способ определения коммутационных ресурсов выключателей

Классы МПК:G01R31/327 испытание прерывателей цепи, переключателей или выключателей цепи
Автор(ы):
Патентообладатель(и):Курский государственный технический университет (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2001-07-16
публикация патента:

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, патент № 2249828

способ определения коммутационных ресурсов выключателей, патент № 2249828

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 I, измеряемый количеством циклов ВО·(кА)2 , по формуле

ПМЭКРп=ПМКРп·I2 ,

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 I, 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

способ определения коммутационных ресурсов выключателей, патент № 2249828

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

способ определения коммутационных ресурсов выключателей, патент № 2249828

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:

способ определения коммутационных ресурсов выключателей, патент № 2249828

который постоянен для многих выключателей,

способ определения коммутационных ресурсов выключателей, патент № 2249828

где Iк - ток короткого замыкания, равный 8-10 Iн-20 Iн,

способ определения коммутационных ресурсов выключателей, патент № 2249828

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:

способ определения коммутационных ресурсов выключателей, патент № 2249828

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:

способ определения коммутационных ресурсов выключателей, патент № 2249828

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:

способ определения коммутационных ресурсов выключателей, патент № 2249828

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:

способ определения коммутационных ресурсов выключателей, патент № 2249828

измеряют остаточный большой энергетический коммутационный ресурс, используя зависимость:

способ определения коммутационных ресурсов выключателей, патент № 2249828

считая его постоянным в диапазоне малых токов, выявляют остаточный большой коммутационный ресурс, для требуемого тока I в диапазоне малых токов, используя зависимость:

способ определения коммутационных ресурсов выключателей, патент № 2249828

измеряют также остаточный малый энергетический ресурс в диапазоне токов короткого замыкания, используя зависимость:

способ определения коммутационных ресурсов выключателей, патент № 2249828

измеряют остаточный малый коммутационный ресурс для любого требуемого тока короткого замыкания Ik, используя зависимость:

способ определения коммутационных ресурсов выключателей, патент № 2249828

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.
1630 200
2 800150
31000 100
4 50003
56300 2
6 80001,25
710000 1
8 125000,75
916000 0,2
10 200000,05
11Всего 458,250
Таблица 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*10 8
ПБЭКР ПМЭКР
1 6300,788 200719 
2800 1,0150 719 
3 10001,25 100719  
4 50006,25 3719 
56300 7,882 719 
6 800010,0 1,25800  
7 1000013,5 1,01000  
8 1250015,6 0,751170 
916000 20,00,2  512
1020000 25,00,05  200

Таблица 3

Экспериментальные и расчетные величины коммутационного

ресурса выключателя ВВТП-М-10-20/1000
№ п.п.№ столбцов1 23 45
Величина тока, кАВеличина 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 1,01,030 30038038000
25,0 5,0--- ---3801520
36,3 6,3--- ---380976
48,0 8,00,6 384380490
510,0 10,0--- -345345
612,5 12,50,2311 311200
716,016,0 ------260 101
820,0 20,00,05 20020050
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

распределенная система мониторинга безопасности с контуром безопасности и способ тестирования такой системы -  патент 2503966 (10.01.2014)
способ проверки функционирования вакуумного выключателя тягового выпрямителя тока -  патент 2496176 (20.10.2013)
способ имитации токовой нагрузки при испытании аппаратуры, коммутирующей нагрузку -  патент 2490658 (20.08.2013)
способ определения остаточного коммутационного ресурса высоковольтного выключателя -  патент 2489726 (10.08.2013)
устройство для имитации токовой нагрузки при испытании аппаратуры, коммутирующей нагрузку -  патент 2489725 (10.08.2013)
комплексное испытание автоматизированных систем электроподстанции -  патент 2464585 (20.10.2012)
испытания систем автоматики подстанций на системном уровне -  патент 2402784 (27.10.2010)
блок-схема электрическая испытательного стенда -  патент 2344432 (20.01.2009)
способ контроля характеристик высоковольтных выключателей и устройство для его осуществления -  патент 2330302 (27.07.2008)
система диагностики масляного выключателя высокого напряжения -  патент 2327179 (20.06.2008)
Наверх