真空回路遮断器の故障：原因と対処法

高圧真空回路遮断器の故障分析とトラブルシューティング

真空回路遮断器の利点は、油を使用しない設計に留まらない。長寿命の電気的・機械的性能、高い絶縁強度、強力な連続切断能力、コンパクトなサイズ、軽量性、頻繁な操作への適応性、火災防止、低メンテナンスといった利点があり、これらの利点は電力システムの運転者、メンテナンス担当者、エンジニアによって迅速に認識された。中国で初期に製造された高圧真空回路遮断器は、品質が不安定であり、動作中に過大な電流切断オーバーボルテージや時折真空遮断器からの漏れが発生していた。

しかし、1992年の天津真空スイッチ応用推進会議では、中国の真空回路遮断器製造技術が国際的な先端に達し、その応用と発展の転換点を示した。真空回路遮断器の広範な使用とともに、時折故障が発生する。この記事では一般的な故障を分析し、対応策を提供する。

一般的な異常動作状況

1. 回路遮断器が閉じたり開いたりしない（動作拒否）：閉じる（またはトリップ）コマンドを受け取った後、閉じる（またはトリップ）ソレノイドが作動し、プラグナーがラッチを解放し、閉じる（または開く）バネがエネルギーを放出して機構を駆動する。しかし、遮断器が閉じない（または開かない）。

2. 意図しないトリップ（誤トリップ）：正常な運用中に外部制御信号や手動操作なしにブレーカーがトリップする。

3. スプリング充電後にストレージモーターが継続的に動作する：閉じた後、モーターがスプリングを充電し始める。完全にエネルギーを蓄えても、モーターは継続的に動作する。

4. 直流抵抗の増加：長期の運用により、真空遮断器の接触部の抵抗が徐々に増加する。

5. 閉じ時のバウンス時間の増加：時間とともに、閉じ時の接触バウンス時間が増加する。

6. 中間室のCT表面から支持ブラケットへの放電：運用中に、中間室の電流変換器（CT）表面と支持構造との間にアークが発生する。

7. 真空遮断器が開かない：トリップコマンドを受け取った後、遮断器が開かないか、部分的にしか開かない（単相または二相動作）。

故障原因分析

1. 閉じたり開いたりしない

動作機構が作動しない場合、まず二次制御回路（保護リレーなど）または機械部品のいずれかが原因であるかを確認する。二次回路が正常であることを確認した後、機構の主レバー腕を接続するユニバーサルジョイントのクリアランスが大きすぎることが見つかった。機構が正常に動作しても、リンクを駆動できず、閉じたり開いたりできない。

2. 意図しないトリップ

正常な運用では、外部コマンドなしにブレーカーはトリップしないはずである。人為的なエラーを排除した後、機構箱内の補助スイッチの接触部にショートが見つかった。このショートを通じてトリップコイルが励磁され、誤トリップが発生した。根本的な原因は、機構箱に雨水が侵入し、出力クランクアームを介して補助スイッチに直接流れ込み、接触部がショートしたことである。

3. スプリング充電後にストレージモーターが継続的に動作する

閉じた後、エネルギー貯蔵モーターが始動する。スプリングが完全に充電されると、完了信号が出る。ストレージ回路には、ブレーカーからの通常開触点と限界スイッチの通常閉触点が含まれている。閉じた後、補助触点が閉じ、モーターが始動する。スプリングが完全に充電されると、機構レバーが限界スイッチの通常閉触点を開き、モーターへの電力を切る。レバーがこの触点を開けない場合、回路は電力を供給し続け、モーターは継続的に動作する。

4. 直流抵抗の増加

真空遮断器の接触部は突合型である。過度な接触抵抗は負荷下での過熱を引き起こし、導電性と切断性能を損なう。抵抗はメーカーの仕様以下に保たなければならない。接触ばねの圧力は抵抗に大きく影響し、適切なオーバートラベル条件下で測定されるべきである。徐々に増加する抵抗は接触の摩耗を反映している。接触の摩耗と接触ギャップの変化が直流抵抗の上昇の主な原因である。

5. 閉じ時のバウンス時間の増加

閉じ時に若干の接触バウンスは正常だが、過度なバウンスは接触部の焼け付きまたは溶接を引き起こす可能性がある。技術基準では、閉じ時のバウンス時間を2ms以下に制限している。時間とともに、バウンスの増加の主な原因は接触ばねの力の低下とレバーおよびピンの摩耗によるクリアランスの増加である。

6. CT表面から支持ブラケットへの放電

中間室には電流変換器（CT）が収容されている。運用中にCT表面に不均一な電場が形成される可能性がある。これを防ぐために、製造者は半導体塗料を表面に塗布して電場を均一化する。組み立て時にスペースの制約により、取り付けボルト周囲の半導体コーティングが削れて電場の歪みが生じ、運用中に表面からブラケットへの放電が発生する。

7. 真空遮断器が開かない

正常な条件下では、ブレーカーは手動または保護リレーによってトリップしても確実に電流を遮断すべきである。

真空回路遮断器は、他のタイプとは異なり、真空を絶縁および消弧媒体として使用する。真空レベルが低下すると、チャンバー内でイオン化が発生し、帯電粒子が生成され、絶縁強度が低下し、適切な電流遮断ができなくなる。

トラブルシューティングと解決策

1. 閉じたり開いたりしない：動作機構のすべての接続部品のクリアランスを検査し、磨耗した部品を新しい高硬度の適格部品に交換する。

2. 意図しないトリップ：雨の侵入可能なすべての箇所をシールし、出力クランクリンケージに保護シリコンスリーブを設置し、機構箱内のヒータと湿気除去装置を起動する。

3. スプリング充電後にストレージモーターが継続的に動作する：限界スイッチの位置を調整し、スプリングが完全に充電されたときにレバーが通常閉触点を完全に開くようにする。

4. 直流抵抗の増加：遮断器の接触ギャップとオーバートラベルを調整する。標準で指定されている直流電圧降下法（試験電流≥100A）を使用して接触抵抗を測定する。調整しても抵抗が減少しない場合は、真空遮断器を交換する。

5. 閉じ時のバウンス時間の増加：接触ばねの初期圧力を少し増加させたり、交換したりする。レバーまたはピンのクリアランスが0.3mmを超える場合は、これらの部品を交換する。駆動機構を微調整し、閉じた位置の死点付近に移動させることで伝達比を最小限に抑え、バウンスを減らす。

6. CT表面から支持ブラケットへの放電：CT表面に半導体塗料を均一に再塗装し、電場分布を均一にする。

7. 真空遮断器が開かない

真空の整合性が所定のレベル未満であることが確認された場合、真空遮断器を交換する。以下の手順を実行する。

• 新しい真空遮断器がインストール前に真空整合性テストに合格していることを確認する。

• 古い遮断器を取り外し、新しいものを垂直に設置する。移動接触ロッドと遮断器の間に整合性があることを確認する。設置時にねじれストレスを避ける。

• 設置後、接触ギャップとオーバートラベルを測定し、必要に応じて調整する：① 絶縁引き棒のねじ接続を介してオーバートラベルを調整する。② 移動導電ロッドの長さを変更して接触ギャップを調整する。

• 回路遮断器アナライザーを使用して開閉速度、三相同期、閉じ時のバウンスを測定し、結果が仕様外の場合さらに調整を行う。