Анализ и обсуждение неисправности главного вала вакуумного выключателя в механизме EIB

Вакуумный выключатель — это тип выключателя, в котором среда для гашения дуги и изолирующая среда в промежутке между контактами после гашения дуги являются вакуумом. В качестве защитного и управляющего устройства для электротехнического оборудования и электрооборудования на промышленных и горнодобывающих предприятиях, внутренние высоковольтные вакуумные выключатели имеют разнообразные применения и могут быть установлены в неподвижных шкафах, средних шкафах и двухъярусных шкафах. Как важное электрическое устройство среди коммутационной аппаратуры, высоковольтные выключатели подходят для мест, где требуется частая работа при номинальном рабочем токе или многократное прерывание короткого замыкания.

В данной статье анализируется проблема неправильного открытия или закрытия выключателя IEE-Business вакуумного типа из-за частых операций. В результате экспериментов было обнаружено, что причиной неправильного открытия или закрытия выключателя является соскакивание пружины срабатывания справа от главного вала. Предлагается мера улучшения, заключающаяся в установке регулировочных шайб, чтобы обеспечить нормальную работу выключателя, что имеет определенное значение для безопасности производства на предприятии.

Строение вакуумного выключателя

Вакуумный выключатель состоит из таких компонентов, как вакуумная камера гашения дуги, механизм управления и опора.

Вакуумная камера гашения дуги

Также известная как вакуумная трубка, принцип работы вакуумной камеры гашения дуги заключается в использовании отличных изоляционных свойств вакуума внутри трубки, что позволяет быстро погасить дугу и прервать ток в средневольтных и высоковольтных цепях после отключения питания. Основные структуры следующие:

• Герметичная изоляционная система: это герметичный контейнер в вакуумной среде, состоящий из герметичного изоляционного цилиндра, подвижной крышки, фиксированной крышки и нержавеющей стальной гофрированной трубки. Для обеспечения герметичности требуются строгие операционные процессы для уплотнительных соединений. Кроме того, необходимы материалы с крайне низкой воздухопроницаемостью, а также количество выделяющихся газов должно быть ограничено до минимального значения.

• Проводящая система: она состоит из фиксированного электрода и подвижного электрода. Фиксированный электрод включает фиксированный контакт, фиксированный проводник и фиксированную поверхность бегущей дуги, а подвижный электрод включает подвижный контакт, подвижный проводник и подвижную поверхность бегущей дуги. Типы конструкции контактов можно примерно разделить на поперечное магнитное поле с винтовой канавкой на поверхности бегущей дуги, продольное магнитное поле и цилиндрический тип. Механизм управления заставляет два контакта смыкаться через движение подвижного проводника, тем самым завершая соединение цепи.

• Система экранирования: она состоит из экранирующего цилиндра, экранирующей крышки и других устройств. На данный момент часто используемые экранирующие крышки включают такие типы, как гофрированная экранирующая крышка и основная экранирующая крышка вокруг контактов. Основная экранирующая крышка может уменьшить локальную напряженность поля, улучшить равномерность распределения внутреннего электрического поля в камере гашения дуги, что способствует миниатюризации вакуумной камеры гашения дуги. Одновременно она предотвращает разбрызгивание продуктов дуги на внутреннюю стенку изоляционного корпуса во время процесса дуги, обеспечивая, чтобы изоляционные свойства корпуса не были затронуты дуговым разрядом. Она также может поглощать энергию дуги, конденсировать продукты дуги и ускорять восстановление диэлектрической прочности после дугового зазора.

Механизм управления

Различные типы выключателей используют различные механизмы управления. Часто используемые механизмы управления включают пружинные механизмы, пружинные механизмы накопления энергии IEE-Business, пружинные механизмы накопления энергии CT8, пружинные механизмы накопления энергии CT19, электромагнитные механизмы CD10, электромагнитные механизмы CD17 и т.д. Среди них пружинный механизм имеет преимущества малого размера, малого тока срабатывания и высокой надежности, и в настоящее время широко используется в коммутационной аппаратуре различных уровней напряжения.

Функция и принцип работы вакуумного выключателя

Функция и характеристики

В условиях нормальной эксплуатации вакуумный выключатель, соответствующий техническому диапазону параметров, может обеспечивать безопасную и надежную работу в электросети соответствующего уровня напряжения. Механический ресурс вакуумного выключателя составляет около 20 000 циклов, а количество прерываний полного короткого замыкания — 50 раз. Он может работать часто или прерывать короткое замыкание несколько раз в пределах рабочего тока. Высоковольтные вакуумные выключатели имеют преимущества высокой надежности, круглосуточной работы, отсутствия необходимости в обслуживании, полного функционала, хорошей взаимозаменяемости и универсальности, и могут применяться для повторных операций с различными характеристиками. Вакуумные выключатели используют вертикальный изоляционный цилиндр и твердую изоляционную конструкцию — интегрированные твердые герметичные стойки, которые могут противостоять влиянию различных специальных условий и не требуют обслуживания. В то же время, вакуумные выключатели имеют много вариантов использования, их можно установить стационарно, использовать выдвижным образом или установить на раму.

Обзор принципа

Когда подвижные и неподвижные контакты вакуумного выключателя открываются под нагрузкой, между контактами возникает вакуумная дуга. Дуга повышает температуру поверхности контактов, вызывая появление металлического пара на поверхности контактов. Благодаря особой форме контактов, когда ток проходит, под действием создаваемого магнитного поля дуга быстро перемещается по касательной к поверхности контактов. Металлический пар и заряженные частицы в столбе дуги постоянно рассеиваются наружу, и плотность металлического пара и заряженных частиц постоянно уменьшается. Когда дуга естественно проходит через ноль, среда между контактами быстро восстанавливается из проводника в изолятор, ток прерывается, и дуга гаснет.

Обобщение и анализ причин отказа

Анализируя ситуацию, когда вакуумный выключатель не открывается или не открывается полностью из-за частых операций, на месте обнаруживается, что болт на правом конце главного вала выскакивает, вызывая падение пружины срабатывания справа и ее застревание на главном валу одновременно. Механизм срабатывания зависит только от пружины срабатывания слева от главного вала, что приводит к неполному открытию выключателя. Хотя вероятность возникновения этого отказа относительно мала, его возникновение все равно может привести к производственным авариям. Поэтому необходимо проанализировать причины отказа, устранить потенциальные опасности и обеспечить безопасное производство.

Решение и план проверки

Болты, фиксирующие пружины срабатывания с обеих сторон главного вала выключателя с механизмом IEE-Business, являются обычными болтами + пружинными шайбами (см. Рисунок 1). После многих лет частых операций выключателя болт, фиксирующий пружину срабатывания справа от главного вала, выскакивает из-за вибрации, вызывая падение пружины срабатывания справа и ее застревание на главном валу одновременно. Механизм срабатывания зависит только от пружины срабатывания слева от главного вала, что приводит к неполному открытию выключателя. В ходе осмотра на месте обнаружено, что существует осевая разница длины около 4 мм между шлицевым валом справа от главного вала и внешним корпусом, а также деформация и проваливание крышки внутрь (см. Рисунок 2). Для решения этой проблемы, то есть отказа выключателя, вызванного выпадением пружины срабатывания из-за ослабления концевого болта главного вала, для проверки был собран выключатель с соответствующей конструкцией для моделирования отказа:

Отрегулируйте осевую длину между шлицевым валом справа от главного вала этого имитируемого выключателя и внешним корпусом, создав зазор около 4 мм (см. Рисунок 3), и затяните его с помощью динамометрического ключа с моментом 45 Нм. Поместите его в камеру механической обкатки. Начальное показание счетчика — 26 раз, и крышка немного провалилась после затяжки. Процесс показан на Рисунке 4.

В заключение, при указанном моменте 45 Нм, даже если осевая длина между втулкой и шлицевым валом достигает 4 мм, и крышка деформирована и провалилась, она остается хорошо зафиксированной более чем на 2200 операций. Затем следует переход ко второму этапу проверки.

Отрегулируйте осевую длину между шлицевым валом справа от главного вала этого имитируемого выключателя и внешним корпусом, создав 4-миллиметровый зазор. Используйте динамометрический ключ, чтобы затянуть его с моментом 35 Нм, и используйте деформированную и провалившуюся крышку из первого этапа. Отметьте ее чертой. Поместите его в камеру механической обкатки. Начальное количество — 2252. В заключение, при моменте 35 Нм, даже если осевая длина между втулкой и шлицевым валом достигает 4 мм, и крышка деформирована и провалилась, она остается хорошо зафиксированной более чем на 1887 операций. Затем следует переход к третьему этапу проверки (см. Рисунок 6).

Отрегулируйте осевую длину между шлицевым валом справа от главного вала этого имитируемого выключателя и внешним корпусом, создав 4-миллиметровый зазор. Используйте динамометрический ключ, чтобы затянуть его с моментом 20 Нм, и используйте деформированную и провалившуюся крышку из третьего этапа. Отметьте ее чертой. Поместите его в камеру механической обкатки. Начальное количество — 4139 (см. Рисунок 7).

В заключение, при моменте 20 Нм, даже если осевая длина между втулкой и шлицевым валом достигает 4 мм, и крышка деформирована и провалилась, она остается хорошо зафиксированной более чем на 1671 операцию. Затем следует переход к четвертому этапу проверки (см. Рисунок 8 и Рисунок 9).

Отрегулируйте осевую длину между шлицевым валом справа от главного вала этого имитируемого выключателя и внешним корпусом, создав 4-миллиметровый зазор. Используйте динамометрический ключ, чтобы затянуть его с моментом 10 Нм, и используйте деформированную и провалившуюся крышку из четвертого этапа. Отметьте ее чертой. Поместите его в камеру механической обкатки. Начальное количество — 5810 (см. Рисунок 10).

В ходе тестирования было обнаружено, что когда счетчик достиг 551 операции, крышка начала немного вращаться относительно начального положения (см. Рисунок 11); когда количество увеличилось до 820 операций, крышка немного вращалась относительно положения на 551 операции (см. Рисунок 12); когда количество достигло 1122 операций, пружина срабатывания была заметно ослаблена невооруженным глазом (см. Рисунок 13); когда количество увеличилось до 1261 операции, пружина срабатывания выпала (см. Рисунок 14).

Обобщение процесса тестирования

Дизайн главного вала механизма IEE-Business основан на дизайне компании EIB из Бельгии. После точной установки кривошипов болты с обеих сторон затягиваются до указанного момента. Противоотвинчивание осуществляется с помощью пружинных шайб (изготовленных из пружинной стали) путем трения. После сборки шайбы сжимаются, и их упругость поддерживает прижимное усилие и трение между резьбами. Этот дизайн главного вала и меры по противоотвинчиванию были доказаны надежными в механических испытаниях на долговечность в Китайском научно-исследовательском институте электроэнергетики (CEPRI).

Ранние проблемы с главным валом механизма IEE-Business

На ранних этапах сборки рабочие должны были регулировать втулки различных допусков, чтобы сбалансировать размеры, что делало качество сборки неоднородным и трудным для контроля. После сборки главного вала выключателя кумулятивные ошибки вызывали осевые отклонения между внутренним шлицевым валом и внешней втулкой. Когда болты затягивались до указанного момента, середина крышек проваливалась внутрь. Поскольку крышки изготовлены из неупругих материалов, они не могут восстановиться после деформации. Кроме того, втулка главного вала может подвергаться ползучести из-за ударов при работе, что может постепенно снижать момент затяжки болтов (без явных изменений в крепежных элементах, таких как болты и крышки, до значительного ослабления момента). Обычное техническое обслуживание также затрудняет достижение достаточного момента с обычными ключами. В конечном итоге, когда момент падает ниже 10 Нм, крышки начинают быстрее ослабевать, нарушая противоотвинчивание пружинных шайб.

Улучшенный процесс

Чтобы устранить ослабление момента из-за проваливания крышек, процесс был изменен: после окончательной сборки добавляются регулировочные шайбы для балансировки. На болты наносится резьбовой фиксатор, затем они затягиваются динамометрическим ключом с моментом 45 Нм. С установленными шайбами нет места для проваливания крышек внутрь. Крышки не будут постепенно снижать момент затяжки из-за пластической деформации, обеспечивая стабильную и надежную работу выключателя в течение всего срока службы при достаточном моменте.

Меры по устранению

Для выключателя с этим отказом, как показано на Рисунке 15, установите регулировочные шайбы. После выравнивания торца внутреннего главного вала с внешней втулкой зафиксируйте его болтами. Нанесите резьбовой фиксатор на болты и затяните их динамометрическим ключом с моментом 45 Нм.

Чтобы предотвратить возникновение таких событий с низкой вероятностью, проведите всесторонний осмотр введенных в эксплуатацию выключателей и установите регулировочные шайбы, чтобы обеспечить нормальную и надежную работу введенных в эксплуатацию выключателей.

Заключение

В данной статье рассматриваются случаи, когда высоковольтный вакуумный выключатель переменного тока не открывается правильно. С помощью анализа и экспериментальной проверки исследуются причины выпадения пружины срабатывания. Обнаружено, что из-за зазора в главном вале деформируется прокладка, и после длительных операций открытия и закрытия пружина срабатывания выпадает, что приводит к невозможности открытия выключателя. Для этого предлагается решение, и подробно демонстрируется его осуществимость. Предлагаются соответствующие меры по устранению, чтобы устранить отказ, восстановить нормальное использование высоковольтного вакуумного выключателя и обеспечить нормальное производство на предприятии.