Analiza in razprava o glavnem hrbteniku v mehanizmu EIB v vakuumskem preklopniku

Vakuumska preklopnika je vrsta preklopnika, kjer so kot sredstvo za ugasanje luka in izolacijsko sredstvo v koridoru med kontakti po ugasitvi luke vakuumska. Kot enota za zaščito in nadzor napajalne opreme in napajalne opreme v industriji in rudniki so notranji AC visokonapetostni vakuumski preklopniki uporabni na različnih področjih in jih lahko namestimo v fiksne štoge, srednje postavljene štoge in dvostranske štoge. Kot ključna električna naprava med preklopno opremo so visokonapetostni preklopniki primernejši za kraje, ki zahtevajo pogosto delovanje pri nominalnem delovnem toku ali večkratno prekinjanje kratkoročnega toka.

Ta članek analizira problem, da se preklopnik EIB vakuumskega preklopnika zaradi pogoste uporabe ne more pravilno odpreti ali zapreti. S poskusi se ugotovi, da je vzrok nepravilnega odpiranja ali zapiranja preklopnika padec odskoka na desni strani glavne osi. Predlagana je izboljšava z namestitvijo prilagoditvenih šimov, da se zagotovi normalno delovanje preklopnika, kar ima določen pomen za varnostno gradnjo proizvodnje podjetja.

Struktura vakuumskega preklopnika

Vakuumski preklopnik se predvsem sestavlja iz komponent, kot so vakuumska kamora za ugasanje luke, mehanizem za delovanje in podpora.

Vakuumska kamora za ugasanje luke

Tudi znana kot vakuumska ventilska cev, princip delovanja vakuumske kamore za ugasanje luke temelji na odličnih izolacijskih lastnostih vakuumskega sredstva znotraj cevi, ki omogoča hitro ugasitev luke in prekinitev toka v srednjepreskusni in visokopreskusni vezavi po prekinitvi napajanja. Njegove glavne strukture so naslednje:

• Gazoneprotna izolacijska sistema: To je zaprt kontejner v vakuumskem okolju, predvsem sestavljen iz gazoneprotnega izolacijskega cilindra, pokrovnega platna premičnega konca, pokrovnega platna fiksiranega konca in nerjavečega lončastega lonca. Za zagotovitev gazoneprotnosti so potrebni strogi operativni postopki za tesnjenje spojev. Poleg tega so potrebni materiali z zelo nizko propustljivostjo plinov, in količina sproščenega plina znotraj mora biti omejena na najmanjšo vrednost.

• Prevodni sistem: Predvsem sestavljen iz fiksiranega elektroda in premičnega elektroda. Fiksirani elektrod vključuje fiksiran kontakt, fiksirano prevodno palico in fiksirano površino za tečaj luke, medtem ko premični elektrod vključuje premični kontakt, premično prevodno palico in premično površino za tečaj luke. Strukturne vrste kontaktov se lahko grobo razdelijo na transverzalno magnetno obliko z spiralno ravnino za tečaj luke, longitudinalno magnetno obliko in valjkasto obliko. Mehanizem za delovanje skupaj z dvema kontaktoma skleneta preko gibanja premične prevodne palice, tako da se zaključi vezava.

• Skrivalni sistem: Predvsem sestavljen iz skrivalnega lonca, skrivalnega pokrova in drugih naprav. Trenutno uporabljeni skrivalni pokrovi vključujejo vrste, kot so lončasti skrivalni pokrov in glavni skrivalni pokrov okoli kontaktov. Glavni skrivalni pokrov zmanjša lokalno poljansko moč, izboljša enakomerno porazdelitev notranjega električnega polja v kamori za ugasanje luke, kar je koristno za miniaturizacijo vakuumske kamore za ugasanje luke. Hkrati preprečuje sprševanje produktov luke na notranjo steno izolacijske motnice med procesom lukanja, tako da izolacijski učinek motnice ni vpliven zaradi lukanja. Lahko tudi absorbuje energijo luke, kondenzira produkte luke in pospeši obnovitev dielektrične trdnosti v koridoru po luki.

Mehanizem za delovanje

Različne vrste preklopnikov uporabljajo različne mehanizme za delovanje. Običajno uporabljani mehanizmi vključujejo mehanizme za delovanje s pržinami, mehanizmi za shranjevanje energije s pržinami IEE-Business, mehanizmi za shranjevanje energije s pržinami CT8, mehanizmi za shranjevanje energije s pržinami CT19, elektromagnetne mehanizmi CD10, elektromagnetne mehanizmi CD17 itd. Med njimi ima mehanizem za delovanje s pržinami prednosti, kot so majhen prostorninski zaseden prostor, majhen tok za zapiranje in visoka zaupljivost, in trenutno je široko uporabljen v preklopni opremi različnih napetostnih ravni.

Funkcija in načelo vakuumskega preklopnika

Funkcija in značilnosti

V normalnih delovnih pogojih lahko vakuumski preklopnik, ki izpolnjuje obseg tehničnih parametrov, zagotovi varno in zanesljivo delovanje v električni mreži ustrezne napetostne razine. Mihan življenje vakuumskega preklopnika znaša približno 20.000-krat, in število prekinitev polne kapacitete kratkoročnega toka je 50-krat. Ga je mogoče pogosto upravljati ali večkrat prekiniti kratkoročni tok znotraj obsega delovnega toka. Visokonapetostni vakuumski preklopniki imajo prednosti, kot so visoka zaupljivost, delovanje v vseh vremenskih pogojih, brez vzdrževanja, popolne funkcije, dobra zamenevost in splošna uporaba, in se lahko uporabljajo za ponovno zapiranje z različnimi značilnostmi. Vakuumski preklopniki uporabljajo vertikalni izolacijski lonac in celostno trdno zaprto stolpično strukturo, ki lahko odvrne vpliv različnih posebnih okolij in je brez vzdrževanja. Vakuumski preklopniki imajo več načinov uporabe, ki jih lahko namestimo fiksno, uporabljamo v izvljačnem načinu ali namestimo na okvir.

Predstavitev načela

Ko se premični in statični kontakti vakuumskega preklopnika odprejo, medtem ko so naloženi, se v vakuumu med kontakti ustvari vakuumska luka. Luka dvigne površinsko temperaturo kontaktov, kar povzroči, da se na površini kontaktov pojavi metalni par. Na osnovi posebne oblike kontaktov, ko tok preteče, se luka pod vplivom magnetnega polja, ki ga generira, hitro giblje v tangencialni smeri površine kontaktov. Metalni par in nabiti delci v stolpu luke se stalno širijo ven, in gostota metalnega para in nabiti delcev se stalno zmanjšuje. Ko luka naravno preide skozi nič, sredstvo med kontakti hitro obnovi iz vodilca v izolator, tok je prekinjen, in luka je ugasnjena.

Povzetek in analiza vzrokov težav

Analiza situacije, ko vakuumski preklopnik zaradi pogoste uporabe ne more pravilno odpreti ali se popolnoma ne odpre, kaže, da se vrtljak na desni strani glavne osi preklopnika odpade, zaradi česar se desni odskok pržine odpade in hkrati utopi na glavni osi. Mehanizem za odpiranje se zanaša samo na odskok pržine na levi strani glavne osi, kar povzroči, da se preklopnik ne odpre popolnoma. Čeprav je verjetnost nastanka te težave relativno majhna, njeno pojavljanje se lahko še vedno vodi v varnostne nesreče pri proizvodnji. Zato je potrebno analizirati vzrok težave, odstraniti potencialne varnostne tveganja in zagotoviti varno proizvodnjo.

Rešitev in načrt preverjanja

Vrtljaki, ki fiksirajo odskoke pržin na obeh straneh glavne osi preklopnika mehanizma IEE-Business, so običajni vrtljaki + pržne matrice (glej Slika 1). Po letih pogostega delovanja preklopnika se vrtljak, ki fiksira odskok pržine na desni strani glavne osi, zaradi vibracij odpade, zaradi česar se desni odskok pržine odpade in hkrati utopi na glavni osi. Mehanizem za odpiranje se zanaša samo na odskok pržine na levi strani glavne osi, kar povzroči, da se preklopnik ne odpre popolnoma. S preiskavo na mestu se ugotovi, da je med šibicno vratlico na desni strani glavne osi in zunanjim okroglim okvirjem približno 4 mm osni dolžinskih razlik, in da se pokrov deformira in ugrize notranje (glej Slika 2). Za reševanje te težave, to je, da preklopnik ne more pravilno delovati zaradi odpadanja odskoka pržine zaradi odpadanja končnega vrtljaka glavne osi za zapiranje in odpiranje, za preverjanje, je nato rekonfiguriran preklopnik s sorodno strukturo za simulacijo težave:

Prilagodite osno dolžino med šibicno vratlico na desni strani glavne osi tega simuliranega preklopnika in zunanjim okvirjem, da ustvarite vrzel približno 4 mm (glej Slika 3), in ga zatečite s torquem 45 Nm. Vstavite ga v mehansko bežno komorno za mehansko bežno. Začetni števec je 26-krat, in pokrov nakazuje malo ugriz po zatekanju. Postopek je prikazan na Sliki 4.

Zaključno, ko je določen torqu 45 Nm, ostane dobro fiksiran celo, če osna dolžina med manjkalom in šibicno vratlico doseže 4 mm in pokrov je deformiran in ugrizan, do preko 2.200 operacij. Nato sledi preverjanje druge faze.

Prilagodite osno dolžino med šibicno vratlico na desni strani glavne osi tega simuliranega preklopnika in zunanjim okvirjem, da ustvarite vrzel 4 mm. Zatečite jo s torquem 35 Nm in uporabite deformiran in ugrizan pokrov iz prve faze. Označite jo s črtom. Vstavite jo v mehansko bežno komorno za mehansko bežno. Začetni števec je 2.252. Zaključno, ko je torqu 35 Nm, ostane dobro fiksiran celo, če osna dolžina med manjkalom in šibicno vratlico doseže 4 mm in pokrov je deformiran in ugrizan, do preko 1.887 operacij. Nato sledi preverjanje tretje faze (glej Slika 6).

Prilagodite osno dolžino med šibicno vratlico na desni strani glavne osi tega simuliranega preklopnika in zunanjim okvirjem, da ustvarite vrzel 4 mm. Zatečite jo s torquem 20 Nm in uporabite deformiran in ugrizan pokrov iz tretje faze. Označite jo s črtom. Vstavite jo v mehansko bežno komorno za mehansko bežno. Začetni števec je 4.139 (glej Slika 7).

Zaključno, ko je torqu 20 Nm, ostane dobro fiksiran celo, če osna dolžina med manjkalom in šibicno vratlico doseže 4 mm in pokrov je deformiran in ugrizan, do preko 1.671 operacij. Nato sledi preverjanje četrte faze (glej Slika 8 in Slika 9).

Prilagodite osno dolžino med šibicno vratlico na desni strani glavne osi tega simuliranega preklopnika in zunanjim okvirjem, da ustvarite vrzel 4 mm. Zatečite jo s torquem 10 Nm in uporabite deformiran in ugrizan pokrov iz četrte faze. Označite jo s črtom. Vstavite jo v mehansko bežno komorno za mehansko bežno. Začetni števec je 5.810 (glej Slika 10).

Med testiranjem se je ugotovilo, da se, ko je števec dosegl 551 operacij, pokrov začel rahlo vrteti glede na začetno pozicijo (glej Slika 11); ko je števec narastel na 820 operacij, se je pokrov rahlo vrtel glede na pozicijo pri 551 operacijah (glej Slika 12); ko je števec dosegl 1.122 operacij, se je odskok pržine videti rahlo prosto glede na golozrčen pogled (glej Slika 13); ko je števec narastel na 1.261 operacij, se je odskok pržine odpadel (glej Slika 14).

Povzetek testiranja

Osnovna os mehanizma s pržinami IEE-Business je zasnovana na osnovi dizajna belgijske družbe IEE. Po točnem postavitvi krakov so vrtljaki na obeh straneh zatečeni na določen torqu. Pržne matrice (izdelane iz pržnega jekla) se uporabljajo za preprečevanje odpadanja preko trenja. Po montaži so matrice splaščene, njihova elastičnost pa ohranja pritisk in trenje med navoji. Ta osnovna struktura osi in ukrepi za preprečevanje odpadanja so bili dokazani za zanesljive v mehanskih življenjskih tipnih testih na Kitajskem institutu za električno energijo (CEPRI).

Zgodnje procesne težave osi mehanizma IEE-Business

V zgodnjem montažnem procesu so delavci morali prilagoditi rokle različnih tolerančnih stopnjev, da bi uravnotežili mere, kar je povzročilo, da je kakovost montaže nesporazna in težko nadzorna. Po montaži osi preklopnika so se nakopičevali napaki, kar je povzročilo osne dolžinske odstopnosti med notranjo šibicno vratlico in zunanjo roklo. Ko so bili vrtljaki zatečeni na določen torqu, se je sredina pokrova ugrizala notranje. Ker so pokrovi izdelani iz nestalnih materijalov, ne morejo obnoviti svoje oblike po deformaciji. Dodatno, rokla osi se lahko pomika zaradi udarcov med delovanjem, kar lahko postopoma zmanjša torqu zatekanja vrtljakov (brez očitnih sprememb v delih, kot so vrtljaki in pokrovi, dokler se torqu značilno ne zmanjša). Tudi običajno vzdrževanje težko doseže zadostno zatekanje z običajnimi ključi. Končno, ko se torqu zmanjša pod 10 Nm, se pokrovi hitreje odpadejo, uničenje učinka pržnih matric za preprečevanje odpadanja.

Izboljšani proces

Za odstranitev zmanjševanja torqua zaradi ugrizanja pokrova je bil proces prilagojen: po celotni montaži so enotno dodani prilagoditveni šimi za uravnoteženje. Na vrtljake se nanese klej za fiksiranje navojev, nato pa so zatečeni na 45 Nm z torqu ključem. S šimi nameščenimi ni več prostora za ugrizanje pokrova, ki ne bo postopoma zmanjševal zatekanja zaradi plastične deformacije, kar zagotavlja stabilno in zanesljivo delovanje preklopnika skozi celotno življenjsko dobo pri zadostnem zatekanju.

Koraki za odpravljanje

Za preklopnik z to težavo, kot je prikazano na Sliki 15, namestite prilagoditvene šime. Po poravnanih končnicah notranje glavne osi s zunanjo roklo jo zaklenite z vrtljaki. Naneste klej za fiksiranje navojev na vrtljake in jih zatečite s torqu ključem na 45 Nm.

Za preprečevanje takšnih dogodkov z nizko verjetnostjo, izvedite celovit pregled preklopnikov, ki so že v uporabi, in namestite prilagoditvene šime, da zagotovite, da bodo preklopniki, ki so v uporabi, delovali normalno in zanesljivo.

Zaključek

Ta članek se osredotoča na situacijo, da visokonapetostni AC vakuumski preklopnik ne more pravilno odpreti. S simulacijo in eksperimentalnim preverjanjem analizira vzroke za odpadanje odskoka pržine. Ugotovljeno je, da se končna matrica deformira zaradi vrzeli glavne osi, nato pa se po dolgoletnem zapiranju in odpiranju odskok pržine odpade, kar povzroči, da preklopnik ne more odpreti. Za to je predlagana rešitev, in je podrobno dokazana sprejemljivost rešitve. Predlagani so ustrezni koraki za odpravljanje, da se odstranijo težave, obnovi normalno delovanje visokonapetostnega vakuumskega preklopnika in zagotovi normalno proizvodnjo podjetja.