СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОММУТАЦИОННЫХ РЕСУРСОВ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ Российский патент 2005 года по МПК G01R31/327 

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 I_н, включая номинальный ток I_н, до 10 I_н и до значений наибольшей отключающей способности выключателя, определяемой номинальным током I_но 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) I_н - 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 I_к - ток короткого замыкания, равный 8-10 I_н-20 I_н,

где ПМКРп - потенциальный коммутационный ресурс при номинальном токе I_но, измеряют также коммутационный ресурс ПМКР для тока короткого замыкания I_к, на 20% меньшего, чем номинальный ток отключения I_но, то есть для тока I_к=0,8*I_но, 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 I_но, с шагом дискретизации, равным 0,2 I_но, то есть для I_к=0,6*I_но, повторяют измерения малого энергетического коммутационного ресурса при еще меньшем токе короткого замыкания, чем I_к=0,6*I_но, и сопоставляют ПБЭКР с ПМЭКР, подобные операции повторяют при еще более уменьшенных токах I_к на шаг дискретизации, равный 0,2 I_но, до тех пор, пока ни будет достигнуто равенство ПБЭКР=ПМЭКР, соответствующий этому равенству ток короткого замыкания является пограничным током I_п, 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 N_m- количество выполненных циклов “В-O” при отключении m-го тока I_m, 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 N_i - количество выполненных циклов “В-O” при отключении i-го тока короткого замыкания I_ki, 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 I_k, используя зависимость:

выявляют функциональную зависимость ОМЭКР от тока короткого замыкания I_k 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 I_н, короткого замыкания I_к, номинальных токов отключения выключателя I_но, 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, АКоммутационный ресурс (Циклы “В-O”) тыс.шт.1630200280015031000100450003563002680001,2571000018125000,759160000,210200000,0511Всего458,250Таблица 2
Энергетические коммутационные ресурсы выключателя ВВ/TЕL-10-20/800№ п.п.Ток, АТок, о.е.Коммутационный ресурс, тыс. циклов “В-O”ЭКР, циклы “В-O” *А²*10⁸ПБЭКРПМЭКР16300,788200719 28001,0150719 310001,25100719 450006,253719 563007,882719 6800010,01,25800 71000013,51,01000 81250015,60,751170 91600020,00,2 512102000025,00,05 200

Таблица 3
Экспериментальные и расчетные величины коммутационного
ресурса выключателя ВВТП-М-10-20/1000№ п.п.№ столбцов12345Величина тока, кАВеличина тока, о.е.Экспериментальный ПКР, тыс.циклов
“В-O”Эксперим. ЭКР циклов “В-О” *А²*10⁸Расчетные ПБЭКР и ПМЭКР, циклов “В-О” *А²*10⁸Расчетные и эксперим.ПБКРПМКРциклов “В-O”11,01,0303003803800025,05,0------380152036,36,3------38097648,08,00,6384380490510,010,0----345345612,512,50,2311311200716,016,0------260101820,020,00,0520020050Общее количество циклов “В-O”, выполненное при экспериментальных испытаниях, согласно заводским данным составило КР=30*10³+600+200+50=30850

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.

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 I_H, 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 I_HО, 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 I_K, измеряемого в кА, на 20% меньшего, чем номинальный ток отключения I_HO, то есть для тока I_K=0,8·I_НO, 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 I_HO, с шагом дискретизации, равным 0,2 I_НО, то есть для I_K=0,6·I_НО, повторяют вычисления потенциального малого энергетического коммутационного ресурса при еще меньшем токе короткого замыкания, чем I_K=0,6·I_НО, и сопоставляют ПБЭКР с ПМЭКР, подобные операции повторяют при еще более уменьшенных токах I_K на шаг дискретизации, равный 0,2 I_HО, до тех пор, пока не будет достигнуто равенство ПБЭКР=ПМЭКР, при пограничном токе I_П, 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 I_K определяют величину ПМЭКР для любого тока I_K по формуле

ПМКР=ПМЭКР/I2K

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 N_m - количество выполненных циклов ВО при отключении малого m-го тока I_m, 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 N_i - количество выполненных циклов ВО при отключении i-го тока короткого замыкания I_ki, 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/I²,

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 I_K по формуле

ОМКР =ОМЭКР/I2К

определяют функциональную зависимость ОМЭКР от тока короткого замыкания I_K в виде графика.