Nízkonapěťové vakuumové vypínače: Typy cívek a poruchy

Cívkové cesty a uzavírací cívky v nízkonapěťových vakuumových spínacích členech

Cívkové cesty a uzavírací cívky jsou klíčovými komponenty, které ovládají stav spínání nízkonapěťových vakuumových spínacích členů. Když je cívka zapnuta, vygeneruje magnetickou sílu, která pohání mechanické spojení k dokončení operace otevření nebo zavření. Strukturně je cívka obvykle vyrobená zvinutím lakovaného drátu na izolační bobinu s vnější ochrannou vrstvou a koncové části jsou připevněny k obalu. Cívka funguje buď na stejnosměrném, nebo střídavém proudu, s běžnými napěťovými hladinami 24V, 48V, 110V a 220V.

Spálení cívky je častou poruchou. Prolongované zapnutí způsobuje nadměrné zvyšování teploty, což vede k uhlíkování izolační vrstvy a výsledkem je krátké spojení. Pokud se okolní teplota přesahuje 40°C nebo jsou provedeny více než pět po sobě jdoucích operací, životnost cívky může být zkrácena o 30%. Stav cívky lze hodnotit měřením jejího odporu, s tolerancí ±10% pro normální hodnoty. Například pro cívku s nominálním odporem 220Ω může naměřená hodnota nižší než 198Ω naznačovat meziobvodové krátké spojení, zatímco hodnota vyšší než 242Ω naznačuje špatný kontakt.

Během instalace je třeba dbát na polaritu cívky, protože opačné zapojení může způsobit zrušení magnetické síly. Během údržby vyčistěte pohyblivé části železného jádra anhydridem ethanolu a udržujte volný pohybový mez 0,3–0,5mm. Při výměně za novou cívku ověřte napěťové parametry; připojení stejnosměrné cívky ke střídavému zdroji proudu způsobí okamžité spálení. Pro modely vybavené ručním tlačítkem pro vypnutí proveďte třikrát měsíčně ruční testy, aby se zabránilo mechanickému zarazení.

Pokud spínací člen často vypíná, nejprve vyloučte faktory jiné než selhání cívky. Změřte, zda je napětí řídicího obvodu stabilní, a zkontrolujte, zda jsou kontakty pomocného spínače oxidovány. Jedna elektrárna zažila opakované spálení cívky a kořenovou příčinou bylo nakonec zjištěno, že přednapětí vypínacího pružiny bylo nastaveno příliš vysoko, což vedlo k nadměrnému mechanickému zatížení.

Vlhké prostředí snadno způsobuje selhání cívky. Pokud vlhkost přesahuje 85%, doporučuje se nainstalovat zařízení proti kondenzaci. V pobřežní distribuční místnosti, po přechodu na uzavřené typy civek, klesl počet poruch ze středního počtu 7 ročně na nulu. Pro místa s silnými vibracemi by měla být cívka zalita epoxidovou smolou, aby se zabránilo prolomení drátu.

Při výběru náhradní díly je třeba sledovat tři parametry: nominální napětí, aktivační výkon a doba odezvy. Při výměně za cívku jiné značky ověřte rozměry mechanického zapnutí; byly případy, kdy rozdíl 2 mm v délce plungeru způsobil neúplné vypnutí. Pokud je to nutné, lze vyrábět přechodové ložisko, ale musí být přepočítané elektromagnetické tahové momenty.

Z hlediska strategie systému se doporučuje založit životní cyklus cívky. Zaznamenejte okolní teplotu, počet operací a změny hodnoty odporu pro každou operaci. Jedna elektrárna zjistila skrze analýzu velkých dat, že pokud sahá variabilita odpornosti cívky 15%, pravděpodobnost selhání během následujících tří měsíců se zvýší na 82%.

Kritické myšlení musí probíhat celým procesem analýzy poruch. Pokud cívka spálí, nejen ji nahraďte, ale najděte kořenovou příčinu. Jedna továrna zažila opakované spálení cívky a konečné vyšetřování odhalilo chybu v návrhu řídicího obvodu, která způsobila, že signál vypnutí nebyl včas uvolněn, což vedlo k trvalému zapnutému stavu.

Pro nouzové řešení lze dočasně použít metodu paralelního odporníku. Připojte 200W odporník paralelně k terminálům spálené cívky, aby byla dočasně udržena funkčnost, avšak cívku je třeba vyměnit do 24 hodin. Tato metoda je pouze vhodná pro stejnosměrné cívky a nesmí se používat pro střídavé cívky. Při provozu musí být noseny izolační rukavice, aby se zabránilo elektrickému šoku z reziduálního napětí.

Existují techniky pro testování teplotního stoupání cívky. Při použití infračerveného teploměru zaměřte se na střed cívky. Povolené standardy teplotního stoupání jsou: 75°C pro třídu A izolace a 100°C pro třídu F izolace. Testování by mělo být provedeno okamžitě po třech po sobě jdoucích operacích, protože teplota je v tomto bodě nejblíže svému vrcholu.

V oblasti vylepšení návrhu začínají být aplikovány nové cívky s dvojitým vinutím. Hlavní vinutí je odpovědné za generování magnetické síly, zatímco pomocné vinutí se používá pro monitorování stavu. Když dojde k meziobvodovému krátkému spojení v hlavním vinutí, změna indukčnosti pomocného vinutí aktivuje varovný signál, což umožňuje predikci poruchy 20 dní dříve než u tradičních civek.

Ekonomická rentabilita údržby musí být komplexně zvažována. Tržní cena standardní cívky je přibližně 80–150 RMB, s náklady na výměnu práce asi 200 RMB. Pokud přesahují roční poruchy tři, doporučuje se přejít na cívku odolnou vůči vysoké teplotě (za cca 280 RMB), jelikož její životnost je prodloužena třikrát. Pro klíčové energetické uzly je redundantní dvoucívkové uspořádání spolehlivější.

Klíčové body pro operační školení zahrnují: nikdy nepřipojujte nebo nerozpínajte konektory cívky pod napětím, udržujte alespoň 15 sekundový interval mezi operacemi vypnutí/zavření pro ochlazení a posilujte testování izolace v deštné sezóně. Údržbářský tým nesplnil požadavek na časový interval pro ochlazení, což vedlo k tomu, že nově nahrazená cívka spálila znovu během dvou dnů.

Technologický inovační trend se objevuje. Cívky s zapínacími magnety začínají nahrazovat tradiční struktury, používají permanentní magnety k udržení stavu vypnutí nebo zavření, což snižuje spotřebu energie o 90%. Nicméně, takové cívky mají vyšší požadavky na řídící signály a vyžadují speciální ovladač, což zvyšuje náklady na modernizaci přibližně o 40%.

Je velmi doporučeno mít digitální most pro diagnostiku na místě. Může nejen měřit stejnosměrný odpor, ale také detekovat indukčnost cívky. Normální rozsah fluktuace indukčnosti by měl být v rámci ±5%. Pokud je zjištěn výrazný pokles indukčnosti, cívku by mělo být vyměněno, i když hodnota odporu vypadá normálně.

Ochranná opatření nesmějí být zanedbána. V cementárnách s vysokým obsahem prachu je efektivní blokování částic větších než 0,3 mikronu nainstalováním nanovláknové filtrační pokrývky na cívku. Pro chemické továrny se doporučuje používat papír pro kontrolu pH kvartálně pro kontrolu kyselosti nebo zásady povrchu cívky a okamžitě provést protikorozní léčbu, pokud jsou zjištěny známky korozního poškození.

Modely pro predikci životnosti se stávají stále více rozšířené. Algoritmy založené na počtu operací, environmentálních parametrech a změnách hodnoty odpornosti dosáhly přesnosti přes 75%. Jeden inteligentní spínací člen již dosáhl 30denního předchozího varování před selháním cívky, což prevence neplánovaných výpadků.

Kritéria pro přijetí po údržbě zahrnují: manuální síla působení nesmí přesáhnout 50N, hladina hluku během elektrické operace by měla být nižší než 65 dB a žádné zarazení během 10 po sobě jdoucích operací. Během přijetí použijte osciloskop k zachycení průběhu proudu cívky. Normální průběh by měl být hladkou křivkou; pilovitý průběh naznačuje přítomnost mechanického odporu.