Analisis dan Pembahasan tentang Kerusakan Poros Utama pada Pemutus Sirkuit Vakum dalam Mekanisme EIB

Pemutus sirkuit vakum adalah jenis pemutus sirkuit di mana media padam busur dan media isolasi di antara kontak setelah pemadaman busur adalah vakum. Sebagai unit perlindungan dan kontrol untuk peralatan listrik dan peralatan bertenaga listrik di perusahaan industri dan pertambangan, pemutus sirkuit vakum AC indoor bertegangan tinggi memiliki berbagai aplikasi dan dapat dipasang di kabinet tetap, kabinet tengah, dan kabinet ganda. Sebagai perangkat listrik penting di antara peralatan switching, pemutus sirkuit bertegangan tinggi cocok untuk tempat yang memerlukan operasi sering pada arus kerja nominal atau pemutusan arus pendek beberapa kali.

Makalah ini menganalisis masalah switch dari pemutus sirkuit vakum IEE-Business yang gagal membuka atau menutup dengan benar karena operasi sering. Melalui percobaan, ditemukan bahwa pegas tripping di sisi kanan poros utama lepas adalah penyebab pemutus sirkuit tidak bisa membuka atau menutup dengan benar. Diusulkan langkah perbaikan dengan memasang cincin penyesuaian untuk memastikan operasi normal pemutus sirkuit, yang memiliki arti tertentu untuk konstruksi keselamatan produksi perusahaan.

Struktur Pemutus Sirkuit Vakum

Pemutus sirkuit vakum terutama terdiri dari komponen seperti ruang padam busur vakum, mekanisme operasi, dan dukungan.

Ruang Padam Busur Vakum

Juga dikenal sebagai tabung switch vakum, prinsip kerja ruang padam busur vakum adalah memanfaatkan sifat insulasi yang sangat baik dari media vakum di dalam tabung, memungkinkan sirkuit medium-tinggi untuk memadamkan busur dan memutuskan arus dengan cepat setelah pasokan listrik diputus. Struktur utamanya adalah sebagai berikut:

• Sistem Insulasi Ketat: Ini adalah wadah tertutup dalam lingkungan vakum, terutama terdiri dari silinder insulasi ketat, pelat tutup ujung gerak, pelat tutup ujung tetap, dan bellows baja tahan karat. Untuk memastikan kedap udara, proses operasi yang ketat diperlukan untuk sendi-seal. Selain itu, diperlukan bahan dengan permeabilitas udara yang sangat rendah, dan jumlah pelepasan gas internal juga perlu dibatasi ke nilai minimum.

• Sistem Konduktif: Terutama terdiri dari elektroda tetap dan elektroda gerak. Elektroda tetap mencakup kontak tetap, batang konduktif tetap, dan permukaan lari busur tetap, sementara elektroda gerak mencakup kontak gerak, batang konduktif gerak, dan permukaan lari busur gerak. Jenis struktur kontak dapat dibagi menjadi tipe medan magnet transversal dengan permukaan lari busur berbentuk spiral, tipe medan magnet longitudinal, dan tipe silinder. Mekanisme operasi membuat dua kontak menutup melalui gerakan batang konduktif gerak, sehingga menyelesaikan sambungan sirkuit.

• Sistem Pelindung: Terutama terdiri dari silinder pelindung, penutup pelindung, dan perangkat lainnya. Penutup pelindung yang umum digunakan saat ini termasuk jenis penutup pelindung bellows dan penutup pelindung utama yang mengelilingi kontak. Penutup pelindung utama dapat mengurangi kekuatan medan lokal, meningkatkan keuniforman distribusi medan listrik internal ruang padam busur, yang menguntungkan bagi miniaturisasi ruang padam busur vakum. Pada saat yang sama, dapat mencegah produk busur menyemprot ke dinding dalam rumah insulasi selama proses busur, memastikan efek isolasi rumah tidak terpengaruh oleh pelepasan busur. Dapat juga menyerap energi busur, mengkondensasi produk busur, dan mempercepat pemulihan daya dielektrik di celah pasca-busur.

Mekanisme Operasi

Pemutus sirkuit jenis yang berbeda menggunakan mekanisme operasi yang berbeda. Mekanisme operasi yang umum digunakan termasuk mekanisme operasi pegas, mekanisme penyimpanan energi pegas IEE-Business, mekanisme penyimpanan energi pegas CT8, mekanisme penyimpanan energi pegas CT19, mekanisme operasi elektromagnetik CD10, mekanisme operasi elektromagnetik CD17, dll. Di antaranya, mekanisme operasi pegas memiliki keunggulan ukuran kecil, arus penutupan kecil, dan keandalan tinggi, dan saat ini banyak digunakan dalam peralatan switching berbagai level tegangan.

Fungsi dan Prinsip Pemutus Sirkuit Vakum

Fungsi dan Karakteristik

Dalam kondisi operasi normal, pemutus sirkuit vakum yang memenuhi rentang parameter teknis dapat memastikan operasi aman dan andal di jaringan listrik dengan level tegangan yang sesuai. Umur mekanis pemutus sirkuit vakum sekitar 20.000 kali, dan jumlah pemutusan arus pendek penuh adalah 50 kali. Dapat dioperasikan sering atau memutus arus pendek beberapa kali dalam rentang arus kerja. Pemutus sirkuit vakum bertegangan tinggi memiliki keunggulan keandalan tinggi, operasi sepanjang waktu, bebas perawatan, fungsi lengkap, interchangability bagus, dan versatilitas kuat, dan dapat diterapkan pada operasi reclosing dengan berbagai karakteristik. Pemutus sirkuit vakum menggunakan silinder insulasi vertikal dan struktur insulasi padat - tiang tiang padat yang terintegrasi, yang dapat menahan pengaruh berbagai lingkungan khusus dan bebas perawatan. Sementara itu, pemutus sirkuit vakum memiliki beberapa cara penggunaan, yang dapat dipasang secara tetap, digunakan secara tarik, atau dipasang pada rangka.

Pengantar Prinsip

Ketika kontak gerak dan kontak statis pemutus sirkuit vakum dibuka saat terisi, busur vakum akan terbentuk di antara kontak. Busur meningkatkan suhu permukaan kontak, menyebabkan uap logam muncul di permukaan kontak. Berdasarkan bentuk khusus kontak, ketika arus melewati, di bawah pengaruh medan magnet yang dihasilkan, busur bergerak dengan cepat sepanjang arah tangensial permukaan kontak. Uap logam dan partikel bermuatan di kolom busur terus-menerus menyebar keluar, dan kepadatan uap logam dan partikel bermuatan terus berkurang. Ketika busur secara alami melewati nol, media di antara kontak dengan cepat pulih dari konduktor menjadi isolator, arus diputus, dan busur padam.

Rangkuman dan Analisis Penyebab Kegagalan

Menganalisis situasi di mana pemutus sirkuit vakum gagal membuka atau tidak sepenuhnya membuka karena operasi sering, pemeriksaan lapangan menunjukkan bahwa baut di ujung kanan poros utama switch lepas, menyebabkan pegas tripping di sisi kanan jatuh dan tersangkut pada poros utama pada saat yang sama. Mekanisme tripping hanya bergantung pada pegas tripping di sisi kiri poros utama, sehingga switch tidak membuka sepenuhnya. Meskipun probabilitas terjadinya kegagalan ini relatif kecil, namun kejadiannya masih dapat menyebabkan kecelakaan keselamatan produksi. Oleh karena itu, perlu menganalisis penyebab kegagalan, menghilangkan potensi bahaya, dan memastikan produksi yang aman.

Solusi dan Rencana Verifikasi

Sekrup yang mengunci pegas tripping di kedua sisi poros utama switch pemutus sirkuit mekanisme IEE-Business adalah sekrup biasa + washer pegas (lihat Gambar 1). Setelah bertahun-tahun operasi switch yang sering, sekrup yang mengunci pegas tripping di sisi kanan poros utama lepas karena getaran, menyebabkan pegas tripping di sisi kanan jatuh dan tersangkut pada poros utama pada saat yang sama. Mekanisme tripping hanya bergantung pada pegas tripping di sisi kiri poros utama, sehingga switch tidak membuka sepenuhnya. Melalui investigasi lapangan, ditemukan ada perbedaan panjang aksial sekitar 4mm antara poros spline di sisi kanan poros utama dan casing luar, dan penutup ujung telah berubah bentuk dan cekung ke dalam (lihat Gambar 2). Sehubungan dengan kegagalan ini, yaitu kegagalan pemutus sirkuit yang disebabkan oleh pegas tripping yang lepas karena longgarnya sekrup ujung poros penutup dan pembuka, untuk verifikasi, pemutus sirkuit dengan struktur yang sesuai kemudian dirakit ulang untuk simulasi kegagalan:

Sesuaikan panjang aksial antara poros spline di sisi kanan poros utama pemutus sirkuit simulasi ini dan casing luar untuk membuat celah sekitar 4mm (lihat Gambar 3), dan gunakan kunci momen untuk mengencangkannya dengan momen 45Nm. Dorong ke dalam ruang running-in mekanis. Pembacaan awal adalah 26 kali, dan penutup ujung menunjukkan fenomena cekung ringan setelah dikencangkan. Proses ditunjukkan pada Gambar 4.

Kesimpulannya, ketika momen yang ditentukan adalah 45 Nm, meskipun panjang aksial antara sleeve shaft dan poros spline mencapai 4 mm dan penutup ujung berubah bentuk dan cekung, tetap terkunci dengan baik hingga lebih dari 2.200 operasi. Kemudian, dilanjutkan ke tahap verifikasi kedua.

Sesuaikan panjang aksial antara poros spline di sisi kanan poros utama pemutus sirkuit simulasi ini dan casing luar untuk membuat celah 4-mm. Gunakan kunci momen untuk mengencangkannya dengan momen 35 Nm, dan gunakan penutup ujung yang berubah bentuk dan cekung dari tahap 1. Tandai dengan garis gores. Dorong ke dalam ruang running-in mekanis. Hitungan awal adalah 2.252. Kesimpulannya, ketika momen adalah 35 Nm, meskipun panjang aksial antara sleeve shaft dan poros spline mencapai 4 mm dan penutup ujung berubah bentuk dan cekung, tetap terkunci dengan baik hingga lebih dari 1.887 operasi. Kemudian, dilanjutkan ke tahap verifikasi ketiga (lihat Gambar 6).

Sesuaikan panjang aksial antara poros spline di sisi kanan poros utama pemutus sirkuit simulasi ini dan casing luar untuk membuat celah 4-mm. Gunakan kunci momen untuk mengencangkannya dengan momen 20 Nm, dan gunakan penutup ujung yang berubah bentuk dan cekung dari tahap ketiga. Tandai dengan garis gores. Dorong ke dalam ruang running-in mekanis. Hitungan awal adalah 4.139 (lihat Gambar 7).

Kesimpulannya, ketika momen adalah 20 Nm, meskipun panjang aksial antara sleeve shaft dan poros spline mencapai 4 mm dan penutup ujung berubah bentuk dan cekung, tetap terkunci dengan baik hingga lebih dari 1.671 operasi. Kemudian, dilanjutkan ke tahap verifikasi keempat (lihat Gambar 8 dan Gambar 9).

Sesuaikan panjang aksial antara poros spline di sisi kanan poros utama pemutus sirkuit simulasi ini dan casing luar untuk membuat celah 4-mm. Gunakan kunci momen untuk mengencangkannya dengan momen 10 Nm, dan gunakan penutup ujung yang berubah bentuk dan cekung dari tahap keempat. Tandai dengan garis gores. Dorong ke dalam ruang running-in mekanis. Hitungan awal adalah 5.810 (lihat Gambar 10).

Selama proses pengujian, ditemukan bahwa ketika hitungan mencapai 551 operasi, penutup ujung mulai berputar sedikit relatif terhadap posisi awal (lihat Gambar 11); ketika hitungan meningkat menjadi 820 operasi, penutup ujung berputar sedikit relatif terhadap posisi pada 551 operasi (lihat Gambar 12); ketika hitungan mencapai 1.122 operasi, pegas tripping tampak longgar dengan mata telanjang (lihat Gambar 13); ketika hitungan meningkat menjadi 1.261 operasi, pegas tripping jatuh (lihat Gambar 14).

Ringkasan Proses Pengujian

Desain spindle mekanisme operasi pegas IEE-Business didasarkan pada desain Perusahaan EIB Belgia. Setelah lengan engkol ditempatkan dengan akurat, sekrup di kedua sisi dikencangkan hingga nilai momen yang ditentukan. Washer pegas (terbuat dari baja pegas) digunakan untuk anti-longgar melalui gesekan. Setelah perakitan, washer menjadi rata, dan gaya pantul mereka mempertahankan tekanan dan gesekan antara benang. Desain struktur spindle dan langkah-langkah anti-longgar ini terbukti andal dalam uji tipe umur mekanis di China Electric Power Research Institute (CEPRI).

Masalah Proses Awal Spindle Mekanisme IEE-Business

Dalam proses perakitan awal, pekerja harus menyesuaikan sleve dengan toleransi grade yang berbeda untuk menyeimbangkan dimensi, membuat kualitas perakitan tidak konsisten dan sulit dikendalikan. Setelah spindle pemutus sirkuit dirakit, kesalahan kumulatif menyebabkan penyimpangan panjang aksial antara poros spline internal dan sleve eksternal. Ketika sekrup dikencangkan hingga momen yang ditentukan, bagian tengah penutup ujung akan cekung ke dalam. Karena penutup ujung terbuat dari bahan elastis non-baja pegas, mereka tidak dapat pulih setelah deformasi. Selain itu, sleve spindle mungkin merayap karena dampak selama operasi, yang mungkin secara bertahap mengurangi momen pengencangan sekrup (dengan tidak ada perubahan yang jelas pada fastener seperti sekrup dan penutup ujung sampai momen melemah secara signifikan). Perawatan rutin juga sulit menerapkan momen yang cukup dengan kunci biasa. Akhirnya, ketika momen turun di bawah 10 Nm, penutup ujung mempercepat longgar, menghancurkan efek anti-longgar washer pegas.

Proses yang Ditingkatkan

Untuk menghilangkan melemahnya momen karena penutup ujung cekung, proses disesuaikan: setelah perakitan keseluruhan, tambahkan shim penyesuaian secara merata untuk menyeimbangkan. Adhesif pengunci benang diterapkan pada sekrup, yang kemudian dikencangkan hingga 45 Nm dengan kunci momen. Dengan shim terpasang, tidak ada lagi ruang untuk penutup ujung cekung ke dalam. Penutup ujung tidak akan secara bertahap mengurangi momen pengencangan karena deformasi plastis, memastikan operasi stabil dan andal pemutus sirkuit sepanjang masa pakainya dengan momen yang cukup.

Tindakan Koreksi

Untuk pemutus sirkuit dengan kegagalan ini, seperti ditunjukkan pada Gambar 15, pasang shim penyesuaian. Setelah menyelaraskan bidang ujung poros utama internal dengan sleve luar, kunci dengan sekrup. Terapkan adhesif pengunci benang pada sekrup dan gunakan kunci momen untuk mengencangkannya hingga momen 45 Nm.

Untuk mencegah terjadinya peristiwa berprobabilitas rendah ini, lakukan pemeriksaan menyeluruh terhadap pemutus sirkuit yang telah beroperasi, dan pasang shim penyesuaian secara sesuai untuk memastikan pemutus sirkuit yang beroperasi dapat bekerja normal dan andal.

Kesimpulan

Makalah ini fokus pada situasi di mana pemutus sirkuit vakum AC bertegangan tinggi gagal membuka dengan benar. Dengan analisis simulasi dan verifikasi eksperimental, menganalisis penyebab pegas tripping yang lepas. Ditemukan bahwa gasket ujung berubah bentuk karena celah poros utama, dan setelah getaran penutupan dan pembukaan jangka panjang, pegas tripping lepas, menyebabkan pemutus sirkuit tidak bisa membuka. Untuk hal ini, diusulkan solusi, dan kelayakan solusi tersebut dijelaskan secara detail. Tindakan koreksi yang sesuai diajukan, sehingga menghilangkan kegagalan, memulihkan penggunaan normal pemutus sirkuit vakum bertegangan tinggi, dan memastikan produksi normal perusahaan.