Pagsusuri at Pagninilay hinggil sa Pangunahing Sakit ng Shaft ng Vacuum Circuit Breaker sa EIB Mechanism

Ang vacuum circuit breaker ay isang uri ng circuit breaker kung saan ang medium na nagpapatay ng arc at ang insulating medium sa pagitan ng mga contact matapos ang pagpapatay ng arc ay vacuum. Bilang isang yunit ng pangangalaga at kontrol para sa mga kagamitang pampangangalakal at pampagtugon sa lakas sa mga industriya at minahan, ang mga indoor AC high-voltage vacuum circuit breakers ay may maraming aplikasyon at maaaring i-install sa fixed cabinets, middle-mounted cabinets, at double-layer cabinets. Bilang isang mahalagang electrical device sa mga switchgear, ang mga high-voltage circuit breakers ay angkop sa mga lugar na nangangailangan ng madalas na operasyon sa rated working current o maramihang pagputol ng short-circuit current.

Ang papel na ito ay nag-aanalisa ng problema ng switch ng EIB vacuum circuit breaker na hindi mabubuksan o sarado nang maayos dahil sa madalas na operasyon. Sa pamamagitan ng mga eksperimento, natuklasan na ang pagkakawala ng tripping spring sa kanang bahagi ng main shaft ang sanhi ng hindi mabubuksan o sarado nang maayos ng circuit breaker. Inihanda ang isang pamamaraan ng pag-install ng mga adjustment shims upang masiguro ang normal na operasyon ng circuit breaker, na may tiyak na kaugnayan sa seguridad ng konstruksyon ng produksyon ng mga enterprise.

Struktura ng Vacuum Circuit Breaker

Ang vacuum circuit breaker ay pangunahing binubuo ng mga komponente tulad ng vacuum arc-extinguishing chamber, operating mechanism, at suporta.

Vacuum Arc-Extinguishing Chamber

Tinatawag din itong vacuum switch tube, ang prinsipyong panggawa ng vacuum arc-extinguishing chamber ay gumagamit ng mahusay na insulating property ng vacuum medium sa loob ng tube, na nagbibigay-daan sa medium- at high-voltage circuit na mabilis na mapatay ang arc at putulin ang current pagkatapos na maputol ang power supply. Ang mga pangunahing struktura nito ay sumusunod:

• Air-tight Insulation System: Ito ay isang saradong container sa isang vacuum environment, pangunahing binubuo ng air-tight insulation cylinder, moving-end cover plate, fixed-end cover plate, at stainless-steel bellows. Upang masiguruhin ang air-tightness, kinakailangan ng mahigpit na proseso ng operasyon para sa mga sealing joints. Bukod dito, kailangan ng mga materyales na may napakababang air permeability, at ang internal gas release amount din ay kailangang limitahan sa pinakamaliit na halaga.

• Conductive System: Ito ay pangunahing binubuo ng fixed electrode at moving electrode. Ang fixed electrode ay kasama ang fixed contact, fixed conducting rod, at fixed arc-running surface, samantalang ang moving electrode ay kasama ang moving contact, moving conducting rod, at moving arc-running surface. Ang mga uri ng contact structure ay maaaring hatiin sa transverse magnetic field type na may spiral-groove arc-running surface, longitudinal magnetic field type, at cylindrical type. Ang operating mechanism ay nagpapalapit ng dalawang contacts sa pamamagitan ng paggalaw ng moving conducting rod, kaya natutugunan ang koneksyon ng circuit.

• Shielding System: Ito ay pangunahing binubuo ng shielding cylinder, shielding cover, at iba pang mga aparato. Ang mga karaniwang ginagamit na shielding covers ngayon ay kasama ang mga uri tulad ng bellows shielding cover at main shielding cover na nakapaligid sa mga contacts. Ang main shielding cover ay maaaring bawasan ang lokal na field strength, mapabuti ang pagsamang distribusyon ng internal electric field ng arc-extinguishing chamber, na makakatulong sa miniaturization ng vacuum arc-extinguishing chamber. Samantala, ito ay maaaring pigilan ang pag-splash ng mga arc products sa inner wall ng insulating housing habang nasa proseso ng arcing, na nagpapatiyak na ang insulation effect ng housing ay hindi naapektuhan ng arc discharge. Ito rin ay maaaring mag-absorb ng arc energy, mag-condense ng arc products, at mapabilis ang recovery ng dielectric strength sa post-arc gap.

Operating Mechanism

Ang iba't ibang uri ng circuit breakers ay gumagamit ng iba't ibang operating mechanisms. Ang mga karaniwang ginagamit na operating mechanisms ay kasama ang spring operating mechanisms, EIB spring-energy-storage operating mechanisms, CT8 spring-energy-storage operating mechanisms, CT19 spring-energy-storage operating mechanisms, CD10 electromagnetic operating mechanisms, CD17 electromagnetic operating mechanisms, atbp. Sa kanila, ang spring operating mechanism ay may mga adhikain tulad ng maliliit na sukat, maliit na closing current, at mataas na reliabilidad, at kasalukuyang malawak na ginagamit sa iba't ibang voltage levels ng switchgear.

Function at Principle ng Vacuum Circuit Breaker

Function at Characteristics

Sa normal na kondisyon ng operasyon, ang vacuum circuit breaker na sumasaklaw sa teknikal na parameter range ay maaaring masiguro ang ligtas at maasam-asam na operasyon nito sa grid ng kapangyarihan ng nakaugnay na voltage level. Ang mekanikal na buhay ng vacuum circuit breaker ay humigit-kumulang 20,000 beses, at ang bilang ng full-capacity short-circuit current interruptions ay 50 beses. Maaari itong gamitin nang madalas o maramihang pagputol ng short-circuit current sa loob ng saklaw ng working current. Ang high-voltage vacuum circuit breakers ay may mga adhikain tulad ng mataas na reliabilidad, all-weather operation, maintenance-free, complete functions, good interchangeability, at malakas na versatility, at maaaring gamitin sa reclosing operations na may iba't ibang characteristics. Ang mga vacuum circuit breakers ay gumagamit ng vertical insulation cylinder at solid insulation structure - integrated solid-sealed pole columns, na maaaring labanan ang epekto ng iba't ibang espesyal na kapaligiran at walang pangangailangan ng maintenance. Samantala, ang mga vacuum circuit breakers ay may maraming paraan ng paggamit, na maaaring i-install nang fixed, gamitin nang withdrawable, o i-install sa frame.

Principle Introduction

Kapag ang moving at static contacts ng vacuum circuit breaker ay binuksan habang may charge, ang vacuum arc ay maaaring lumitaw sa pagitan ng mga contacts. Ang arc ay tataas ang temperatura ng ibabaw ng mga contacts, na nagdudulot ng metal vapor sa ibabaw ng contact. Batay sa espesyal na hugis ng mga contacts, kapag ang current ay lumipas, sa pamamagitan ng magnetic field na ito ay naglalaman, ang arc ay kilos nang mabilis sa tangent direction ng ibabaw ng contact. Ang metal vapor at charged particles sa arc column ay patuloy na lumalayo palabas, at ang density ng metal vapor at charged particles ay patuloy na bumababa. Kapag ang arc ay natural na lumipas sa zero, ang medium sa pagitan ng mga contacts ay mabilis na bumabalik mula sa conductor hanggang sa insulator, ang current ay naputol, at ang arc ay napapatay.

Fault Cause Summary and Analysis

Sa analisis ng sitwasyon kung saan ang vacuum circuit breaker ay hindi mabubuksan o hindi mabubuksan nang ganap dahil sa madalas na operasyon, ang on-site inspection ay nagpapakita na ang bolt sa kanang bahagi ng main shaft ng switch ay nawala, na nagdudulot ng pagkakawala ng right-hand tripping spring at na-stuck sa main shaft nang parehong oras. Ang mekanismo ng pagbubuksan ay umaasa lamang sa tripping spring sa kaliwa ng main shaft, na nagresulta sa hindi mabubuksan nang ganap ng switch. Bagama't ang probabilidad ng pagkakaroon ng ganitong pagkakamali ay maliit, ang pagkakaroon nito ay maaari pa rin na magresulta sa mga aksidente sa kaligtasan ng produksyon. Kaya, kinakailangan ang analisis ng sanhi ng pagkakamali, pag-alis ng potensyal na mga panganib, at pagtaguyod ng ligtas na produksyon.

Solution and Verification Plan

Ang mga screws na naka-fix sa tripping springs sa parehong bahagi ng main shaft ng switch ng EIB mechanism circuit breaker ay ordinaryong screws + spring washers (tignan ang Figure 1). Matapos ang taon ng madalas na operasyon ng switch, ang screw na naka-fix sa tripping spring sa kanang bahagi ng main shaft ay nawala dahil sa pag-lindol, na nagdulot ng pagkakawala ng right-hand tripping spring at na-stuck sa main shaft nang parehong oras. Ang mekanismo ng pagbubuksan ay umaasa lamang sa tripping spring sa kaliwa ng main shaft, na nagresulta sa hindi mabubuksan nang ganap ng switch. Sa pamamagitan ng on-site investigation, natuklasan na may axial length difference ng humigit-kumulang 4mm sa pagitan ng spline shaft sa kanang bahagi ng main shaft at ang outer casing, at ang end cover ay deformed at sunken inward (tignan ang Figure 2). Tungkol sa ganitong pagkakamali, na ang circuit breaker failure na dulot ng pagkakawala ng tripping spring dahil sa pagloob ng end bolt ng closing at opening main shaft, upang iprove, inirerekord ang isang circuit breaker na may katugon na struktura para sa fault simulation:

I-adjust ang axial length sa pagitan ng spline shaft sa kanang bahagi ng main shaft ng simulated circuit breaker at ang outer casing upang lumikha ng isang gap ng humigit-kumulang 4mm (tignan ang Figure 3), at gamit ang torque wrench, ito ay in tighten sa 45Nm. I-push ito sa mechanical running-in chamber para sa mechanical running-in. Ang initial counter reading ay 26 beses, at ang end cover ay nagpakita ng kaunting sunken phenomenon pagkatapos ng tightening. Ang proseso ay ipinapakita sa Figure 4.

Sa wakas, kapag ang specified torque ay 45 Nm, kahit ang axial length sa pagitan ng shaft sleeve at spline shaft ay umabot sa 4 mm at ang end cover ay deformed at sunken, ito ay nai-maintain nang maayos hanggang sa higit sa 2,200 operasyon. Pagkatapos, ito ay progresyon sa verification ng ikalawang stage.

I-adjust ang axial length sa pagitan ng spline shaft sa kanang bahagi ng main shaft ng simulated circuit breaker at ang outer casing upang lumikha ng isang 4-mm gap. Gamit ang torque wrench, ito ay in tighten sa 35 Nm, at gamit ang deformed at sunken end cover mula sa unang stage. I-mark ito ng scribing line. I-push ito sa mechanical running-in chamber para sa mechanical running-in. Ang initial count ay 2,252. Sa wakas, kapag ang torque ay 35 Nm, kahit ang axial length sa pagitan ng shaft sleeve at spline shaft ay umabot sa 4 mm at ang end cover ay deformed at sunken, ito ay nai-maintain nang maayos hanggang sa higit sa 1,887 operasyon. Pagkatapos, ito ay progresyon sa verification ng ikatlong stage (tignan ang Figure 6).

I-adjust ang axial length sa pagitan ng spline shaft sa kanang bahagi ng main shaft ng simulated circuit breaker at ang outer casing upang lumikha ng isang 4-mm gap. Gamit ang torque wrench, ito ay in tighten sa 20 Nm, at gamit ang deformed at sunken end cover mula sa ikatlong stage. I-mark ito ng scribing line. I-push ito sa mechanical running-in chamber para sa mechanical running-in. Ang initial count ay 4,139 (tignan ang Figure 7).

Sa wakas, kapag ang torque ay 20 Nm, kahit ang axial length sa pagitan ng shaft sleeve at spline shaft ay umabot sa 4 mm at ang end cover ay deformed at sunken, ito ay nai-maintain nang maayos hanggang sa higit sa 1,671 operasyon. Pagkatapos, ito ay progresyon sa verification ng ika-apat na stage (tignan ang Figure 8 at Figure 9).

I-adjust ang axial length sa pagitan ng spline shaft sa kanang bahagi ng main shaft ng simulated circuit breaker at ang outer casing upang lumikha ng isang 4-mm gap. Gamit ang torque wrench, ito ay in tighten sa 10 Nm, at gamit ang deformed at sunken end cover mula sa ika-apat na stage. I-mark ito ng scribing line. I-push ito sa mechanical running-in chamber para sa mechanical running-in. Ang initial count ay 5,810 (tignan ang Figure 10).

Sa panahon ng test, natuklasan na kapag ang counter ay umabot sa 551 operasyon, ang end cover ay nagsimula na konting umikot sa relatibo sa initial position (tignan ang Figure 11); kapag ang count ay umabot sa 820 operasyon, ang end cover ay konting umikot sa relatibo sa posisyon sa 551 operasyon (tignan ang Figure 12); kapag ang count ay umabot sa 1122 operasyon, ang tripping spring ay visible na loose sa mata (tignan ang Figure 13); kapag ang count ay umabot sa 1261 operasyon, ang tripping spring ay nawala (tignan ang Figure 14).

Summary of the Test Process

Ang spindle design ng EIB spring operating mechanism ay batay sa disenyo ng Belgian EIB company. Matapos ang accurate positioning ng crank arms, ang bolts sa parehong bahagi ay in tighten sa specified torque value. Ang spring washers (gawa sa spring steel) ay ginagamit para sa anti-loosening via friction. Matapos ang assembly, ang washers ay flattened, at ang kanilang rebound force ay nagpapanatili ng clamping force at friction sa pagitan ng threads. Ang spindle structure design at anti-loosening measures na ito ay napapatunayan na reliable sa mechanical life type tests sa China Electric Power Research Institute (CEPRI).

Early Process Issues of the EIB Mechanism Spindle

Sa maagang assembly process, ang mga manggagawa ay kailangang i-adjust ang sleeves ng iba't ibang tolerance grades upang balansehin ang dimensions, na nagpapahina ng quality ng assembly at mahirap kontrolin. Matapos ang assembly ng circuit breaker spindle, ang cumulative errors ay nagdulot ng axial length deviations sa pagitan ng internal spline shaft at external sleeve. Kapag ang bolts ay in tighten sa specified torque, ang gitna ng end covers ay nag-sag inward. Dahil ang end covers ay gawa sa non-spring steel elastic materials, hindi ito maaaring bumawi pagkatapos ng deformation. Kasama rito, ang spindle sleeve ay maaaring creep dahil sa impact sa panahon ng operasyon, na maaaring paulit-ulit na bawasan ang bolt tightening torque (walang malinaw na pagbabago sa fasteners tulad ng bolts at end covers hanggang sa malaking pagbawas ng torque). Ang conventional maintenance ay mahirap ring mag-apply ng sapat na torque gamit ang ordinaryong wrenches. Sa wakas, kapag ang torque ay bumaba sa 10 Nm, ang end covers ay lumalambot, na nagwawasak sa anti-loosening effect ng spring washers.

Improved Process

Upang alisin ang pagbawas ng torque dahil sa pag-sag ng end cover, ang proseso ay in-adjust: matapos ang overall assembly, ang adjustment shims ay uniform na idinagdag para sa balancing. Ang thread-locking adhesive ay in-apply sa bolts, at in tighten sa 45 Nm gamit ang torque wrench. Mayroong shims na installed, walang space para sa end covers na mag-sag inward. Ang end covers ay hindi na papaulit-ulit na bawasan ang tightening torque dahil sa plastic deformation, na nagpapatiyak sa stable at reliable na operasyon ng circuit breaker sa buong buhay nito sa sapat na torque.

Rectification Measures

Para sa circuit breaker na may ganitong pagkakamali, tulad ng ipinapakita sa Figure 15, install ang adjustment shims. Matapos ang alignment ng end face ng internal main shaft sa outer sleeve, i-lock ito gamit ang bolts. Apply ang thread-locking adhesive sa bolts at gamit ang torque wrench, i-tighten ito sa 45 Nm.

Upang maiwasan ang pagkakaroon ng ganitong low-probability events, gawin ang comprehensive inspection sa mga circuit breakers na naitala, at install ang adjustment shims upang masiguruhin na ang mga ito ay maaaring magtrabaho nang normal at reliable.

Conclusion

Ang papel na ito ay nakatuon sa sitwasyon ng high-voltage AC vacuum circuit breaker na hindi mabubuksan nang maayos. Sa pamamagitan ng simulation analysis at experimental verification, ito ay nag-aanalisa ng mga sanhi ng pagkakawala ng tripping spring. Natuklasan na ang end gasket ay deformed dahil sa main shaft gap, at pagkatapos ng matagal na closing at opening vibrations, ang tripping spring ay nawala, na nagresulta sa hindi mabubuksan ng circuit breaker. Para dito, inihanda ang isang solusyon, at ang feasibility ng solusyon ay ipinakita nang detalyado. Inihandog ang mga corresponding rectification measures upang alisin ang pagkakamali, ibalik ang normal na paggamit ng high-voltage vacuum circuit breaker, at masiguro ang normal na produksyon ng enterprise.