Analyse en bespreking van de hoofdasfout van de vacuumschakelaar in het EIB-mechanisme

Een vacuümschakelaar is een type schakelaar waarbij zowel het boogdoofmedium als het isolatiemedium in de tussenruimte tussen de contacten na het doven van de boog vacuüm zijn. Als bescherming en regelingsunit voor elektrische apparatuur en stroomaangedreven apparatuur in industriële en mijnbouwbedrijven hebben binnenste wisselstroom hogespanningsvacuümschakelaars diverse toepassingen en kunnen ze worden geïnstalleerd in vaste kasten, middelgeplaatste kasten en dubbele lagen kasten. Als cruciaal elektrisch apparaat onder de schakelapparatuur zijn hogespanningschakelaars geschikt voor plaatsen die frequente bediening op de nominale werkingsspanning of meerdere onderbrekingen van korte-slagspanningen vereisen.

Dit artikel analyseert het probleem dat de schakelaar van de EIB-vacuümschakelaar niet goed kan openen of sluiten door frequente bediening. Door experimenten is ontdekt dat het afvallen van de uitsprongveer aan de rechterkant van de hoofdas de oorzaak is van het onvermogen van de schakelaar om correct te openen of te sluiten. Er wordt een verbetermaatregel voorgesteld om verstelringen te installeren om de normale werking van de schakelaar te waarborgen, wat bepaalde referentiewaarde heeft voor de veiligheidsconstructie van de productie van ondernemingen.

Opbouw van de Vacuümschakelaar

Een vacuümschakelaar bestaat voornamelijk uit componenten zoals een vacuümboogdoofkamer, een bedieningsmechanisme en een steun.

Vacuümboogdoofkamer

Ook bekend als een vacuümschakelaarbuis, werkt de vacuümboogdoofkamer op het principe van het gebruik van de uitstekende isolatie-eigenschappen van het vacuümmedium in de buis, waardoor het medium- en hoogspanningscircuit snel de boog kan doven en de stroom kan onderbreken nadat de voeding is afgesneden. De belangrijkste structuren zijn als volgt:

• Luchtdichte Isolatiesysteem: Dit is een gesloten container in een vacuümomgeving, voornamelijk bestaande uit een luchtdichte isolatiecilinder, een beweegbare eindplaat, een vaste eindplaat en een roestvrijstalen bellen. Voor de luchtdichtheid zijn strikte werkprocessen vereist voor de verbindingsvoegen. Daarnaast zijn materialen met uiterst lage luchtdoorlatendheid nodig, en moet de interne gasuitstoot ook tot een minimumwaarde worden beperkt.

• Geleidingsysteem: Het bestaat voornamelijk uit een vast elektrode en een beweegbare elektrode. De vaste elektrode omvat een vast contact, een vaste geleider en een vaste boogloopoppervlak, terwijl de beweegbare elektrode een beweegbaar contact, een beweegbare geleider en een beweegbaar boogloopoppervlak omvat. De contactstructuurtypes kunnen grofweg worden ingedeeld in het transversale magnetische veldtype met een spiraalgroef boogloopoppervlak, het longitudinale magnetische veldtype en het cilindrische type. Het bedieningsmechanisme brengt de twee contacten bij elkaar door de beweging van de beweegbare geleider, waarmee de circuitverbinding wordt voltooid.

• Schilderingssysteem: Het bestaat voornamelijk uit een schilderingcilinder, een schilderingkap en andere apparaten. Momenteel veel gebruikte schilderingkappen omvatten types zoals de bellen schilderingkap en de hoofdschilderingkap rond de contacten. De hoofdschilderingkap kan de lokale veldsterkte verminderen, de uniformiteit van de interne elektrische veldverdeling van de boogdoofkamer verbeteren, wat gunstig is voor de miniaturisering van de vacuümboogdoofkamer. Tegelijkertijd kan het voorkomen dat de boogproducten tijdens het booggangproces op de binnenwand van de isolatiehuisvesting spatten, waardoor de isolatie-effectiviteit van de huisvesting niet wordt beïnvloed door boogontlading. Het kan ook boogenergie absorberen, boogproducten condenseren en de herstel van de dielectrica-sterkte in de post-boogopening versnellen.

Bedieningsmechanisme

Verschillende soorten schakelaars gebruiken verschillende bedieningsmechanismen. Vaak gebruikte bedieningsmechanismen omvatten veerbedieningsmechanismen, IEE-Business veer-energieopslagbedieningsmechanismen, CT8 veer-energieopslagbedieningsmechanismen, CT19 veer-energieopslagbedieningsmechanismen, CD10 elektromagnetische bedieningsmechanismen, CD17 elektromagnetische bedieningsmechanismen, enz. Onder hen heeft het veerbedieningsmechanisme de voordelen van kleine afmetingen, kleine sluitstroom en hoge betrouwbaarheid, en wordt momenteel breed toegepast in schakelapparatuur van verschillende spanningenniveaus.

Functie en Principe van de Vacuümschakelaar

Functie en Kenmerken

Onder normale bedrijfsomstandigheden kan een vacuümschakelaar die voldoet aan de technische parameterbereik zijn veilige en betrouwbare werking in het elektriciteitsnetwerk van het overeenkomstige spanningenniveau garanderen. De mechanische levensduur van een vacuümschakelaar is ongeveer 20.000 keer, en het aantal volledige kortsluitstroomonderbrekingen is 50 keer. Het kan frequent worden bediend of meerdere keren kortsluitstroom onderbreken binnen het werkingsspanningsbereik. Hogespanningsvacuümschakelaars hebben de voordelen van hoge betrouwbaarheid, alleweerse bedrijf, vrij van onderhoud, complete functies, goede wisselbaarheid en sterke algehele bruikbaarheid, en kan worden toegepast op herinschakelbewerkingen met verschillende kenmerken. Vacuümschakelaars maken gebruik van een verticaal isolatiecilinder en een solide isolatiestructuur - geïntegreerde massieve verzegelde polen, die bestand zijn tegen de invloed van verschillende speciale omgevingen en vrij zijn van onderhoud. Tegelijkertijd hebben vacuümschakelaars meerdere gebruiksmethoden, die kunnen worden geïnstalleerd op een vaste manier, gebruikt op een intrekbaar manier, of geïnstalleerd op een frame.

Inleiding tot het Principe

Wanneer de beweegbare en vaste contacten van een vacuümschakelaar onder spanning worden geopend, wordt er een vacuümboog tussen de contacten gegenereerd. De boog verhoogt de oppervlaktemperatuur van de contacten, waardoor metaalstoom op het contactoppervlak verschijnt. Op basis van de speciale vorm van de contacten, wanneer stroom doorloopt, beweegt de boog zich snel langs de raaklijn van het contactoppervlak onder de werking van het magnetisch veld dat het genereert. De metaalstoom en geladen deeltjes in de boogkolom diffunderen continu naar buiten, en de dichtheid van de metaalstoom en geladen deeltjes blijft afnemen. Wanneer de boog natuurlijk nul passeert, herstelt het medium tussen de contacten zich snel van geleider naar isolator, de stroom wordt onderbroken, en de boog wordt gedoofd.

Samenvatting en Analyse van de Storingsoorzaak

Bij de analyse van de situatie waarin de vacuümschakelaar niet kan openen of niet volledig kan openen door frequente bediening, blijkt uit de inspectie ter plaatse dat de bout aan de rechterkant van de hoofdas losraakt, waardoor de uitsprongveer aan de rechterkant valt en tegelijkertijd op de hoofdas vast komt te zitten. Het mechanisme's uitspringen is alleen afhankelijk van de uitsprongveer aan de linkerkant van de hoofdas, wat resulteert in de schakelaar die niet volledig kan openen. Hoewel de kans op optreden van deze storing relatief klein is, kan het optreden ervan nog steeds leiden tot productieveiligheidsincidenten. Daarom is het nodig om de oorzaak van de storing te analyseren, potentiële veiligheidsrisico's te elimineren en veilige productie te waarborgen.

Oplossing en Verificatieplan

De bouten die de uitsprongveren aan beide zijden van de hoofdas van de EIB-mechanisme schakelaar fixeren, zijn gewone bouten + veerschijven (zie Figuur 1). Na jarenlang frequente schakeling, valt de bout die de uitsprongveer aan de rechterkant van de hoofdas fixeert, door trillingen los, waardoor de uitsprongveer aan de rechterkant valt en tegelijkertijd op de hoofdas vast komt te zitten. Het mechanisme's uitspringen is alleen afhankelijk van de uitsprongveer aan de linkerkant van de hoofdas, wat resulteert in de schakelaar die niet volledig kan openen. Via een inspectie ter plaatse wordt ontdekt dat er een axiale lengteverschil van ongeveer 4 mm is tussen de splineschacht aan de rechterkant van de hoofdas en de behuizing, en dat de eindplaat is vervormd en naar binnen is ingezakt (zie Figuur 2). Ter beantwoording aan deze storing, namelijk de schakelaarstoring veroorzaakt door het afvallen van de uitsprongveer door het losraken van de eindbout van de sluit- en openschakel hoofdas, wordt voor verificatie een schakelaar met een overeenkomstige structuur opnieuw samengesteld voor foutsimulatie:

Pas de axiale lengte tussen de splineschacht aan de rechterkant van de hoofdas van deze gesimuleerde schakelaar en de behuizing aan om een opening van ongeveer 4 mm te creëren (zie Figuur 3), en gebruik een krachtsleutel om het met een kracht van 45 Nm aan te draaien. Duw het in de mechanische loop-in-kamer voor mechanische loop-in. De initiële tellerstand is 26 keer, en de eindplaat toont een licht ingezakte verschijnsel na aandraaien. Het proces wordt weergegeven in Figuur 4.

Kortom, wanneer de gespecificeerde kracht 45 Nm is, blijft het zelfs bij een axiale lengte tussen de asmantel en de splineschacht van 4 mm en een vervormde en ingezakte eindplaat goed vast tot meer dan 2.200 operaties. Dan gaat het verder naar de verificatie van de tweede fase.

Pas de axiale lengte tussen de splineschacht aan de rechterkant van de hoofdas van deze gesimuleerde schakelaar en de behuizing aan om een 4-mm opening te creëren. Gebruik een krachtsleutel om het met een kracht van 35 Nm aan te draaien, en gebruik de vervormde en ingezakte eindplaat van fase 1. Markeer het met een slijpspoor. Duw het in de mechanische loop-in-kamer voor mechanische loop-in. De initiële tellerstand is 2.252. Kortom, wanneer de kracht 35 Nm is, blijft het zelfs bij een axiale lengte tussen de asmantel en de splineschacht van 4 mm en een vervormde en ingezakte eindplaat goed vast tot meer dan 1.887 operaties. Dan gaat het verder naar de verificatie van de derde fase (zie Figuur 6).

Pas de axiale lengte tussen de splineschacht aan de rechterkant van de hoofdas van deze gesimuleerde schakelaar en de behuizing aan om een 4-mm opening te creëren. Gebruik een krachtsleutel om het met een kracht van 20 Nm aan te draaien, en gebruik de vervormde en ingezakte eindplaat van de derde fase. Markeer het met een slijpspoor. Duw het in de mechanische loop-in-kamer voor mechanische loop-in. De initiële tellerstand is 4.139 (zie Figuur 7).

Kortom, wanneer de kracht 20 Nm is, blijft het zelfs bij een axiale lengte tussen de asmantel en de splineschacht van 4 mm en een vervormde en ingezakte eindplaat goed vast tot meer dan 1.671 operaties. Dan gaat het verder naar de verificatie van de vierde fase (zie Figuur 8 en Figuur 9).

Pas de axiale lengte tussen de splineschacht aan de rechterkant van de hoofdas van deze gesimuleerde schakelaar en de behuizing aan om een 4-mm opening te creëren. Gebruik een krachtsleutel om het met een kracht van 10 Nm aan te draaien, en gebruik de vervormde en ingezakte eindplaat van de vierde fase. Markeer het met een slijpspoor. Duw het in de mechanische loop-in-kamer voor mechanische loop-in. De initiële tellerstand is 5.810 (zie Figuur 10).

Tijdens het testproces werd ontdekt dat wanneer de teller 551 operaties bereikte, de eindplaat begon te draaien ten opzichte van de initiële positie (zie Figuur 11); wanneer de teller toenam tot 820 operaties, draaide de eindplaat ten opzichte van de positie bij 551 operaties (zie Figuur 12); wanneer de teller 1.122 operaties bereikte, was de uitsprongveer met het blote oog zichtbaar los (zie Figuur 13); wanneer de teller toenam tot 1.261 operaties, viel de uitsprongveer af (zie Figuur 14).

Samenvatting van het Testproces

Het asontwerp van het IEE-Business veerbedieningsmechanisme is gebaseerd op het ontwerp van het Belgische IEE-Business bedrijf. Nadat de krukarmen nauwkeurig zijn gepositioneerd, worden de bouten aan beide zijden aangedraaid tot de gespecificeerde krachtwaarde. Veerschijven (gemaakt van veerstaal) worden gebruikt voor anti-loslopen via wrijving. Na montage worden de schijven platgedrukt, en hun terugkaatskracht behoudt de knellende kracht en wrijving tussen de draden. Deze asconstructie en anti-loslopenmaatregelen werden betrouwbaar bevonden in mechanische levensduurtypetests bij het China Electric Power Research Institute (CEPRI).

Vroege Procesproblemen van de IEE-Business Mechanisme As

In het vroege montageproces moesten arbeiders mouwen van verschillende toleranceklassen aanpassen om dimensies in evenwicht te brengen, waardoor de montagekwaliteit ongelijkmatig was en moeilijk te controleren. Na het monteren van de schakelaaras, veroorzaakten cumulatieve fouten afwijkingen in de axiale lengte tussen de interne splineschacht en externe mantel. Wanneer de bouten werden aangedraaid tot de gespecificeerde kracht, zou het midden van de eindplaten naar binnen zakken. Aangezien de eindplaten gemaakt zijn van niet-veerstaal elastische materialen, kunnen ze niet herstellen na vervorming. Bovendien kan de asmantel door inslagen tijdens bedrijf kruipen, wat geleidelijk de aandraai kracht van de bouten kan verminderen (met geen duidelijke veranderingen in fasteners zoals bouten en eindplaten totdat de kracht aanzienlijk afneemt). Conventioneel onderhoud kan ook moeilijk voldoende kracht toepassen met gewone sleutels. Uiteindelijk, wanneer de kracht onder 10 Nm daalt, versnellen de eindplaten het loslopen, waardoor het anti-loslopen effect van de veerschijven wordt vernietigd.

Verbeterd Proces

Om het verminderen van de kracht door het naar binnen zakken van de eindplaten te elimineren, werd het proces aangepast: na de algemene montage worden uniform verstelringen toegevoegd voor balans. Draadverzegelende lijm wordt aangebracht op de bouten, die vervolgens met een krachtsleutel tot 45 Nm worden aangedraaid. Met de verstelringen geïnstalleerd, is er geen ruimte meer voor de eindplaten om naar binnen te zakken. De eindplaten zullen de aandraai kracht niet geleidelijk verminderen door plastische vervorming, waardoor stabiele en betrouwbare werking van de schakelaar gedurende de hele levensduur onder voldoende kracht wordt gegarandeerd.

Correctie Maatregelen

Voor de schakelaar met dit defect, zoals getoond in Figuur 15, installeer verstelringen. Na het uitlijnen van het einde van de interne hoofdas met de externe mantel, vergrendel het met bouten. Breng draadverzegelende lijm aan op de bouten en gebruik een krachtsleutel om ze tot een kracht van 45 Nm aan te draaien.

Om het optreden van dergelijke lage-kansgebeurtenissen te voorkomen, voer een grondige inspectie uit van de schakelaars die in bedrijf zijn gesteld, en installeer daarbij verstelringen om te zorgen dat de in-bedrijf-gestelde schakelaars normaal en betrouwbaar kunnen werken.

Conclusie

Dit artikel richt zich op de situatie waarin de wisselstroom hogespanningsvacuümschakelaar niet goed kan openen. Door middel van simulatieanalyse en experimentele verificatie, wordt de oorzaak van het afvallen van de uitsprongveer geanalyseerd. Het wordt gevonden dat de eindring vervormt door de hoofdasopening, en na langdurige sluit- en openschakelingen, valt de uitsprongveer af, waardoor de schakelaar niet kan openen. Hierop wordt een oplossing voorgesteld, en de haalbaarheid van de oplossing wordt gedetailleerd gedemonstreerd. Overeenkomstige correctie maatregelen worden voorgesteld, om zo de storing te elimineren, de normale werking van de hogespanningsvacuümschakelaar te herstellen en de normale productie van het bedrijf te waarborgen.