Analiza i rasprava o glavnoj grešci osnovnog vratila vakuumskog prekidnika u IEE-Business mehanizmu

Vakuumska prekidna jedinica je vrsta prekidne jedinice u kojoj su i sredstvo za ugasevanje lukova i izolacijsko sredstvo u razmaku između kontakata nakon ugasevanja luka vakuum. Kao zaštitni i kontrolni modul za električnu opremu i pogonsku opremu u industrijskim i rudarskim poduzećima, unutarnje AC visokonaponske vakuumske prekidne jedinice imaju raznolike primjene i mogu se instalirati u fiksne ormari, srednje montirane ormari i dvoslojne ormari. Kao ključni elektroenergetski uređaj među aparaturom za pripojivanje, visokonaponske prekidne jedinice su prikladne za mjesta gdje je potrebno često operiranje na navedenom radnom struju ili višeputno prekidanje struje kratkog spoja.

Ovaj rad analizira problem da se prekidna jedinica EIB vakuumske prekidne jedinice ne može pravilno otvoriti ili zatvoriti zbog čestog korištenja. Kroz eksperimente utvrđeno je da je uzrok nepravilnog otvaranja ili zatvaranja padanje odbojnog opruge s desne strane glavnog valja. Predlaže se poboljšanje u obliku instalacije prilagođenih štapića kako bi se osiguralo normalno funkcioniranje prekidne jedinice, što ima određeno referentno značenje za sigurnost proizvodnje poduzeća.

Struktura vakuumske prekidne jedinice

Vakuumska prekidna jedinica se uglavnom sastoji od komponenti poput vakuumske kamere za ugasevanje luka, mehanizma za upravljanje i nosača.

Vakuumska kamera za ugasevanje luka

Također poznata kao vakuumska prekidna cijev, princip rada vakuumske kamere za ugasevanje luka temelji se na iskoristavanju odličnih izolacijskih svojstava vakuumskog medija unutar cijevi, omogućujući brzo ugasevanje luka i prekid struje u srednjem i visokom naponu nakon prekida napajanja. Njena glavna struktura je sljedeća:

• Sustav hermetične izolacije: To je zatvorena posuda u vakuumskom okruženju, sastavljena uglavnom od hermetičnog izolacijskog cilindra, pokretnog kraja poklopca, fiksnog kraja poklopca i nerđajuće čelike bocasta guma. Za osiguranje hermetičnosti potrebni su strogi postupci za spajne mjesto. Također su potrebni materijali s izuzetno niskom propusnošću zraka, a emisija unutarnjeg plina također mora biti ograničena na najmanju vrijednost.

• Sustav provodnosti: Sastoji se uglavnom od fiksnog elektroda i pokretnog elektroda. Fiksan elektrod uključuje fiksni kontakt, fiksnu provodnu štapicu i fiksnu površinu za hod luka, dok pokretni elektrod uključuje pokretni kontakt, pokretnu provodnu štapicu i pokretnu površinu za hod luka. Tipovi strukture kontakata mogu se grobno podijeliti na transverzalni magnetski tip s spiralnim usjekom za hod luka, longitudinalni magnetski tip i valjkasti tip. Upravljački mehanizam dovodi dva kontakta bliže kretanjem pokretnog provodnog štapica, time završavajući vezu kruga.

• Sustav štitnica: Sastoji se uglavnom od štitnog cilindra, štitne kapule i drugih uređaja. Trenutno se najčešće koriste štitne kapule poput štitne kapule sa bocastom gumom i glavne štitne kapule oko kontakata. Glavna štitna kapula može smanjiti lokalnu intenzitet polja, poboljšati uniformnost raspodjele unutarnjeg električnog polja kamere za ugasevanje luka, što je prikladno za miniaturizaciju vakuumske kamere za ugasevanje luka. Također može sprečiti prskanje proizvoda luka na unutrašnju stijenu izolacijskog kućišta tijekom procesa luka, osiguravajući da izolacijski učinak kućišta nije utjecan na ispuštanje luka. Može apsorbirati energiju luka, kondenzirati proizvode luka i ubrzati oporavak dielektrične snage u razmaku nakon luka.

Upravljački mehanizam

Različite vrste prekidnih jedinica koriste različite upravljačke mehanizme. Često korištene upravljačke mehanizmi uključuju mahanove upravljačke mehanizme, IEE-Business mahanove upravljačke mehanizme, CT8 mahanove upravljačke mehanizme, CT19 mahanove upravljačke mehanizme, CD10 elektromagnetne upravljačke mehanizme, CD17 elektromagnetne upravljačke mehanizme itd. Među njima, mahanov upravljački mehanizam ima prednosti manjeg volumena, male struje zatvaranja i visoke pouzdanosti, te se trenutno široko koristi u aparaturi za pripojivanje različitih nivoea napona.

Funkcija i princip rada vakuumske prekidne jedinice

Funkcija i karakteristike

Pod normalnim uvjetima rada, vakuumska prekidna jedinica koja ispuni tehnički parametarski opseg može osigurati sigurno i pouzdano funkcioniranje u mreži odgovarajućeg nivoa napona. Mhani život vakuumske prekidne jedinice iznosi približno 20.000 puta, a broj prekida punog kapaciteta struje kratkog spoja je 50 puta. Može se često operirati ili višeputno prekinuti struju kratkog spoja unutar radnog dijela struje. Visokonaponske vakuumske prekidne jedinice imaju prednosti visoke pouzdanosti, rada u svim vremenskim uvjetima, bez održavanja, kompletnih funkcija, dobre zamjenjivosti i univerzalnosti, te mogu se primijeniti na ponovno zatvaranje s različitim karakteristikama. Vakuumske prekidne jedinice koriste vertikalni izolacijski cilindar i čvrstu izolacijsku strukturu - integrirane čvrsto zapečane stupne, koje mogu otpirati utjecaj različitih posebnih okruženja i nemaju održavanje. Uz to, vakuumske prekidne jedinice imaju više načina upotrebe, mogu se instalirati na fiksni način, koristiti na izvlačivi način ili instalirati na okvir.

Uvod u princip

Kada se pokretni i statični kontakti vakuumske prekidne jedinice otvore pod napajanjem, između kontakata nastaje vakuumski luk. Luk povišava temperaturu površine kontakata, uzrokujući pojavu metalnog para na površini kontakta. Na osnovu specifičnog oblika kontakata, kada struja prolazi, pod djelovanjem magnetskog polja koje generira, luk se brzo kreće duž tangencijalne smjernice površine kontakta. Metalni par i nabijeni čestice u stupcu luka neprekidno difundiraju van, a gustoća metala i nabijenih čestica stalno opada. Kada luk prirodno prođe nul-točku, sredstvo između kontakata brzo se oporavi od vodilja u izolator, struja se prekida, a luk se ugasi.

Sažetak i analiza uzroka greške

Analizirajući situaciju u kojoj vakuumska prekidna jedinica ne može otvoriti ili potpuno otvoriti zbog čestog korištenja, terenska inspekcija otkriva da je bolt na desnom kraju glavnog valja prepade, uzrokujući da desna odbojna opruga pasti i zarobi se na glavnom valju istodobno. Mekanizam odbijanja ovisi samo o odbojnoj opruzi s lijeve strane glavnog valja, što rezultira da se prekidna jedinica ne može potpuno otvoriti. Iako je vjerojatnost pojave ove greške relativno mala, njezino pojavljivanje može ipak dovesti do sigurnosnih incidenata u proizvodnji. Stoga je potrebno analizirati uzrok greške, eliminirati potencijalne opasnosti i osigurati sigurnu proizvodnju.

Rješenje i plan verifikacije

Vijci koji fiksiraju odbojne opruge s obje strane glavnog valja prekidne jedinice mehanizma IEE-Business su obični vijci + oprugaste proklate (vidi Sliku 1). Nakon godina čestog korištenja prekidne jedinice, vijak koji fiksira odbojnu oprugu s desne strane glavnog valja prepade zbog vibracija, uzrokujući da desna odbojna opruga pasti i zarobi se na glavnom valju istodobno. Mekanizam odbijanja ovisi samo o odbojnoj opruzi s lijeve strane glavnog valja, što rezultira da se prekidna jedinica ne može potpuno otvoriti. Terenskom inspekcijom utvrđeno je da postoji osni duljinski razmak od približno 4mm između zubastog valja s desne strane glavnog valja i spoljnog kućišta, a poklopac je deformiran i utonuo unutra (vidi Sliku 2). U odgovoru na ovu grešku, to jest, neuspjeh prekidne jedinice uzrokovan padanjem odbojne opruge zbog otkrčivanja krajnjeg vijka zatvaranja i otvaranja glavnog valja, za verifikaciju, rekonstruirana je prekidna jedinica s odgovarajućom strukturom za simulaciju greške:

Podesite osni duljinski razmak između zubastog valja s desne strane glavnog valja ove simulirane prekidne jedinice i spoljnog kućišta kako biste stvorili razmak od približno 4mm (vidi Sliku 3), i koristite momentni ključ da ga zakrcate momenatom od 45Nm. Ubacite ga u mehaničku prostoriju za probne radove. Početni broj pokreta je 26, a poklopac pokazuje blagu sunkenost nakon zakrcavanja. Proces prikazan je na Slici 4.

Zaključno, kada je zadani moment 45 Nm, čak i kada osni duljinski razmak između valjkastog kućišta i zubastog valja doseže 4 mm i poklopac bude deformiran i utonuo, ostaje dobro fiksiran sve do preko 2.200 radnji. Zatim slijedi verifikacija druge faze.

Podesite osni duljinski razmak između zubastog valja s desne strane glavnog valja ove simulirane prekidne jedinice i spoljnog kućišta kako biste stvorili razmak od 4 mm. Koristite momentni ključ da ga zakrcate momenatom od 35 Nm, i koristite deformirani i utonuti poklopac iz faze 1. Označite ga crtom. Ubacite ga u mehaničku prostoriju za probne radove. Početni broj je 2.252. Zaključno, kada je moment 35 Nm, čak i kada osni duljinski razmak između valjkastog kućišta i zubastog valja doseže 4 mm i poklopac bude deformiran i utonuo, ostaje dobro fiksiran sve do preko 1.887 radnji. Zatim slijedi verifikacija treće faze (vidi Sliku 6).

Podesite osni duljinski razmak između zubastog valja s desne strane glavnog valja ove simulirane prekidne jedinice i spoljnog kućišta kako biste stvorili razmak od 4 mm. Koristite momentni ključ da ga zakrcate momenatom od 20 Nm, i koristite deformirani i utonuti poklopac iz treće faze. Označite ga crtom. Ubacite ga u mehaničku prostoriju za probne radove. Početni broj je 4.139 (vidi Sliku 7).

Zaključno, kada je moment 20 Nm, čak i kada osni duljinski razmak između valjkastog kućišta i zubastog valja doseže 4 mm i poklopac bude deformiran i utonuo, ostaje dobro fiksiran sve do preko 1.671 radnji. Zatim slijedi verifikacija četvrte faze (vidi Sliku 8 i Sliku 9).

Podesite osni duljinski razmak između zubastog valja s desne strane glavnog valja ove simulirane prekidne jedinice i spoljnog kućišta kako biste stvorili razmak od 4 mm. Koristite momentni ključ da ga zakrcate momenatom od 10 Nm, i koristite deformirani i utonuti poklopac iz četvrte faze. Označite ga crtom. Ubacite ga u mehaničku prostoriju za probne radove. Početni broj je 5.810 (vidi Sliku 10).

Tijekom testiranja otkriveno je da se kada brojač doseže 551 radnja, poklopac počne blago rotirati u odnosu na početnu poziciju (vidi Sliku 11); kada se broj poveća na 820 radnji, poklopac blago rotira u odnosu na poziciju na 551 radnji (vidi Sliku 12); kada se broj doseže 1.122 radnje, odbojna opruga vidljivo oslabi na golom oku (vidi Sliku 13); kada se broj poveća na 1.261 radnju, odbojna opruga pada (vidi Sliku 14).

Sažetak testiranja

Dizajn glavnog valja mahanovog mehanizma IEE-Business temelji se na dizajnu belgijske tvrtke IEE. Nakon točnog pozicioniranja klinova, vijci s obje strane zakrcavaju do zadanih momenata. Koriste se oprugaste prokle (izrađene od oprugastog čelika) za sprječavanje otkrčivanja putem trenja. Nakon montaže, prokle se splaštavaju, a njihov povratni snažni zadržavaju silu zategivanja i trenje između niti. Ovaj dizajn glavnog valja i mjerodavnosti protiv otkrčivanja dokazali su se pouzdani u mehaničkim testovima životnog vremena u Institutu za istraživanje električne energije Kine (CEPRI).

Rani procesni problemi s glavnim valjem mehanizma IEE

U ranom montažnom procesu, radnici su morali prilagoditi rukave različitih tolerancijskih razreda kako bi balansirali dimenzije, što je dovodilo do nekonzistentne kvalitete montaže i teško kontroli. Nakon montaže glavnog valja prekidne jedinice, kumulativne greške su uzrokovale osni duljinski odstupanja između unutarnjeg zubastog valja i spoljnog rukava. Kada su vijci zakrcani do zadanog momenta, sredina poklopaca se presunula unutra. Budući da su poklopaci izrađeni od elastičnih materijala koji nisu iz oprugastog čelika, ne mogu se oporaviti nakon deformacije. Također, rukav glavnog valja može kričiti zbog udara tijekom rada, što može postepeno smanjiti moment zakrcavanja vijaka (bez značajnih promjena u privozima poput vijaka i poklopaca sve dok se moment značajno ne oslabi). Konvencionalno održavanje također teško može primijeniti dovoljan moment s običnim ključevima. Konačno, kada moment padne ispod 10 Nm, poklopaci ubrzano otkrčavaju, uništavajući anti-otkrčivanje efekt oprugastih prokli.

Poboljšani proces

Za eliminaciju oslabljenja momenta zbog unutrašnjeg presedenja poklopaca, proces je prilagođen: nakon ukupne montaže, ravnotežne štapići su jednoliko dodani. Na vijke nanosi se adheziv za zakrčavanje niti, a zatim se zakrcavaju momenatom od 45 Nm s momentnim ključem. S instaliranim štapićima više nema prostora za unutrašnje presedenje poklopaca. Poklopaci neće postepeno smanjiti moment zategivanja zbog plastične deformacije, osiguravajući stabilno i pouzdano funkcioniranje prekidne jedinice tijekom njenog životnog vremena pod dovoljnim momentom.

Mjere ispravka

Za prekidnu jedinicu s ovom greškom, kao što je prikazano na Slici 15, instalirajte ravnotežne štapiće. Nakon poravnavanja end face unutarnjeg glavnog valja s spoljnim rukavom, zaključite ga vijcima. Nanese se adheziv za zakrčavanje niti na vijke i koristi se momentni ključ da ih zakrcate momenatom od 45 Nm.

Da bi se spriječilo pojavljivanje takvih događaja s niskom vjerojatnošću, provedite opsežnu inspekciju prekidnih jedinica koje su već uvedene u eksploataciju i instalirajte ravnotežne štapiće kako biste osigurali da prekidne jedinice koje su uvedene u eksploataciju mogu raditi normalno i pouzdano.

Zaključak

Ovaj rad fokusira se na situaciju u kojoj visokonaponska AC vakuumska prekidna jedinica ne može pravilno otvoriti. Putem simulacije i eksperimentalne verifikacije, analizira se uzrok padanja odbojne opruge. Utvrđeno je da se gumeni poklopac deformira zbog razmaka glavnog valja, a zatim, nakon dugog vremena zatvaranja i otvaranja vibracija, odbojna opruga pada, uzrokujući da prekidna jedinica ne može otvoriti. Za to je predloženo rješenje, a detaljno je demonstrirana mogućnost rješenja. Predložene su odgovarajuće mjere ispravka kako bi se eliminirala greška, vratila normalna upotreba visokonaponske vakuumske prekidne jedinice i osigurala normalna proizvodnja poduzeća.