campo magnético que xera, o arco move rápido na dirección tangencial da superficie do contacto. O vapor metálico e as partículas carregadas na columna do arco difunden continuamente cara fóra, e a densidade do vapor metálico e das partículas carregadas segue diminuíndo. Cando o arco pasa naturalmente a través de cero, o medio entre os contactos recupera rapidamente de conductor a aislante, a corrente é cortada e o arco é extinguido.

Resumo e Análise da Causa da Fallo

Analizando a situación na que o interruptor de circuito a vácuo non abre ou non se abre completamente debido á operación frecuente, a inspección no lugar revela que o parafuso no extremo dereito do eixo principal do interruptor caeu, facendo que a molla de disparo do lado dereito caiga e quede atrapada no eixo principal ao mesmo tempo. O mecanismo de disparo depende só da molla de disparo do lado esquerdo do eixo principal, resultando en que o interruptor non se abra completamente. Aínda que a probabilidade de que esta fallo ocorra é relativamente pequena, a súa ocurrencia ainda pode levar a accidentes de seguridade na produción. Polo tanto, é necesario analizar a causa da fallo, eliminar os perigos potenciais e asegurar a produción segura.

Solución e Plan de Verificación

Os parafusos que fixan as molas de disparo en ambos os lados do eixo principal do interruptor do mecanismo EIB do interruptor de circuito son parafusos comúns + arandelas de molla (véxase a Figura 1). Despois de anos de operación frecuente do interruptor, o parafuso que fixa a molla de disparo no lado dereito do eixo principal cae debido á vibración, facendo que a molla de disparo do lado dereito caiga e quede atrapada no eixo principal ao mesmo tempo. O mecanismo de disparo depende só da molla de disparo do lado esquerdo do eixo principal, resultando en que o interruptor non se abra completamente. A través da investigación no lugar, descubriuse que hai unha diferenza de lonxitude axial de aproximadamente 4 mm entre o eixo dentado do lado dereito do eixo principal e a carcasa exterior, e a tapa final deformouse e hundíuse cara adentro (véxase a Figura 2). En resposta a esta fallo, isto é, a fallo do interruptor de circuito causada pola caída da molla de disparo debido ao afrouxamento do parafuso final do eixo principal de peche e apertura, para verificar, un interruptor de circuito con unha estrutura correspondente é rearmado para a simulación da fallo:

Axusta a lonxitude axial entre o eixo dentado do lado dereito do eixo principal deste interruptor de circuito simulado e a carcasa exterior para crear un espacio de aproximadamente 4 mm (véxase a Figura 3), e usa unha llave dinamométrica para apertalo con un torque de 45 Nm. Empúlxao ao interior da cámara de rodaxe mecánica para a rodaxe mecánica. A lectura inicial é 26 veces, e a tapa final mostra un fenómeno lixeiro de hundimento despois de apertarse. O proceso amóstrase na Figura 4.

En conclusión, cando o torque especificado é 45 Nm, incluso se a lonxitude axial entre a manga e o eixo dentado alcanza 4 mm e a tapa final está deformada e hundida, permanece ben fixada ata máis de 2.200 operacións. Entón, procede á verificación da segunda etapa.

Axusta a lonxitude axial entre o eixo dentado do lado dereito do eixo principal deste interruptor de circuito simulado e a carcasa exterior para crear un espazo de 4 mm. Usa unha llave dinamométrica para apertalo con un torque de 35 Nm, e usa a tapa final deformada e hundida da etapa 1. Marcála con unha liña de trazado. Empúlxao ao interior da cámara de rodaxe mecánica para a rodaxe mecánica. A contaxe inicial é 2.252. En resumo, cando o torque é 35 Nm, incluso se a lonxitude axial entre a manga e o eixo dentado alcanza 4 mm e a tapa final está deformada e hundida, permanece ben fixada ata máis de 1.887 operacións. Entón, procede á verificación da terceira etapa (véxase a Figura 6).

Axusta a lonxitude axial entre o eixo dentado do lado dereito do eixo principal deste interruptor de circuito simulado e a carcasa exterior para crear un espazo de 4 mm. Usa unha llave dinamométrica para apertalo con un torque de 20 Nm, e usa a tapa final deformada e hundida da terceira etapa. Marcála con unha liña de trazado. Empúlxao ao interior da cámara de rodaxe mecánica para a rodaxe mecánica. A contaxe inicial é 4.139 (véxase a Figura 7).

En conclusión, cando o torque é 20 Nm, incluso se a lonxitude axial entre a manga e o eixo dentado alcanza 4 mm e a tapa final está deformada e hundida, permanece ben fixada ata máis de 1.671 operacións. Entón, procede á verificación da cuarta etapa (véxase a Figura 8 e a Figura 9).

Axusta a lonxitude axial entre o eixo dentado do lado dereito do eixo principal deste interruptor de circuito simulado e a carcasa exterior para crear un espazo de 4 mm. Usa unha llave dinamométrica para apertalo con un torque de 10 Nm, e usa a tapa final deformada e hundida da cuarta etapa. Marcála con unha liña de trazado. Empúlxao ao interior da cámara de rodaxe mecánica para a rodaxe mecánica. A contaxe inicial é 5.810 (véxase a Figura 10).

Durante o proceso de proba, descubriuse que cando o contador alcanzou 551 operacións, a tapa final comezou a girar lixeiramente respecto á posición inicial (véxase a Figura 11); cando a contaxe aumentou a 820 operacións, a tapa final girou lixeiramente respecto á posición aos 551 operacións (véxase a Figura 12); cando a contaxe alcanzou 1.122 operacións, a molla de disparo estaba visiblemente afrouxada a simple vista (véxase a Figura 13); cando a contaxe aumentou a 1.261 operacións, a molla de disparo caiu (véxase a Figura 14).

Resumo do Proceso de Proba

O deseño do eixe principal do mecanismo de manexo de molla EIB está baseado no deseño da empresa belga EIB. Despois de que os brazos de manivela están posicionados correctamente, os parafusos de ambos os lados están apertados ao valor de torque especificado. As arandelas de molla (feitas de acero de molla) úsanse para antideslizamento mediante fricción. Despois do montaxe, as arandelas son achatadas, e a súa forza de rebote mantén a forza de aperto e a fricción entre os filos. Este deseño de estrutura do eixe e as medidas de antideslizamento demostráronse confiables nas probas de vida mecánica de tipo no Instituto de Investigación Eléctrica de China (CEPRI).

Problemas Iniciais do Eixe Principal do Mecanismo EIB

No proceso de montaxe inicial, os obreros tiñan que axustar mangas de diferentes graos de tolerancia para equilibrar as dimensións, facendo que a calidade do montaxe fose inconsistente e difícil de controlar. Despois de montar o eixe principal do interruptor de circuito, os erros acumulativos causaron desvío de lonxitude axial entre o eixo dentado interno e a manga externa. Cando os parafusos se apertaron ao valor de torque especificado, o centro das tapas finais hundíuse cara adentro. Dado que as tapas finais están feitas de materiais elásticos non de acero de molla, non poden recuperarse despois da deformación. Ademais, a manga do eixe pode arrastrarse debido aos impactos durante a operación, o que pode reducir gradualmente o torque de aperto dos parafusos (sen cambios obvios nos elementos de fijación como parafusos e tapas finais ata que o torque debilitase significativamente). A manutención convencional tamén ten dificultades para aplicar suficiente torque con llaves comúns. Finalmente, cando o torque cae por debaixo de 10 Nm, as tapas finais aceleran o afrouxamento, destruíndo o efecto de antideslizamento das arandelas de molla.

Proceso Melorado

Para eliminar o debilitamento do torque debido ao hundimento das tapas finais, o proceso foi axustado: despois do montaxe xeral, engádanse xuntas de axuste de maneira uniforme para o equilibrio. Aplica-se adhesivo de bloqueo de roscas aos parafusos, que entón se apertan a 45 Nm con unha llave dinamométrica. Con as xuntas instaladas, xa non hai espazo para que as tapas finais se hundan cara adentro. As tapas finais non reducirán gradualmente o torque de aperto debido á deformación plástica, asegurando un funcionamento estable e fiable do interruptor de circuito ao longo da súa vida útil con suficiente torque.

Medidas de Rectificación

Para o interruptor de circuito con esta fallo, como se amosa na Figura 15, instálanse xuntas de axuste. Despois de alinear a cara final do eixo principal interno coa manga exterior, fíxao con parafusos. Aplica-se adhesivo de bloqueo de roscas aos parafusos e úsame unha llave dinamométrica para apertalos a un torque de 45 Nm.

Para prevenir a ocorrencia destes eventos de baixa probabilidade, realiza unha inspección comprehensiva dos interruptores de circuito que xa están en servizo, e instala xuntas de axuste en consecuencia para asegurar que os interruptores de circuito en servizo poidan funcionar normal e fiabelmente.

Conclusión

Este artigo centrase na situación do interruptor de circuito de alta tensión a corrente alternada que non se abre correctamente. Mediante análise de simulación e verificación experimental, analízanse as causas da caída da molla de disparo. Descubríuse que a arandela final se deforma debido ao espacio do eixo principal, e despois, após vibracións a longo prazo de peche e apertura, a molla de disparo cae, resultando en que o interruptor de circuito non se abra. Para iso, propóñese unha solución, e a viabilidade da solución demostrase detalladamente. Propóñense medidas de rectificación correspondentes, para eliminar a fallo, restaurar o uso normal do interruptor de circuito de alta tensión a vácuo, e asegurar a produción normal da empresa.