способ определения коммутационных ресурсов выключателей
Классы МПК: | G01R31/327 испытание прерывателей цепи, переключателей или выключателей цепи |
Автор(ы): | Максимов Ю.Я. (RU) |
Патентообладатель(и): | Курский государственный технический университет (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2001-07-16 публикация патента:
10.04.2005 |
Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрооборудованию, установленному в распределительных устройствах, и может быть использовано на электрических станциях и подстанциях и в других электроустановках. Технической задачей изобретения является сокращение трудозатрат на определение коммутационного ресурса выключателей, в расширении функциональных возможностей способа, в сокращении затрат на испытания, их объема. Это достигается тем, что на основании экспериментальных испытаний коммутационного ресурса выключателей при номинальном токе вычисляют потенциальные большой и малый энергетические коммутационные ресурсы в диапазоне малых и больших токов соответственно. Потенциальный большой энергетический коммутационный ресурс в диапазоне малых токов считают постоянным. Исключают экспериментальное определение коммутационного ресурса в диапазоне малых токов, а в диапазоне больших токов определяют зависимость потенциального малого энергетического коммутационного ресурса от величины тока. Учитывают количество выполненных выключателем циклов “включение” и “выключение (“В-О”) во всех диапазонах токов. Вычисляют суммарный использованный большой и малый энергетические коммутационные ресурсы и полный использованный энергетический коммутационный ресурс. Вычисляют остаточные большой и малый энергетические коммутационные ресурсы, остаточный большой энергетический коммутационный ресурс считают постоянным в диапазоне малых токов. Определяют функциональную зависимость остаточного малого энергетического коммутационного ресурса от величины тока. Вычисляют потенциальные и остаточные коммутационные ресурсы для любых токов. В этом и заключается новизна способа. 1 ил., 3 табл.
Формула изобретения
Способ определения коммутационных ресурсов выключателей, заключающийся в том, что экспериментальным путем определяют коммутационный ресурс выключателя осуществлением циклов “включение - отключение” (ВО) при номинальном токе, при токах, меньших и больших номинального, при номинальном токе отключения выключателя, измеряемых в кА, отличающийся тем, что дополнительно диапазон токов, меньших и в 8-10 раз больших номинального, до пограничного тока, включая номинальный ток, считают диапазоном малых токов, а диапазон токов короткого замыкания, включая номинальный ток отключения выключателя и пограничный ток, считают диапазоном больших токов, коммутационный ресурс выключателя при номинальном токе считают потенциальным и большим, коммутационный ресурс в диапазоне больших токов, в том числе при номинальном токе отключения выключателя, считают потенциальным и малым, вычисляют потенциальный большой энергетический коммутационный ресурс выключателя при номинальном токе I Н, измеряемый количеством циклов ВО·(кА)2 , по формуле
ПБЭКР=ПБКР·I2H,
где ПБКР - потенциальный большой коммутационный ресурс при номинальном токе IH, измеряемый количеством циклов ВО, потенциальный большой энергетический коммутационный ресурс считают постоянным, независящим от величины тока в диапазоне малых токов, потенциальный малый коммутационный ресурс ПМКР при номинальном токе отключения считают потенциальным предельным малым коммутационным ресурсом ПМКРп, а потенциальный малый энергетический коммутационный ресурс при номинальном токе отключения считают потенциальным предельным малым энергетическим коммутационным ресурсом ПРМЭКРп, вычисляют потенциальный предельный малый энергетический коммутационный ресурс при номинальном токе отключения IHО , измеряемый количеством циклов ВО·(кА)2 , по формуле
ПМЭКРп=ПМКРп·I2HО ,
экспериментальным путем определяют потенциальный малый коммутационный ресурс, осуществляя циклы ВО, для тока короткого замыкания IK, измеряемого в кА, на 20% меньшего, чем номинальный ток отключения IHO, то есть для тока I K=0,8·IНO, для этого же тока вычисляют потенциальный малый энергетический коммутационный ресурс, измеряемый количеством циклов ВО·(кА)2, по формуле
ПМЭКР=ПМКР·I2К,
где ПМКР - потенциальный малый коммутационный ресурс для этого же тока, измеряемый количеством циклов ВО, сопоставляют величины потенциального малого энергетического коммутационного ресурса и потенциального большого энергетического коммутационного ресурсов, если окажется, что ПБЭКР>ПМЭКР, то экспериментальным путем определяют ПМКР для тока короткого замыкания, меньшего, чем номинальный ток отключения IHO , с шагом дискретизации, равным 0,2 IНО, то есть для IK=0,6·IНО, повторяют вычисления потенциального малого энергетического коммутационного ресурса при еще меньшем токе короткого замыкания, чем IK=0,6·IНО , и сопоставляют ПБЭКР с ПМЭКР, подобные операции повторяют при еще более уменьшенных токах IK на шаг дискретизации, равный 0,2 IHО, до тех пор, пока не будет достигнуто равенство ПБЭКР=ПМЭКР, при пограничном токе IП, отделяющем ПБЭКР от ПМЭКР, при необходимости изменяют шаг дискретизации, определяют функциональную зависимость ПМЭКР от тока короткого замыкания в виде графика в диапазоне малых токов, вычисляют ПБКР для любого тока I по формуле
ПБКР=ПБЭКР/I2,
в диапазоне больших токов по графику функциональной зависимости ПМЭКР от тока IK определяют величину ПМЭКР для любого тока IK по формуле
ПМКР=ПМЭКР/I2 K,
учитывают количество выполненных выключателем циклов ВО и величины коммутируемых им токов, измеряемых в кА, вычисляют суммарный использованный большой энергетический коммутационный ресурс, измеряемый количеством циклов ВО·(кА)2 , в диапазоне малых токов по формуле
где Nm - количество выполненных циклов ВО при отключении малого m-го тока Im, n - количество малых токов, при которых выполнялись циклы ВО, вычисляют суммарный использованный малый энергетический коммутационный ресурс, измеряемый количеством циклов ВО·(кА)2, в диапазоне токов короткого замыкания по формуле
где Ni - количество выполненных циклов ВО при отключении i-го тока короткого замыкания Iki, измеряемого в кА, r - полное количество токов короткого замыкания, при которых выполнялись циклы ВО, вычисляют полный использованный энергетический коммутационный ресурс, измеряемый количеством циклов ВО·(кА) 2, по формуле
ПИЭКР=СИБЭКР+СИМЭКР,
вычисляют остаточный большой энергетический коммутационный ресурс, измеряемый количеством циклов ВО·(кА)2, по формуле
ОБЭКР=ПБЭКР-ПИЭКР,
который постоянен в диапазоне малых токов, вычисляют остаточный большой коммутационный ресурс, измеряемый количеством циклов ВО, для любого требуемого тока I, измеряемого в кА, в диапазоне малых токов по формуле
ОБКР=ОБЭКР/I 2,
вычисляют остаточный малый энергетический коммутационный ресурс, измеряемый количеством циклов ВО·(кА)2 , в диапазоне токов короткого замыкания по формуле
ОМЭКР=ПМЭКР-ПИЭКР,
вычисляют остаточный малый коммутационный ресурс в циклах ВО для любого требуемого тока короткого замыкания IK по формуле
ОМКР =ОМЭКР/I2К,
определяют функциональную зависимость ОМЭКР от тока короткого замыкания IK в виде графика.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрооборудованию, установленному в распределительных устройствах, и может быть использовано на электрических станциях и подстанциях и в других электроустановках.
Коммутационный ресурс является одной из важных характеристик выключателя. Определение коммутационного ресурса выключателей, применяемых в электроустановках, производится экспериментальным путем способом, описанным в [1], то есть реализацией нормированных специальных циклов операций включения и отключения (“В-O”).
Этот процесс весьма трудоемкий, особенно для реализации упомянутых циклов в широком диапазоне токов от меньших номинальных до номинальных токов отключения выключателя (таблица 1). Анализ данных таблицы 1, в которую помещены результаты экспериментальных испытаний коммутационного ресурса вакуумного выключателя BB/TEL-10-20/800, приведенные заводом-изготовителем в технических данных выключателя, показывает, что общее число циклов “В-O”, проделанное с выключателем BB/TEL-10-20/800, составляет 458.250.
Однако даже этот громадный объем трудозатрат оказывается недостаточным для достоверного определения коммутационного ресурса для промежуточных значений токов, не входящих в таблицу 1, представляющего большой технико-экономический интерес.
Большое количество циклов “В-O” в процессе испытаний приводит к повреждению испытываемого выключателя, для каждого типа выключателя повреждается не менее 10 штук (таблица 1, 2, 3).
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ оценки эрозионной стойкости контакт-деталей по объемному (удельному) износу контакт-деталей в сравнении с эталонным образцом, реализованный в устройстве [2].
Способ предполагает реализацию циклов “В-O” контактов с частотой 50-100 Гц, многократные разборки и сборки выключателя с целью высвобождения их контактов и определения объемного (удельного ) их разноса, что связано с большими трудозатратами, и поэтому неприемлем для экспериментального определения коммутационного ресурса выключателей, коммутирующих большие токи нагрузок, перегрузок и токи короткого замыкания напряжением до 1 кВ и высокого напряжения, находящегося в эксплуатации в электрических схемах.
Технический результат изобретения заключается в сокращении трудозатрат на экспериментальное определение коммутационного ресурса выключателей, в расширении функциональных возможностей способа, в сокращении затрат на испытания, их объема, увеличении срока службы и надежности эксплуатируемых выключателей и сети, в которой они установлены.
Предлагаемый способ определения коммутационных ресурсов выключателей заключается в том, что испытуемый выключатель определенного типа с конкретными техническими характеристиками устанавливают на испытательном стенде в нормальном монтажном положении, последовательно с испытуемым выключателем включают индуктивное и активное сопротивления, используемые в качестве нагрузки, испытуемый выключатель включают между источником электроэнергии и нагрузкой, испытания на коммутационную износостойкость и критическую отключающую способность проводят, реализуя "циклы" "включение-отключение" (“В-O”), измеряя электрические параметры: ток, напряжение, коэффициент мощности, количество циклов “В-O”, время прохождения тока, частоту циклов с помощью трансформаторов тока и напряжения, амперметров, вольтметров, фазометров, осциллографов, до начала испытаний и в ходе его через определенное количество циклов “В-O” (обычно 10% от коммутационной износостойкости), испытуемый выключатель подвергается техническому осмотру, при котором проверяют и регистрируют провалы, растворы и конечные нажатия контактов, проводят регулировку в соответствии с техническими условиями, в качестве критерия электрического износа контактов испытуемого выключателя принимают их провал, уменьшение массы или какой-либо другой критерий при условии безотказной работы выключателя (при отсутствии приваривания контактов, переброса дуги между полюсами или на заземленные части) и пригодности его к дальнейшей работе, сравнивая критерии электрического износа, определенные в процессе испытаний, с допустимыми, продолжают испытания коммутационной износостойкости и критической коммутационной способности циклами “В-O” до нарушения критерия электрического износа или до отказа в работе испытуемого выключателя, тем самым определяя полный коммутационный ресурс выключателя, измеряемый количеством циклов “В-O” при определенном токе, начиная с тока, равного 0,1 Iн, включая номинальный ток Iн , до 10 Iн и до значений наибольшей отключающей способности выключателя, определяемой номинальным током Iно отключения выключателя, зарегистрированное количество циклов “В-O” при малых токах (токах нагрузки), включая номинальный ток, считают потенциальным большим коммутационным ресурсом (ПБКР), а при токах короткого замыкания, равных (8+20) Iн - малым коммутационным ресурсом (ПМКР), производят испытания новых выключателей, выпускаемых заводом-изготовителем, в объеме, определенном соответствующими нормативными документами, определяют и регистрируют использованные коммутационные ресурсы в процессе испытания, включая его в паспортные параметры выключателя, устанавливают новый выключатель, выпущенный заводом-изготовителем, в действующую электроустановку, подключают его по аналогичной схеме для эксплуатации его в производственных условиях, измеряют и фиксируют все значения параметров, измеряемых и фиксируемых при испытаниях заводом-изготовителем, дополнительно при испытании выключателей на заводе изготовителе с целью определения полных коммутационных ресурсов выключателей, выпускаемых заводом-изготовителем, при эксплуатации новых выключателей, выпущенных заводом-изготовителем и установленных в электроустановках, дополнительно с помощью трансформаторов тока, амперметров, счетчиков циклов “В-O”, измерительных, аналого-цифровых и цифроаналоговых преобразователей, сигнализаторов, подключенных к компьютеру, измеряют энергетические коммутационные ресурсы потенциальные большие (ПБЭКР) и малые (ПМЭКР), в том числе предельные (ПМЭКРп), суммарные использованные большие (СИБЭКР) и малые (СИМЭКР), остаточные большие (ОБЭКР) и малые (ОМЭКР), а также остаточные коммутационные ресурсы большие (ОБКР) и малые (ОМКР), используя зависимости:
который постоянен для многих выключателей,
где Iк - ток короткого замыкания, равный 8-10 Iн-20 Iн,
где ПМКРп - потенциальный коммутационный ресурс при номинальном токе Iно, измеряют также коммутационный ресурс ПМКР для тока короткого замыкания Iк, на 20% меньшего, чем номинальный ток отключения Iно, то есть для тока Iк=0,8*Iно, потенциальный малый энергетический коммутационный ресурс, измеряют ПМЭКР, используя зависимость:
сопоставляют величины потенциального малого энергетического коммутационного ресурса и потенциального большого энергетического коммутационного ресурса, если окажется, что ПБЭКР>ПМЭКР, то экспериментальным путем измеряют ПМКР для тока короткого замыкания, меньшего, чем номинальный ток отключения Iно, с шагом дискретизации, равным 0,2 Iно, то есть для Iк =0,6*Iно, повторяют измерения малого энергетического коммутационного ресурса при еще меньшем токе короткого замыкания, чем Iк=0,6*Iно, и сопоставляют ПБЭКР с ПМЭКР, подобные операции повторяют при еще более уменьшенных токах Iк на шаг дискретизации, равный 0,2 Iно , до тех пор, пока ни будет достигнуто равенство ПБЭКР=ПМЭКР, соответствующий этому равенству ток короткого замыкания является пограничным током Iп, отделяющим ПБЭКР от ПМЭКР, при необходимости изменяют шаг дискретизации, выявляют функциональную зависимость ПМЭКР от тока короткого замыкания в виде графика в диапазоне малых токов, измеряют также суммарный использованный большой энергетический коммутационный ресурс в диапазоне малых токов, используя зависимость:
где Nm- количество выполненных циклов “В-O” при отключении m-го тока Im, в том числе - при испытании выключателя, выпускаемого заводом-изготовителем,
n - количество малых токов, при которых выполнялись циклы “В-O”, суммарный использованный малый энергетический коммутационный ресурс в диапазоне токов короткого замыкания, измеряют также, используя зависимость:
где Ni - количество выполненных циклов “В-O” при отключении i-го тока короткого замыкания Iki, при котором выполнялись циклы “В-O”, r - полное количество токов короткого замыкания, в том числе при испытании выключателя, выпускаемого заводом-изготовителем,
измеряют также полный использованный энергетический коммутационный ресурс, используя зависимость:
измеряют остаточный большой энергетический коммутационный ресурс, используя зависимость:
считая его постоянным в диапазоне малых токов, выявляют остаточный большой коммутационный ресурс, для требуемого тока I в диапазоне малых токов, используя зависимость:
измеряют также остаточный малый энергетический ресурс в диапазоне токов короткого замыкания, используя зависимость:
измеряют остаточный малый коммутационный ресурс для любого требуемого тока короткого замыкания Ik, используя зависимость:
выявляют функциональную зависимость ОМЭКР от тока короткого замыкания Ik в виде графика или формулы, в частности, аппроксимируя его в виде прямой линии, при достаточно малых величинах ОБКР, ОМКР прекращают эксплуатацию выключателя.
Реализация предлагаемого способа показана на схеме устройства, состоящего из трансформаторов тока 1 и напряжения 2, измерительных преобразователей тока 3 и напряжения 4, аналого-цифровых преобразователей тока 5 и напряжения 6, испытуемого выключателя 7, счетчика циклов “В-O” 8, активно-индуктивной нагрузки 9, сигнализатора 10, компьютера 11.
Устройство работает следующим образом.
Компьютер включает и отключает выключатель 7 по программе, составленной на основании технических норм и методик проведения испытаний выключателей, отвечающих условиям стандартов. Производится измерение тока, протекающего через выключатель 7 и активно-индуктивную нагрузку 9, с помощью трансформатора тока 1. Напряжение источника измеряют трансформатором напряжения 2, количество циклов “В-O” - счетчиком 8. С помощью измерительных и аналого-цифровых преобразователей 3, 4, 5, 6 параметры промышленной частоты преобразуются в импульсы, которые подаются на входы компьютера. В компьютере производится измерение и запоминание величин коммутационных ресурсов потенциальных больших и малых ПБКР, ПМКР, в том числе предельных ПМКРп, токов номинальных Iн, короткого замыкания Iк, номинальных токов отключения выключателя Iно, определение и запоминание энергетических коммутационных ресурсов больших ПБЭКР и малых ПМЭКР, в том числе предельных ПМЭКРп, использованных энергетических коммутационных ресурсов суммарных больших СИБЭКР, малых ОМЭКР и полных ПИЭКР, остаточных энергетических больших ОБЭКР и малых ОМЭКР, остаточных коммутационных больших ОБКР и малых ОМКР. Производится также сопоставление ПБЭКР и ПМЭКР. При достижении определенных минимально допустимых остаточно коммутационных ресурсов ОБКР и ОМКР компьютер выдает импульс на включение сигнализации.
Библиографический список
1. А.А.Васильев. Электрическая часть станций и подстанций. - М.: Энергоатомиздат, 1990. – 576 с.
2. А.с. СССР №1008676, МКИ G 01 R 31/32.
3. О.В.Петинов. Испытание электрических аппаратов. - М.: Энергоатомиздат, 1985.
Таблица 1. Коммутационный ресурс вакуумного выключателя ВВ/TЕL-10-20/800 | |||||||
№ п.п. | Ток, А | Коммутационный ресурс (Циклы “В-O”) тыс.шт. | |||||
1 | 630 | 200 | |||||
2 | 800 | 150 | |||||
3 | 1000 | 100 | |||||
4 | 5000 | 3 | |||||
5 | 6300 | 2 | |||||
6 | 8000 | 1,25 | |||||
7 | 10000 | 1 | |||||
8 | 12500 | 0,75 | |||||
9 | 16000 | 0,2 | |||||
10 | 20000 | 0,05 | |||||
11 | Всего | 458,250 | |||||
Таблица 2 Энергетические коммутационные ресурсы выключателя ВВ/TЕL-10-20/800 | |||||||
№ п.п. | Ток, А | Ток, о.е. | Коммутационный ресурс, тыс. циклов “В-O” | ЭКР, циклы “В-O” *А2*10 8 | |||
ПБЭКР | ПМЭКР | ||||||
1 | 630 | 0,788 | 200 | 719 | |||
2 | 800 | 1,0 | 150 | 719 | |||
3 | 1000 | 1,25 | 100 | 719 | |||
4 | 5000 | 6,25 | 3 | 719 | |||
5 | 6300 | 7,88 | 2 | 719 | |||
6 | 8000 | 10,0 | 1,25 | 800 | |||
7 | 10000 | 13,5 | 1,0 | 1000 | |||
8 | 12500 | 15,6 | 0,75 | 1170 | |||
9 | 16000 | 20,0 | 0,2 | 512 | |||
10 | 20000 | 25,0 | 0,05 | 200 |
Таблица 3 Экспериментальные и расчетные величины коммутационного ресурса выключателя ВВТП-М-10-20/1000 | |||||||
№ п.п. | № столбцов | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
Величина тока, кА | Величина тока, о.е. | Экспериментальный ПКР, тыс.циклов “В-O” | Эксперим. ЭКР циклов “В-О” *А2*108 | Расчетные ПБЭКР и ПМЭКР, циклов “В-О” *А2*108 | Расчетные и эксперим. | ||
ПБКР | ПМКР | ||||||
циклов “В-O” | |||||||
1 | 1,0 | 1,0 | 30 | 300 | 380 | 38000 | |
2 | 5,0 | 5,0 | --- | --- | 380 | 1520 | |
3 | 6,3 | 6,3 | --- | --- | 380 | 976 | |
4 | 8,0 | 8,0 | 0,6 | 384 | 380 | 490 | |
5 | 10,0 | 10,0 | --- | - | 345 | 345 | |
6 | 12,5 | 12,5 | 0,2 | 311 | 311 | 200 | |
7 | 16,0 | 16,0 | --- | --- | 260 | 101 | |
8 | 20,0 | 20,0 | 0,05 | 200 | 200 | 50 | |
Общее количество циклов “В-O”, выполненное при экспериментальных испытаниях, согласно заводским данным составило КР=30*103+600+200+50=30850 |
Класс G01R31/327 испытание прерывателей цепи, переключателей или выключателей цепи