СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА АВТОМАТИЧЕСКИХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ Российский патент 2015 года по МПК G01R31/327 

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике и предназначено для контроля остаточного ресурса автоматических выключателей в электроустановках.

Известны способы определения остаточного ресурса автоматических выключателей, при которых измеряют ток, протекающий через выключатель, считают количество срабатываний выключателя при перегрузках, после чего вычисляют его остаточный ресурс (ГОСТ Р 52565-2006. Выключатели переменного тока на напряжение от 3 до 750 кВ. Общие технические условия. - М., Стандартинформ, 2007. - С.17, табл.13; Методические указания по определению расхода коммутационного ресурса выключателей при эксплуатации. - М., ОРГРЭС, 1992. - 19 с.).

В соответствии с известными способами остаточный ресурс автоматических выключателей определяется на основе контроля количества срабатываний с учетом коммутируемого тока. При этом не учитывается уменьшение ресурса вследствие протекания рабочих токов, вызывающих нагрев, вибрации и др.

Из известных технических решений наиболее близким к предлагаемому по достигаемому результату является способ определения остаточного ресурса автоматических выключателей, при котором измеряют ток i_j, вызывающий срабатывание при каждом j-м отключении, j=1, …, n, определяют коэффициент k_x(i_j), характеризующий допустимое количество срабатываний в зависимости от коммутируемого тока i_j, и вычисляют остаточный ресурс как разность полного ресурса T₀ и суммы значений коэффициентов k₁(i_j) при всех срабатываниях (Неклепаев Б.Н., Востросаблин А.А. Методика оценки остаточного ресурса выключателей при эксплуатации // Промышленная энергетика, 1992, №10, с. 31-32).

При реализации известного способа остаточный ресурс определяется на основе учета коммутационной составляющей исчерпания ресурса при различных токах. При этом не учитывается влияние тока, протекающего через автоматический выключатель, в нормальных режимах и при перегрузках, влияющих на изнашивание электрического аппарата.

Следовательно, недостатком известного способа определения остаточного ресурса автоматического выключателя является невысокая точность.

Цель предлагаемого изобретения - повышение точности определения остаточного ресурса автоматических выключателей.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе определения остаточного ресурса автоматических выключателей, при котором измеряют ток, вызывающий срабатывание при каждом j-м отключении, j=1, …, n, определяют коэффициент k₁(i_j), характеризующий допустимое количество срабатываний в зависимости от коммутируемого тока, дополнительно непрерывно измеряют ток i, протекающий через автоматический выключатель, и определяют остаточный ресурс по формуле

где Т₀ - полный ресурс автоматического выключателя; k₂ - весовой коэффициент, равный расчетному коэффициенту ресурсного изнашивания автоматического выключателя, n - общее число срабатываний автоматического выключателя от начала эксплуатации, t - время.

По сравнению с наиболее близким аналогичным решением предлагаемое техническое решение имеет следующие новые признаки:

- измеряют ток i, протекающий через автоматический выключатель;

- измеряют время непрерывной работы t;

- определяют остаточный ресурс по формуле

Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует требованию «новизна».

По каждому отличительному признаку проведен поиск известных технических решений в области машиностроения, электротехники, компьютерного моделирования и программирования.

Операции измерения тока i, протекающего через автоматический выключатель, измерения времени непрерывной работы t и определения остаточного ресурса по формуле

где k₂ - весовой коэффициент, равный расчетному коэффициенту ресурсного изнашивания автоматического выключателя, в известных способах аналогичного назначения не обнаружены.

Таким образом, указанные признаки обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие требованию «существенные отличия».

В предлагаемом изобретении при определении остаточного ресурса автоматического выключателя производится учет не только механических факторов (количество срабатываний при различных токах), вызывающих изнашивание, но и электрических факторов, а именно протекающих в нормальных режимах изменяющихся токов, вызывающих нагрев и старение изоляции и коммутационных элементов.

Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует требованию «положительный эффект».

Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем. Физический ресурс автоматического выключателя при его работе расходуется в результате изнашивания механических и электрических компонентов при воздействии протекающих токов, механических ударных нагрузок и электромеханических коммутационных процессов при отключениях. Интенсивность изнашивания определяется энергией воздействия на выключатель и может быть представлена суммой двух составляющих: электромеханической при отключениях и электрической при протекании тока в рабочем режиме. Электромеханическая составляющая изнашивания возникает при отключениях и зависит от величины разрываемого при коммутации тока. Исчерпание ресурса при отключении регламентируется заводами-изготовителями автоматических выключателей (Андреев Д.А., Назарычев И.А. Анализ методов оценки коммутационного ресурса высоковольтных выключателей // Вестник ИГЭУ, 2008, вып.2, с. 1-16). Электрическая составляющая изнашивания пропорциональна тепловым потерям и, следовательно, интегралу от квадрата тока (Кабышев А.В., Тарасов Е.В. Низковольтные автоматические выключатели. - Томск, Издательство Томского политехнического университета, 2011, С.15-16).

На чертеже показана функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ определения остаточного ресурса автоматических выключателей. На схеме обозначены: 1 - автоматический выключатель; 2 - датчик срабатывания выключателя, например блок-контакт; 3 - датчик тока; 4 - нагрузка; 5 - контроллер; 6 - шина данных; 7 - панель оператора; 10 - компьютер.

Работа системы происходит следующим образом. Сигналы с датчика срабатывания защиты 2 и датчика тока 3 автоматического выключателя 1, соединенного с нагрузкой 4, поступают на входы контроллера 5. Контроллер 5 выполняет следующие функции:

- аналого-цифровое преобразование выходного сигнала датчика тока;

- запоминание значения тока i_j автоматического выключателя, вызвавшего его срабатывание при каждом j-м отключении, j=1, …, n, и вычисление коэффициента k₁(i_j) в зависимости от тока;

- отсчет времени t от начала эксплуатации автоматического выключателя;

- вычисление остаточного ресурса автоматического выключателя по формуле

- передачу данных о количестве срабатываний, токах, вызвавших срабатывания, а также остаточном ресурсе в компьютер 10 для запоминания, хранения и дальнейшего использования.

В формуле (1) для вычисления остаточного ресурса автоматического выключателя слагаемые в правой части имеют следующий смысл:

- T₀ - полный номинальный ресурс работы автоматического выключателя (количество коммутаций), соответствующий техническим условиям;

- - составляющая, характеризующая электромеханическое изнашивание автоматического выключателя;

- - составляющая, характеризующая электрическое изнашивание автоматического выключателя;

- k₁(i_j) - коэффициент, характеризующий механический износ автоматического выключателя вследствие разрыва токовой цепи при срабатывании. Он определяется в соответствии с ГОСТом Р 52565-2006 (Выключатели переменного тока на напряжение от 3 до 750 кВ. Общие технические условия. - М., Стандартинформ, 2007. - С. 17, табл.) и равен отношению регламентированного количества коммутаций без нагрузки к количеству коммутаций при токе i_j

Количественные данные относительно ресурса указываются в технических данных автоматических выключателей и справочной литературе (например: Автоматические выключатели. Номенклатурный каталог. - ОАО Дивногорский завод низковольтных автоматов. - Дивногорск, 2008. - 94 с.);

- k₂ - коэффициент, характеризующий электрический износ автоматического выключателя вследствие протекания тока в процессе работы. Износ автоматического выключателя зависит от мощности, выделяющейся на замкнутых контактах. Приближенно этот коэффициент определяется по формуле

где I_н - номинальный ток автоматического выключателя.

В соответствии с формулой (2) при минимальном токе электрический износ практически отсутствует. При увеличении коммутируемого тока электрический износ возрастает по сравнению с обычным механическим износом.

Результаты измерений и вычислений отображаются на мониторе. Таким образом, в процессе эксплуатации автоматического выключателя непрерывно производится оценивание его остаточного ресурса с учетом электромеханической и электрической составляющих. Текущая оценка хранится в памяти контроллера, отображается на мониторе и может использоваться для своевременной замены или ремонта автоматического выключателя.

Следовательно, использование в известном способе определения остаточного ресурса автоматических выключателей, при котором измеряют ток вызывающий срабатывание при каждом j-м отключении, j=1, …, n, определяют коэффициент k_x(i_j), характеризующий допустимое количество срабатываний в зависимости от коммутируемого тока дополнительно непрерывного измерения тока i, протекающего через автоматический выключатель, и определения остаточного ресурса по формуле

где Т₀ - полный ресурс автоматического выключателя; k₂ - весовой коэффициент, равный расчетному коэффициенту ресурсного изнашивания автоматического выключателя, n - общее число срабатываний автоматического выключателя от начала эксплуатации, t - время, позволяет повысить точность определения остаточного ресурса автоматического выключателя.

Использование предлагаемого способа определения остаточного ресурса автоматических выключателей в системах электроснабжения будет способствовать повышению надежности и живучести электрооборудования.

Способ определения остаточного ресурса автоматических выключателей в электроустановках предусматривает измерение и запоминание значения тока i_j, вызывавшего срабатывание выключателя при каждом j-м отключении, где j=1, …, n, и вычисление коэффициента k₁(i_j), характеризующего допустимое количество срабатываний в зависимости от коммутируемого тока i_j, и дополнительно предусматривает непрерывное измерение тока i, протекающего через автоматический выключатель. А остаточный ресурс автоматического выключателя определяют по формуле

$$T(t)=T_0-{\displaystyle \sum _{j=1}^n{k}_1(i_j)-k_2{\displaystyle \underset{0}{\overset{t}{\int }}{i}^{2}dt}}$$ ;

где T₀ - полный ресурс автоматического выключателя; k₂ - весовой коэффициент, равный расчетному коэффициенту ресурсного изнашивания автоматического выключателя, n - общее число срабатываний автоматического выключателя от начала эксплуатации, t - полное время работы автоматического выключателя. Технический результат - обеспечение высокоточной непрерывной оценки остаточного ресурса выключателя с учетом его уменьшения вследствие протекания рабочих токов. 1 ил.

Способ определения остаточного ресурса автоматических выключателей, при котором измеряют ток, вызывающий срабатывание при каждом j-м отключении, j=1, …, n, определяют коэффициент k₁(i_j), характеризующий допустимое количество срабатываний в зависимости от коммутируемого тока i_j, отличающийся тем, что дополнительно непрерывно измеряют ток i, протекающий через автоматический выключатель, и определяют остаточный ресурс по формуле

где T₀ - полный ресурс автоматического выключателя; k₂ - весовой коэффициент, равный расчетному коэффициенту ресурсного изнашивания автоматического выключателя, n - общее число срабатываний автоматического выключателя от начала эксплуатации, t - полное время работы автоматического выключателя.