EIB Mekanizmasındaki Vakum Devre Kesicisinin Ana Shaftsı Hatası Üzerine Analiz ve Tartışma

Vakum devre kesicisi, ark söndürme ortamı ve ark sonrası kontaklar arasındaki boşlukta izole edici ortam olarak vakumu kullanan bir devre kesicisidir. Endüstriyel ve madencilik işletmelerinde güç ekipmanları ve güçle çalışan ekipmanlar için koruma ve kontrol birimi olarak, iç mekanlı AC yüksek gerilimli vakum devre kesicileri çeşitli uygulamalara sahiptir ve sabit dolaplar, orta montajlı dolaplar ve çift katlı dolaplarda kurulabilir. Anahtarlama ekipmanları arasında kritik bir elektrik cihazı olan yüksek gerilimli devre kesiciler, belirlenmiş çalışma akımında sık işlem gerektiren veya kısa devre akımının birden fazla kesilmesi gereken yerlerde uygun kullanımdır.

Bu makale, EIB vakum devre kesicisinin anahtarı sıklıkla çalıştırılmasından dolayı açılmadan veya kapanmadan kaynaklanan sorunu analiz etmektedir. Deneyler sonucunda, ana mavinin sağ tarafındaki tripping yayının düşmesinin devrenin düzgün açılmadığı veya kapanmadığı neden olduğu tespit edilmiştir. Devrenin normal çalışmasını sağlamak için ayar levhaları takma gibi bir iyileştirme önemi önerilmekte olup, bu, işletmenin üretim güvenliği için belirli bir referans anlamına gelmektedir.

Vakum Devre Kesicisinin Yapısı

Bir vakum devre kesicisi, vakum ark söndürme odası, işletim mekanizması ve destek gibi bileşenlerden oluşur.

Vakum Ark Söndürme Odası

Ayrıca vakum anahtarı olarak da bilinen vakum ark söndürme odasının çalışma prensibi, tüp içindeki vakum ortamının mükemmel yalıtım özelliğini kullanarak, güç kaynağı kesildikten sonra orta ve yüksek gerilimli devrede arka hızlı bir şekilde söndürerek akımı kesmektir. Ana yapıları şunlardır:

• Hassas Izolasyon Sistemi: Bu, vakum ortamında kapalı bir konteynerdir ve genellikle hava geçirmez bir izolasyon silindiri, hareketli uç kaplama plakası, sabit uç kaplama plakası ve paslanmaz çelik zambaklardan oluşur. Hava geçirmezliğin sağlanması için kenetleme bağlantıları için sıkı işlemler gerekir. Ayrıca, çok düşük hava geçirgenliğine sahip malzemeler ve iç gaz salınım miktarının en az seviyeye indirilmesi gerekir.

• İletken Sistem: Bu, genellikle sabit elektrot ve hareketli elektrottan oluşur. Sabit elektrot, sabit temas, sabit iletim çubuğu ve sabit ark yüzeyini içerirken, hareketli elektrot, hareketli temas, hareketli iletim çubuğu ve hareketli ark yüzeyini içerir. Temas yapısı tipleri, spiral yuvarlak ark yüzeyi olan transversal manyetik alan tipi, longitudinal manyetik alan tipi ve silindirik tip olarak genelleştirilebilir. İşlem mekanizması, hareketli iletim çubuğunun hareketiyle iki teması birleştirerek devre bağlantısını tamamlar.

• Koruyucu Sistem: Bu, genellikle koruyucu silindir, koruyucu kapak ve diğer cihazlardan oluşur. Şu anda yaygın olarak kullanılan koruyucu kapaklar, zambak koruyucu kapak ve temastan çevresindeki ana koruyucu kapak gibi tipleri içerir. Ana koruyucu kapak, yerel alan gücünü azaltarak, ark söndürme odasının iç elektrik alan dağılımının dengesini artırır, bu da vakum ark söndürme odasının küçültülmesine yardımcı olur. Aynı zamanda, ark oluşum sırasında ark ürünlerinin yalıtım kabının iç duvarına sıçramasını önler, bu da ark salınımının kabın yalıtım etkisini etkilememesini sağlar. Ayrıca ark enerjisini emer, ark ürünlerini yoğunlaştırır ve ark sonrası boşluğun dielektrik gücünün hızla toparlanmasını hızlandırır.

İşlem Mekanizması

Farklı devre kesicileri farklı işlem mekanizmaları kullanır. Yay mekanizması, IEE-Business yay enerji depolama mekanizması, CT8 yay enerji depolama mekanizması, CT19 yay enerji depolama mekanizması, CD10 manyetik mekanizma, CD17 manyetik mekanizma gibi yaygın olarak kullanılan işlem mekanizmalarıdır. Bunlar arasında, yay mekanizması küçük boyutu, küçük kapalı akım ve yüksek güvenilirliği nedeniyle, şu anda farklı gerilim seviyelerindeki anahtarlama ekipmanlarında yaygın olarak kullanılmaktadır.

Vakum Devre Kesicisinin Fonksiyonu ve Prensibi

Fonksiyon ve Özellikleri

Normal çalışma koşullarında, teknik parametre aralığına uyan bir vakum devre kesicisi, ilgili gerilim seviyesindeki elektrik ağındaki güvenli ve güvenilir çalışmasını sağlayabilir. Bir vakum devre kesicisinin mekanik ömrü yaklaşık 20.000 kez, tam kapasite kısa devre akımı kesme sayısı ise 50 kezdır. Çalışma akım aralığında sıkça çalıştırılabilir veya kısa devre akımını birden fazla kez keser. Yüksek gerilimli vakum devre kesicileri, yüksek güvenilirlik, her türlü hava koşulunda çalışma, bakım gerektirmeme, tam işlevsellik, iyi değiştirilebilirlik, güçlü genel kullanım ve çeşitli özelliklere sahip yeniden kapama işlemlerinde kullanılabilir. Vakum devre kesicileri, dikey izolasyon silindiri ve katı izolasyon yapısı - entegre katı sigilli kutup sütunlarını kullanır, bu sayede çeşitli özel ortamların etkisine karşı dayanıklıdır ve bakımı kolaydır. Ayrıca, vakum devre kesicileri, sabit, çekilebilir veya çerçeveye monte edilebilir olmak üzere birçok kullanım şekline sahiptir.

Prensip Tanıtımı

Bir vakum devre kesicisinin hareketli ve sabit temaslari şarjlı iken açıldığında, temalar arasında bir vakum ark oluşur. Ark, temaların yüzey sıcaklığını yükselterek, temaların yüzeyinde metal buharı oluşmasına neden olur. Temaların özel şekli nedeniyle, akım geçtiğinde, oluşturduğu manyetik alan etkisiyle ark, temaların yüzeyinin teğet yönünde hızlı bir şekilde hareket eder. Ark sütunundaki metal buharı ve yüklü parçacıklar sürekli dışarıya difüze olur ve metal buharı ve yüklü parçacıkların yoğunluğu sürekli azalır. Ark doğal olarak sıfır geçtiğinde, temalar arasındaki ortam hızlı bir şekilde iletkenlikten yalıtıcıya dönüşür, akım kesilir ve ark söner.

Arızanın Özet ve Analizi

Sıklıkla çalıştırılması nedeniyle vakum devre kesicisinin açılmaması veya tamamen açılmaması durumunu inceleyen, yerinde yapılan inceleme, ana mavinin sağ ucundaki somunun çıkması, sağ tripping yayının düşüp ana mavinin üzerine takılmasına neden olduğunu göstermiştir. Mekanizmanın tripping'ine sadece ana mavinin sol ucundaki tripping yayına bağlı kalınması, anahtarın tam olarak açılmasını engellemiştir. Bu arızanın oluşma olasılığı oldukça düşük olsa da, bu arıza üretimin güvenlik kazalarına yol açabilir. Bu nedenle, arızanın nedeni analiz edilerek potansiyel güvenlik tehlikeleri ortadan kaldırılmalı ve güvenli üretim sağlanmalıdır.

Çözüm ve Doğrulama Planı

EIB mekanizmalı devre kesicisinin ana mavinin her iki tarafındaki tripping yaylarını sabitleyen somunlar, standart somun + yaylı somun (Şekil 1) şeklindedir. Yıllar boyunca sıklıkla anahtar işlemi gerçekleştirildikten sonra, ana mavinin sağ ucundaki tripping yayını sabitleyen somun titreşim nedeniyle çıkıp, sağ tripping yayının düşmesine ve ana mavinin üzerine takılmasına neden olmuştur. Mekanizmanın tripping'ine sadece ana mavinin sol ucundaki tripping yayına bağlı kalınması, anahtarın tam olarak açılmasını engellemiştir. Yerinde yapılan incelemede, ana mavinin sağ ucundaki dişli mavinin dış kasıma olan eksenel uzunluk farkının yaklaşık 4mm olduğu ve uç kapakların deformasyona uğrayıp içeri doğru çöküşünün (Şekil 2) olduğu tespit edilmiştir. Bu arıza, yani kapalı ve açık ana mavinin ucundaki somunun gevşemesi nedeniyle tripping yayının düşmesi sonucu oluşan devre kesicinin başarısızlığına karşılık, doğrulama amacıyla uygun yapıya sahip bir devre kesicisi yeniden monte edilmiştir:

Bu simüle devre kesicinin ana mavinin sağ ucundaki dişli mavinin dış kasıma olan eksenel uzunluğunu, yaklaşık 4mm boşluk oluşturacak şekilde ayarlayın (Şekil 3) ve 45Nm torkla tork anahtarıyla sıkıştırın. Makineye mekanik çalışma için yerleştirin. Başlangıç sayaç değeri 26 kez olup, sıkıştırıldıktan sonra uç kapakta hafif çöküş gözlemlenmiştir. Süreç Şekil 4'te gösterilmiştir.

Sonuç olarak, belirtilen tork 45 Nm olduğunda, mavinin dış kapsama kadar olan eksenel uzunluk 4 mm olup, uç kapak deforme ve çökmüş olsa bile, 2.200'den fazla işlem sonuna kadar iyi sabitlenmiş durumdadır. Daha sonra, ikinci aşama doğrulamasına geçilmiştir.

Bu simüle devre kesicinin ana mavinin sağ ucundaki dişli mavinin dış kasıma olan eksenel uzunluğunu, 4 mm boşluk oluşturacak şekilde ayarlayın. Tork anahtarıyla 35 Nm torkla sıkıştırın ve aşamada 1'de deforme ve çökmüş olan uç kapak kullanılarak işaretleyin. Mekanik çalışma için makineye yerleştirin. Başlangıç değeri 2.252'dir. Sonuç olarak, tork 35 Nm olduğunda, mavinin dış kapsama kadar olan eksenel uzunluk 4 mm olup, uç kapak deforme ve çökmüş olsa bile, 1.887'den fazla işlem sonuna kadar iyi sabitlenmiş durumdadır. Daha sonra, üçüncü aşama doğrulamasına geçilmiştir (Şekil 6).

Bu simüle devre kesicinin ana mavinin sağ ucundaki dişli mavinin dış kasıma olan eksenel uzunluğunu, 4 mm boşluk oluşturacak şekilde ayarlayın. Tork anahtarıyla 20 Nm torkla sıkıştırın ve üçüncü aşamada deforme ve çökmüş olan uç kapak kullanılarak işaretleyin. Mekanik çalışma için makineye yerleştirin. Başlangıç değeri 4.139'dur (Şekil 7).

Sonuç olarak, tork 20 Nm olduğunda, mavinin dış kapsama kadar olan eksenel uzunluk 4 mm olup, uç kapak deforme ve çökmüş olsa bile, 1.671'den fazla işlem sonuna kadar iyi sabitlenmiş durumdadır. Daha sonra, dördüncü aşama doğrulamasına geçilmiştir (Şekil 8 ve Şekil 9).

Bu simüle devre kesicinin ana mavinin sağ ucundaki dişli mavinin dış kasıma olan eksenel uzunluğunu, 4 mm boşluk oluşturacak şekilde ayarlayın. Tork anahtarıyla 10 Nm torkla sıkıştırın ve dördüncü aşamada deforme ve çökmüş olan uç kapak kullanılarak işaretleyin. Mekanik çalışma için makineye yerleştirin. Başlangıç değeri 5.810'dur (Şekil 10).

Test süreci sırasında, sayaç 551 işlem olduğunda, uç kapak başlangıç pozisyonuna göre hafifçe dönmeye başladığı (Şekil 11); sayaç 820 işlem olduğunda, uç kapak 551 işlem pozisyonuna göre hafifçe dönerek (Şekil 12); sayaç 1.122 işlem olduğunda, tripping yayının görsel olarak gevşediği (Şekil 13); sayaç 1.261 işlem olduğunda, tripping yayının düştüğü (Şekil 14) tespit edilmiştir.

Test Sürecinin Özetlenmesi

IEE-Business yay mekanizmasının ana mavi tasarımı, Belçikalı IEE şirketinin tasarımına dayanmaktadır. Kollar doğru pozisyonda konfigüre olduktan sonra, her iki taraftaki somunlar belirtilen tork değerine sıkıştırılır. Somunlar, sürtünme ile gevşemeyi önleyen yaylı somunlar (yaylı çeliğinden yapılmış) ile sıkıştırılır. Montajdan sonra, somunlar düzleşir ve geri tepme gücü, taramalar arasındaki sürtünmeyi ve sıkıştırma kuvvetini korur. Bu ana mavi tasarım ve gevşeme önleme önlemleri, Çin Elektrik Güç Araştırma Enstitüsü (CEPRI) tarafından yapılan mekanik ömür tip testlerinde güvenilir bulunmuştur.

IEE Mekanizmasının Ana Mavisinin Erken Süreç Sorunları

Erken montaj sürecinde, işçiler farklı tolerans derecelerindeki mermileri boyut dengelemesi için ayarlamak zorunda kaldı, bu da montaj kalitesinin tutarsız ve kontrol edilmesini zorlaştırdı. Devre kesicinin ana mavisinin montajından sonra, kümülatif hatalar, iç dişli mavinin ve dış kasın arasındaki eksenel uzunluk farklarına neden oldu. Somunlar belirtilen torka sıkıştırıldığında, uç kapakların ortası içeri doğru çökmeye başladı. Uç kapaklar, elastik malzemelerden yapılmadığı için, deformasyondan sonra eski hallerine dönemedi. Ayrıca, mavinin dış kasa, operasyon sırasında yaşanan darbeler nedeniyle sürünme olabilir, bu da somun sıkıştırma torkunu yavaş yavaş azaltabilir (somun ve uç kapak gibi bağlayıcıların görünür değişikliklerini, torkun büyük ölçüde zayıflamasına kadar göstermedi). Geleneksel bakım, somunlara yeterli tork uygulamakta zorlandı. Sonunda, tork 10 Nm'nin altına düştüğünde, uç kapaklar hızla gevşemeye başladı, yaylı somunların gevşeme önleme etkisini yok etti.

Geliştirilmiş Süreç

Uç kapakların çökmesi nedeniyle tork zayıflamasını önlemek için süreç, tüm montajdan sonra, dengeleme için düzeltme levhalarının eklenmesiyle değiştirildi. Somunlara tork kilitleme yapıştırıcı uygulanır ve tork anahtarıyla 45 Nm'ye sıkıştırılır. Düzeltme levhaları takıldığında, uç kapakların içeri doğru çökmek için artık yer kalmaz. Uç kapaklar, plastik deformasyon nedeniyle sıkıştırma torkunu azaltmayacak, devre kesicinin hizmet ömrü boyunca yeterli tork altında istikrarlı ve güvenilir çalışacaktır.

Düzeltme Önlemleri

Bu hataya sahip devre kesiciler için, Şekil 15'te gösterildiği gibi, düzeltme levhaları takın. İç ana mavinin bitiş yüzeyini dış kasa ile hizalayın, somunlarla kilitleyin. Somunlara tork kilitleme yapıştırıcı uygulayın ve tork anahtarıyla 45 Nm'ye sıkıştırın.

Bu düşük olasılıklı olayların meydana gelmesini önlemek için, faaliyete alınan devre kesiciler üzerinde kapsamlı bir inceleme yapın ve düzeltme levhaları takarak, faaliyete alınan devre kesicilerin normal ve güvenilir bir şekilde çalışmasını sağlayın.

Sonuç

Bu makale, yüksek gerilimli AC vakum devre kesicisinin düzgün açılmadığı durumu üzerine odaklanmaktadır. Simülasyon analizi ve deneysel doğrulama yoluyla, tripping yayının düşmesinin nedenlerini analiz etmektedir. Ana mavinin boşluğunun neden olduğu uç kapakların deformasyonu, ardından uzun süreli kapalı ve açık titreşimler sonucunda tripping yayının düşmesi, devre kesicisinin açılmamasına neden olmuştur. Buna yönelik bir çözüm önerilmiştir ve çözümün uygulanabilirliği detaylı bir şekilde gösterilmiştir. İlgili düzeltme önlemleri sunulmuştur, böylece arıza ortadan kaldırılmış, yüksek gerilimli vakum devre kesicisinin normal kullanımı geri kazanılmış ve işletmenin normal üretimini sağlanması amaçlanmıştır.