БЕСТОКОВЫЙ СПОСОБ КАЛИБРОВКИ АВТОМАТИЧЕСКИХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ С ТЕПЛОВЫМИ РАСЦЕПИТЕЛЯМИ Российский патент 1998 года по МПК H01H69/01 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к автоматическим выключателям, и может быть использовано при калибровке электромеханических устройств защиты с тепловыми исполнительными механизмами.

Известен способ бестоковой калибровки автоматических выключателей с тепловыми расцепителями, термобиметаллическими элементами, исполнительным механизмом, регулировочными элементами тепловых расцепителей и регулятором уставки тока перегрузки с регулировочным барабаном путем термостабилизации однократным пропусканием через тепловые расцепители тока, кратного номинальному, и перемещения регулировочных элементов тепловых расцепителей в каждом полюсе до касания каждого из термобиметаллических элементов с исполнительным механизмом и обеспечения одновременности указанных касаний, а затем в обесточенном состоянии доводят выключатель до срабатывания вращением регулировочного барабана с последующим вращением регулировочного барабана в обратном направлении на угол, предварительно определенный для данного типа и данного номинального тока автоматического выключателя [1].

Недостатком такого бестокового способа калибровки является недостаточная его надежность, так как он пригоден только для ограниченного круга типов автоматических выключателей, для которого он может быть применен. Этот способ калибровки может быть применен только для автоматических выключателей с регулируемой уставкой номинального тока и с исполнительным механизмом, содержащим промежуточный ударный механизм воздействия на рейку отключения.

Наиболее близким к заявляемому способу бестоковой калибровки автоматических выключателей по технической сущности является бестоковый способ калибровки автоматических выключателей с тепловыми расцепителями, механизмом свободного расцепления и регулировочными элементами, заключающийся во вращении регулировочных элементов до срабатывания автоматического выключателя в обесточенном состоянии, а затем во вращении регулировочных элементов в обратном направлении на определенный угол для данного типа и данного номинального тока автоматического выключателя, который устанавливают равным

где
α_г.н.(I₀) - - нижнее граничное положение регулировочного винта по нижней толерантной экспериментальной зависимости времени срабатывания от положения регулировочного элемента при токе несрабатывания I₆= 1,05 I_о (I_н - номинальный ток автоматического выключателя), α_г.в.(I₁) - верхнее граничное положение регулировочного элемента по верхней толерантной экспериментальной зависимости времени срабатывания от положения регулировочного элемента при токе срабатывания I_I = 1,25 I_н или I_I = 1,351_н.

Причем, нижнюю и верхнюю толерантную зависимость устанавливают путем отбора от 5 до 10 автоматических выключателей одного типа с одинаковыми номинальными токами и измерения не менее пяти раз их времени срабатывания при каждом фиксированном положении регулировочных элементов и двух значениях тока перегрузки : тока несрабатывания I₀ и тока срабатывания I_I [2].

Недостатком такого способа бестоковый калибровки является его недостаточная надежность, так как он не учитывает разброса в установке положения регулировочных элементов и в разбросе времени срабатывания автоматического выключателя при фиксированных положениях регулировочных элементов. Так как в качестве регулировочных элементов в основном используются винты, то фиксированное положение можно устанавливать с относительной точностью только через каждые 90^o, т.е. через каждые 0,25 оборота регулировочного винта. Однако и при этом абсолютная ошибка в 2-5^o обеспечена.

В основу изобретения поставлена задача создания такого способа бестоковой калибровки автоматических выключателей с тепловыми расцепителями, при котором угол, устанавливаемый регулировочными элементами, определялся бы с учетом стандартной ошибки его оценивания.

Поставленная задача решается следующим образом. Бестоковый способ калибровки автоматических выключателей с тепловыми расцепителями, механизмом свободного расцепления и регулировочными элементами, заключающийся во вращении регулировочных элементов до срабатывания автоматического выключателя в обесточенном состоянии, а затем во вращении регулировочных элементов в обратном направлении на определенный угол для данного типа и данного номинального тока автоматического выключателя, который устанавливают равным

где
граничное положение регулировочных элементов соответственно при токе несрабатывания I₀=1,05 I_н и токе срабатывания I_I=1,25 I_н или I_I=1,35 I_н, где I_н - номинальный ток автоматического выключателя, причем для получения отбирают от 5 до 10 автоматических выключателей одного типа с одинаковыми номинальными токами и измеряют не менее пяти раз их время срабатывания при каждом фиксированном положении регулировочных элементов и двух значениях тока перегрузки I₀ и I_I.

Согласно изобретению граничное положение регулировочных элементов устанавливают по средней толерантной зависимости времени срабатывания автоматического выключателя от положения регулировочных элементов согласно условию


где
верхнее граничное положение регулировочных элементов по средней толерантной границе соответственно при токах несрабатывания I₀ и срабатывания I_I, S_ατ(I_o), S_ατ(I₁) - стандартная ошибка оценивания в преобразованном виде соответственно при токах несрабатывания I₀ и срабатывания I_I.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков изобретения и достижением технического результата заключается в следующем.

Так как граничное положение регулировочных элементов устанавливают по средней толерантной границе зависимости времени срабатывания автоматического выключателя от положения регулировочных элементов, то этим учитывают влияние разброса времени срабатывания автоматического выключателя.

Исходя из условий проведения эксперимента, определение стандартной ошибки оценивания угла поворота α регулировочного элемента S_ατ(I_o) и S_ατ(I₁) не представляется возможным. Возможно только определение стандартной ошибки разброса значений времени срабатывания при фиксированных положениях регулировочного элемента S_τα(I_o) и S_τα(I₁). В соответствии с методом наименьших квадратов

при


i - порядковый номер автоматического выключателя, на котором проводятся измерения времени срабатывания τ_c.ji(I_o) , (1 ≤ i ≤ L_τ) ,
j - порядковый номер положения регулировочного элемента α_j , при котором производится измерение времени срабатывания автоматического выключателя τ_c.ji(I_o) (1 ≤ j ≤ M_α) ,
τ_c.ji(I_o) - измерение при токе перегрузки I₀ значения времени срабатывания i-того автоматического выключателя при положении регулировочного элемента, соответствующего углу поворота α_j ;
α_j - угол поворота регулировочного элемента, заданный порядковым номером j;
M_α - порядковый номер максимального положения регулировочного элемента α_max, при котором производится измерение времени срабатывания;
L_τ - количество автоматических выключателей, на которых производятся измерения;
N_τ = N_αL_τ/- общее количество замеров времени срабатывания автоматических выключателей;
N_α = M_αL_α - общее количество замеров времени срабатывания при всех фиксированных положениях регулировочного элемента;
L_α - количество замеров времени срабатывания, произведенное при фиксированном положении регулировочного элемента, заданном углом α_j .
Тогда стандартная ошибка оценивания угла поворота α регулировочного элемента определяется
S_ατ(I _o) = W(I_o)S_τα(I_o),
где

Аналогичным образом поступаем при определении S_ατ(I₁).
На фиг. 1 представлены реализации времени срабатывания τ_c.. автоматического выключателя ВА-60-26 в зависимости от угла поворота регулировочного элемента для тока срабатывания I_I=1,351_н. 1, 2, 3 - время срабатывания, 5 и 6 - соответственно верхняя и нижняя толерантная граница аппроксимирующей кривой τ_c.(I₁) = f(α) , построенных с использованием статистической модели
τ_c.(I_п) = A(I_п)e^b(Iп^)α .
На фиг.2 показаны области реализации времени срабатывания автоматических выключателей при токах срабатывания I_I и несрабатывания I₀ в зависимости от положения α регулировочных элементов 1,2,3 - соответственно верхняя, нижняя и средняя толерантная граница при токе несрабатывания I₀, 4,5,6 - соответственно верхняя, нижняя и средняя толерантная граница при токе срабатывания I_I. На фиг.3 представлены зависимость времени срабатывания в системе координат (зависимость I) и по обе стороны от нее проведены параллельные прямые 2 и 3, соответственно lnα_г.н.(I_o) = f(1/τ_c.) и lnα_г.в.(I₁) = f(1/τ_c.)..

Предлагаемый способ бестоковой калибровки заключается в следующем. Отбираем от 5 до 10 автоматических выключателей одного типа и одного номинального тока и вращением регулировочных элементов (в дальнейшем для краткости в тексте PB) термобиметаллических расцепителей доводим автоматические выключатели (в дальнейшем в тексте для краткости AB) до срабатывания в обесточенном состоянии. В этом случае угол поворота PB считаем равным нулю, т.е. α = 0. В обесточенном состоянии вращением PB в обратном направлении устанавливаем α = 90^o = 0,25 оборота. Затем, пропустив через AB ток несрабатывания I₀, определяем время срабатывания каждого AB. После остывания AB определяем время срабатывания каждого из них при токе срабатывания I_I. После остывания AB снова вращением PB доводим AB до срабатывания в обесточенном состоянии. Затем вращением PB в обратном направлении устанавливаем α = 180^o = 0,5 оборота. Пропустив через каждый AB ток несрабатывания I₀, определяем время срабатывания каждого AB. После остывания AB определяем время срабатывания каждого из них при токе срабатывания I_I. После остывания AB вращением PB доводим каждый AB в обесточенном состоянии до срабатывания. Затем вращением PB в обратном направлении устанавливаем α = 270^o = 0,75 оборота и определяем время срабатывания каждого AB при токе несрабатывания I₀ и при токе срабатывания I_I. Аналогично устанавливаем новое значение α и определяем время срабатывания каждого AB при токах I₀ и I_I и т.д. По результатам измерений строим для каждого AB зависимость τ_c.(I_п) = f(α), где I_п - ток перегрузки, равный I₀ или I_I• I₀ = 1,05 I_н, а I_I=1,25 I_н или I_I=1,35 I_н (I_н 0 номинальный ток автоматического выключателя). Таких измерений времени срабатывания по описанной выше методике необходимо провести от 5 до 10 раз. Полученные зависимости хорошо аппроксимируются статистической моделью

где
среднее время срабатывания AB при положении PB, заданного углом α для тока перегрузки I_н.

A(I_п и b(I_п) - коэффициенты, рассчитываемые для токов перегрузки I_п.

Для определения коэффициентов A(I_п и b(I_п) линеаризуем выражение (2), представив его в виде
(3).

Используя метод наименьших квадратов для b(I_п) и A(I_п), можно записать следующие алгоритмы вычисления их значений
(4)
(5)
где
(6)
(7)
(8)
(9).

На фиг. 1 в качестве примера приведены реализации времени срабатывания (зависимости 1,2 и 3) AB типа ВА60-26 и аппроксимирующая зависимость 4

построенная с использованием статистической модели (2). Из фиг.1 видно, что кривая 4, отражающая зависимость среднего времени срабатывания AB от положения PB, не характеризует разброса реализаций. Для его учета введем верхнюю 5 и нижнюю 6 толерантные границы.

Выделим две области реализаций времени срабатывания K и G. K - для тока перегрузки, равного току несрабатывания I_п=I₀=1,051_н, ограниченную верхней 1 и нижней 2 толерантным границами. 3 - зависимость среднего времени срабатывания AB для тока I₀. Вторую область G - для тока перегрузки, равного току срабатывания I_п=I_I=1,25 I_н или I_п=I_I=1,35 I_н, ограниченную верхней 4 и нижней 5 толерантными границами, 6 - зависимость среднего времени срабатывания AB для тока I_I.

Введем понятие граничного положения PB для токов I₀ и I_I. Для тока I₀ граничное положение PB будет определяться такой точкой A на нижней толерантной границе 2, в которой кривая 2 перейдет в вертикальную прямую. Для тока I_I граничное положение PB будет определяться точкой B на верхней толерантной границе 4, в которой кривая 4 перейдет в вертикальную прямую. Точки A и B будут лежать на одной прямой, так как определяются постоянной нагревания термобиметаллического элемента теплового расцепителя AB.

Проще всего установить нормируемое для калибровки положение PB в соответствии с условием

где
α_г.(I_o),α_г(I₁) - проекции точек A и B (фиг.2) соответственно на ось абсцисс.

Но в этом случае не учитывается разброс по времени срабатывания AB. Для устранения этого недостатка необходимо положение PB устанавливать в соответствии с условием

где


S_ατ(I_o), S_ατ(I₁) - стандартная ошибка оценивания в преобразованном виде соответственно для токов I₀ и I_I.

Если в системе координат {lnα, 1/τ_c} по обе стороны от прямой 1 (фиг.3) провести две параллельные прямые 2 и 3, то они образуют полосу, накрывающую определенную часть полученных по данным эксперимента реализаций (фиг.3). Доля реализаций, накрываемых указанной полосой, определяется ее шириной и задается произведением tS_ατ(I_o), где
t - коэффициент толерантности. Образующаяся при t=2 полоса будет накрывать 90% реализаций и обеспечит достаточно высокую достоверность результатов расчета α.
Исходя из условий проведения эксперимента, определение S_ατ(I_o) по результатам испытаний не представляется возможным. Возможно только определение разброса значений времени срабатывания при фиксированных положениях PB S_ατ по (1).

Очевидно, что величины S_ατ и S_τα связаны зависимостью
S_ατ = WS_τα ,
где

Аналогичным образом поступим при определении α′_г.(I₁). Величина коэффициента запаса при калибровке δ_{αα′(I)+0,5Δα} будет определяться

где
Δα - допуск на калибровку. Коэффициент запаса δ_α является критерием, определяющим возможность применения бестоковой холодной калибровки. Применение бестоковой калибровки возможно только при δ_α ≥ 1.
Таким образом, предлагаемый способ бестоковой холодной калибровки позволяет выбирать нормируемое положение регулировочных элементов α_к с учетом разброса как времени срабатывания, так и разброса положения α регулировочных элементов, что позволит применять своевременные меры, исключающие появление дефектных автоматических выключателей.

Источники информации
1. Авт. св. СССР N 1631622, кл. H 01 H 69/01, 1991.

2. Патент РФ по заявке N 95111942/07(020509) от 11.07.95, кл. H 01 H 69/01.

Способ заключается во вращении регулировочных элементов до срабатывания автоматического выключателя в обесточенном состоянии, а затем во вращении регулировочных элементов в обратном направлении на определенный угол для данного типа и данного номинального тока автоматического выключателя, который устанавливают в соответствии с предложенным соотношением. Технический результат - повышение надежности калибровки. 3 ил.

Бестоковый способ калибровки автоматических выключателей с тепловыми расцепителями, механизмом свободного расцепления и регулировочными элементами, заключающийся во вращение регулировочных элементов до срабатывания автоматического выключателя в обесточенном состоянии, а затем во вращении регулировочных элементов в обратном направлении на определенный угол α для данного типа и данного номинального тока автоматического выключателя, который устанавливают равным

где граничное положение регулировочных элементов соответственно при токе несрабатывания I₀=1,05 I_н и токе срабатывания I₁= 1,25•I_н или I₁= 1,35•I_н, где I_н - номинальный ток автоматического выключателя,
причем для получения отбирают от 5 до 10 автоматических выключателей одного типа с одинаковыми номинальными токами и измеряют не менее пяти раз их время срабатывания при каждом фиксированном положении регулировочных элементов и двух значениях тока перегрузки: I₀ и I₁, отличающийся тем, что граничное положение регулировочных элементов устанавливают по средней толерантной границе зависимости времени срабатывания автоматического выключателя от положения регулировочных элементов согласно условию:


где верхнее граничное положение регулировочных элементов по средней толерантной границе соответственно при токах несрабатывания I₀ и срабатывания I₁,
S_ατ(I_o),S_ατ(Ι₁) - стандартная ошибка оценивания в преобразованном виде соответственно при токах несрабатывания I₀ и срабатывания I₁.