Способ определения коммутационных ресурсов выключателей

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.

 

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, 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*108
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

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·I

2

H

,

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·I

2

HО

,

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·I

2

К

,

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/I

2

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 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/I

2

К

,

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