Способ испытаний вакуумных выключателей на стойкость при сквозных токах короткого замыкания

Изобретение относится к технике приборостроения, а именно к технике испытаний вакуумных выключателей. Технический результат - повышение надежности. Для достижения данного результата в процессе пропускания через выключатель тока с заранее установленными параметрами испытания проводят при вжиме контактов дугогасительных камер, уменьшенном на величину ожидаемой убыли вжима контактов. 1 ил.

 

Изобретение относится к области коммутационных аппаратов, в частности к вакуумным выключателям и к способам испытаний вакуумных выключателей на стойкость при сквозных токах короткого замыкания.

Известно широкое использование в электрических аппаратах (выключателях, разъединителях) контактных соединений, в частности размыкающихся. Важнейшей характеристикой размыкающихся контактов является их динамическая устойчивость при протекании токов короткого замыкания. Эта устойчивость в основном определяется контактным нажатием. Оно должно быть достаточным для предотвращения сваривания контактов и отказа в работе аппарата [1]. Стабильное контактное нажатие обычно обеспечивается применением пружины, прижимающей один контакт к другому с требуемой силой. Достаточность принятого конструктивного решения проверяется пропусканием через сомкнутые контакты сквозного тока короткого замыкания соответствующего значения и продолжительности с последующей проверкой отсутствия свариваемости контактов.

Выключатели переменного тока на напряжение свыше 1000 В согласно ГОСТ 687-78 должны подвергнуться испытаниям на стойкость при сквозных токах короткого замыкания. При этих испытаниях выключатель во включенном положении должен выдерживать без повреждений, могущих препятствовать его исправной работе, электродинамическое воздействие сквозных токов короткого замыкания с параметрами, вплоть до следующих нормированных значений:

а) наибольший пик (ток электродинамической стойкости) i_д, равный 2,55 I_o,ном;

б) начальное действующее значение периодической составляющей I_н,п, равное I_о,ном;

в) время протекания тока согласно ТУ на выключатель.

Здесь I_о,ном - номинальный ток отключения выключателя.

Критериями положительного результата испытаний являются:

- отсутствие сварки контактов;

- отсутствие повреждений, могущих препятствовать исправной работе выключателя.

Отсутствие сварки контактов доказывает, что в выключателе контактное нажатие достаточно для противостояния воздействию сквозного тока короткого замыкания.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ испытаний выключателей на стойкость при сквозных токах короткого замыкания [2], который распространяют на вакуумные выключатели. Он включает пропускание через выключатель тока с нормируемыми параметрами.

Недостатком этого способа является то, что он не учитывает износа контактов и других элементов выключателя при выработке электрического и механического ресурсов.

Задачей изобретения является повышение достоверности результатов испытаний и надежности работы выключателя в течение его срока службы.

Указанная цель достигается тем, что в способе испытаний вакуумных выключателей на стойкость при сквозных токах короткого замыкания, включающем пропускание через выключатель тока с нормируемыми параметрами, новым является то, что испытания проводят при уменьшенном на величину ожидаемой убыли ΔL вжиме L контактов дугогасительных камер, причем ΔL=Δd+ΔS₁+ΔS₂, где: Δd - износ контактов камеры при выработке электрического ресурса;

ΔS₁ - сумма люфтов, образующихся при выработке механического ресурса выключателя;

ΔS₂ - сумма необратимых деформаций силовых элементов выключателя.

Узел нажатия в вакуумном выключателе должен обеспечить не только динамическую устойчивость контактов, как это имеет место в выключателях других типов, но и разорвать сварное соединение контактов, возникающее даже при их динамической устойчивости. Эта функция узла нажатия в вакуумном выключателе является специфической, характерной лишь для этого типа аппаратов. Реализация этой функции осуществляется за счет силы удара F_уд, возникающей в узле нажатия в ходе выполнения операции отключения. Механизм возникновения этой силы продемонстрируем с помощью чертежа, на котором представлена общепринятая схема механических соединений элементов полюса вакуумного выключателя. Здесь 1 - вакуумная дугогасительная камера; 2 - ее подвижный вывод; 3 - фланец крепления камеры; узел контактного нажатия, в том числе: корпус 4 с крышкой 5, 6 - тарельчатый элемент, 7 - пружина контактного нажатия, 8 - дно корпуса; 9 - тяга; 10 - выступ; 11 - фиксатор; 12 - пружина отключения. Позиции элементов полюса выключателя изображены в положении "включено". В этой позиции обязателен зазор L между крышкой 5 и тарельчатым элементом 6, называемым "вжимом". Он определяет силу удара.

При подаче команды на отключение фиксатор 11 отходит от выступа 10, освобождая тягу 9. Под действием сил F₁ и F₂ от пружин, соответственно, 7 и 12 происходит ускоренное движение всех соединенных механически между собою подвижных частей полюса и привода, кроме вывода 2 и тарельчатого элемента 6. При этом на пути вжима L указанные подвижные части обретают количество движения mv, где m - приведенная масса подвижных частей, v - их скорость. В момент прохождения вжима L крышка корпуса 5 ударяет по тарельчатому элементу 6, вызывая силу удара F_уд, которая через вывод 2 передается на сварное соединение контактов камеры 1. Можно показать, что сила удара достигает значения

Здесь Δt продолжительность действия F_уд.

При силе удара больше силы сварки контактов между собою произойдет размыкание контактов камеры, то есть команда на отключение будет выполнена. В противном случае необходимо констатировать отказ в работе выключателя.

Все члены формулы, входящие в выражение (1), характеризующие состояние выключателя в процессе его эксплуатации, кроме значения L практически не изменяются, а следовательно, не влияют на F_уд. Напротив, значение L с выработкой электрического и механического ресурсов выключателя постепенно уменьшается.

У нового выключателя значение вжима равно номинальному L₀, то есть L=L₀. В ходе эксплуатации выключателя происходит износ контактов камеры. При полной выработке электрического ресурса износ контактов достигает Δd. Значение износа указывается в ТУ на камеры. Обычно Δd=3 мм. Как видно из чертежа, на это значение уменьшается вжим, то есть L=L₀-Δd.

Кроме того, при выработке механического ресурса выключателя изнашиваются шарнирные соединения и фиксаторы привода, в том числе фиксатор 10 и выступ 11. Это приводит к изменению позиции нажимного устройства на ΔS₁. У хорошо спроектированного выключателя значение ΔS₁≤1 мм.

Третья составляющая ΔS₂ уменьшения L с течением времени состоит в необратимой деформации силовых конструкций выключателя под действием ударных нагрузок, возникающих в этих конструкциях при коммутационных операциях. Опыт показывает, что ее значение также может достигать ΔS₂≈1 мм. Таким образом, вжим к концу срока эксплуатации выключателя или ко времени выработки его электрического и механического ресурсов может уменьшиться на значение убыли ΔL=Δd+ΔS₁+ΔS₂ и вместо L₀ будет равен L=L₀-(Δd+ΔS₁+ΔS₂)=L₀-ΔL.

Считается допустимым уменьшение вжима в ходе эксплуатации выключателя в два раза. Тогда значение силы удара в соответствии с (1) уменьшится в √2 раз, то есть снизится на 30% в сравнении с силой удара в новом выключателе. Это существенное уменьшение силы удара, и вполне возможна ситуация, когда после многолетней нормальной работы выключателя он "вдруг" не отключит ток короткого замыкания по причине сваривания между собою контактов камеры.

В предлагаемом способе испытаний пропускают ток короткого замыкания с нормируемыми параметрами через замкнутые контакты выключателя. Причем вжим контактов устанавливают уменьшенным на величину ожидаемой убыли, образующейся в ходе эксплуатации выключателя и равной ΔL=Δd+ΔS₁+ΔS₂.

Уменьшить в новом выключателе значение вжима на ΔL можно несколькими приемами. Можно сместить на ΔL корпус камеры (на чертеже вверх); можно на ΔL уменьшить длину тяги 9, что возможно за счет имеющихся в выключателе регулировок.

Положительные результаты испытаний по этому способу предопределяют надежную работу выключателя при коммутациях токов короткого замыкания на протяжении всего срока службы.

Источники информации

1. Бабиков М.А. Электрические аппараты. Монография// М.: Госэнергоиздат, 1963 г., с.53.

2. ГОСТ 687-78. Выключатели переменного тока на напряжение свыше 1000 В, с.44, 45. (прототип).

Способ испытаний вакуумных выключателей на стойкость при сквозных токах короткого замыкания, включающий пропускание через выключатель тока с нормируемыми параметрами, отличающийся тем, что испытания проводят при вжиме контактов дугогасительных камер, уменьшенном на величину ожидаемой убыли, причем

ΔL=Δd+ΔS₁+ΔS₂,

где ΔL - ожидаемая убыль вжима;

Δd - износ контактов камеры при выработке электрического ресурса;

ΔS₁ - сумма люфтов, образующихся при выработке механического ресурса выключателя;

ΔS₂ - сумма необратимых деформаций силовых элементов выключателя.