Pełny numer elektro.info 7-8/2017 tylko dla Ciebie [PDF]

wystarczy założyć konto w portalu elektro.info.pl

Monitorowanie i diagnozowanie mechaniczne wyłączników próżniowych średniego napięcia - problemy i rozwiązania

Mechanical Monitoring and Diagnostics of Vacuum Midium Voltage CB - Issues and Solutions
Monitorowanie i diagnozowanie mechaniczne wyłączników próżniowych średniego napięcia - problemy i rozwiązania
Monitorowanie i diagnozowanie mechaniczne wyłączników próżniowych średniego napięcia - problemy i rozwiązania
Fot. archiwum autorów (Z. Pochanke, W. Chmielak)

Analiza potrzeb i możliwości diagnozowania wyłączników wysokiego napięcia wskazała jako główne i aktualne zagadnienia w tej dziedzinie: diagnozowanie stanu komory gaszeniowej, ocenę stanu mechanizmu napędowego oraz diagnostykę wyzwalaczy elektromagnetycznych [1].

Doświadczenia eksploatacyjne, zbierane głównie dla urządzeń najwyższych napięć, wskazują, że najbardziej zawodnymi elementami wyłączników są napędy oraz wyzwalacze [2, 3, 4].

Fot. Wyłącznik próżniowy e2BRAVO produkcji Elektrometal Energetyka SA; fot. archiwum autorów (Z. Pochanke, W. Chmielak)
Fot. Wyłącznik próżniowy e2BRAVO produkcji Elektrometal Energetyka SA; fot. archiwum autorów (Z. Pochanke, W. Chmielak)

Przeprowadzono analizę możliwości oceny stanu technicznego wyłącznika poprzez cyfrową obróbkę sygnałów napięciowych i prądowych, możliwych do uzyskania podczas normalnej pracy wyłącznika. Wyniki takich systematycznych i długoterminowych pomiarów, zebrane dla odpowiednio dużej populacji i analizowane za pomocą metod statystycznych, umożliwiają racjonalne zarządzanie zasobami.

Do badań użyto wyłącznik próżniowy typu e2BRAVO firmy ELEKTROMETAL ENERGETYKA SA.

Monitorowanie i diagnozowanie mechaniczne wyłączników

Poprzez monitorowanie i diagnozowanie mechaniczne napędów wyłącznika rozumie się zwykle weryfikację jego funkcjonalności. W aspekcie mechanicznym realizuje się to poprzez rejestrację przemieszczenia syków, sygnałów prądów w cewkach wyzwalaczy oraz stan położenia styków – zamknięte/otwarte.

Poprawne działanie wyłącznika zależy od ruchu jego styków, który to ruch jest definiowany przez specyficzne parametry przebiegu czasowego przemieszczenia styków (tzw. charakterystyki ruchu).

Najprostszym sposobem uzyskiwania informacji o ruchu styków wyłącznika jest wykorzystanie przetwornika drogi przymocowanego do elementów ruchomych napędu (cięgła poruszającego styk ruchomy, lub do wału napędowego). W tym celu wykorzystuje się głównie potencjometry lub enkodery, w wykonaniu liniowym lub obrotowym.

Najlepsze odwzorowanie przemieszczenia uzyskuje się mocując przetwornik drogi najbliżej styku ruchomego, co nie zawsze jest możliwe. W miarę oddalania się z pomiarem od styku ruchomego, wprowadzane są zniekształcenia ruchu styków wynikające z charakteru przełożenia ruchu danego elementu mechanizmu napędowego na ruch styków. Pomiar bezpośrednio na cięgle napędowym również może nie w pełni odwzorowywać ruch styków, gdyż w cięgle może być wmontowana sprężyna dociskowa.

Pomiar przemieszczenia pozwala na wyznaczenie prędkości poprzez zróżniczkowanie przebiegu drogi. Wiąże się to jednak z potrzebą stosowania dużej częstotliwości próbkowania i wysokiej rozdzielczości w celu ograniczenia zakłóceń. Sugerowana kombinacja tych parametrów to: 20 kS/s – 12 bitów, 50 kS/s – 10 bitów, 100 kS/s – 8 bitów, jako dane wstępne, które należy weryfikować w każdym konkretnym przypadku. Z punktu widzenia zakresu informacji, bezpośredni pomiar prędkości jest najlepszą metodą, ponieważ przy przeciętnych wymaganiach rejestracji, oferuje dokładne dane dotyczące przemieszczenia i kontroli nad zawartością częstotliwościową sygnału przyspieszenia (rys. 1.).

Rys. 1. Przetwornik przyspieszenia kątowego wału; fot. archiwum autorów (Z. Pochanke, W. Chmielak)
Rys. 1. Przetwornik przyspieszenia kątowego wału; fot. archiwum autorów (Z. Pochanke, W. Chmielak)

Niestety stosunkowo wysokie obciążenia (100–200 G) utrudniają jego mocowanie lub mogą powodować drgania samego miernika. Bezpośredni pomiar prędkości wymaga próbkowania co najmniej 5–10 kS/s i rozdzielczości nie mniej niż 10 bitów.

Podstawową wadą tej metody jest brak komercyjnych czujników prędkości dopasowanych do mechanizmu pracującego impulsowo. Prędkość może być uzyskiwana również poprzez całkowanie przebiegów przyspieszenia. Obecnie dostępne są niedrogie i kompaktowe akcelerometry z wbudowanymi wzmacniaczami ładunku, które z powodzeniem mogą być mocowane praktycznie w dowolnym miejscu mechanizmu wyłącznika. Całkowanie sygnału przyspieszenia wymaga jednak wysokiej dynamiki rejestracji – co najmniej 12 bitów przy częstotliwości próbkowania co najmniej 10 kS/s. Uzyskany w ten sposób sygnał prędkości jest stosunkowo precyzyjny, a więc wystarczająco dokładny do obliczenia energii kinetycznej. [5, 6].

Działanie mechaniczne wyłącznika jest proste: napięta sprężyna, na polecenie realizowane przez wyzwalacz elektromagnetyczny, napędza – poprzez przekładnie dźwigniowo-przegubowe lub krzywkowe – styki ruchome wyłącznika. W ruchu tym występują jednak czynniki sprawiające, że działaniu napędu towarzyszą drgania, uderzenia i odkształcenia, które niekiedy prowadzą do niesprawności lub uszkodzeń wyłącznika. Owe czynniki to:

  • tarcie, zwłaszcza spoczynkowe lub „zaczepowe”, wywołane deformacją prowadnic lub korozją,
  • drgania relaksacyjne sprężystych deformacji mechanizmu, głównie konstrukcji, wywołanych przez napięcie sprężyn napędowych, a zwalnianie na początku ruchu,
  • zderzenia mas styków przy zamykaniu, mas syków ruchomych z mechanizmem przy otwieraniu i masy całego mechanizmu łącznie ze stykami z ostoją na koniec otwierania.

Obserwowane uszkodzenia obejmują:

  • układy wyzwalania (zamki sprężyn, wyzwalacze elektromagnetyczne),
  • trwałe deformacje ogniw mechanizmu, sprężyn i konstrukcji,
  • pęknięcia ogniw mechanizmu, sprężyn i konstrukcji,
  • zatarcia.

Z punktu widzenia strategii monitorowania i diagnozowania, uszkodzenia można podzielić na sygnalizowane i niesygnalizowane w normalnym działaniu. Racjonalne przeciwdziałania można wskazać tylko wobec tych pierwszych. Uszkodzenia niespodziewane są wywołane, albo katastrofalnymi czynnikami losowymi, albo błędami konstrukcyjno-technologicznymi. Te ostatnie powinny być eliminowane w produkcji.

Wskazane wcześniej czynniki utrudniające procesy ruchu mechanizmu wyłącznika sprawiają, że jest on bliski uderzeniowemu, przy wymaganiach niemal zegarmistrzowskich. Wyczerpująca diagnostyka takiego ruchu wymaga bardzo szerokiego oprzyrządowania pomiarowego i analitycznego. Wyposażanie w te środki każdego wyłącznika jest technicznie i ekonomicznie bezsensowne. Zamiast tego proponuje się obsługę dwufazową poprzez:

  • systematyczne, eksploatacyjne – w każdej operacji – monitorowanie ruchu i stanu wyłącznika,
  • diagnostykę wyłącznika wskazanego na podstawie symptomów degradacji stwierdzonych w monitorowaniu.

Czytaj też: Odkształcenia ścian płaskich osłon rozdzielnic SN przy łukowych zwarciach wewnętrznych >>>

Monitorowanie powinno, przy założonych kosztach, dostarczyć danych pozwalających na jak optymalne ograniczenie ryzyka uszkodzeń degradacyjnych. Monitorowanie polega na rejestracji w każdej operacji wyłącznika takich sygnałów związanych z ruchem, które byłyby możliwie najdokładniejszym i najszerszym świadectwem jego cech i uwarunkowań. Należy brać pod uwagę sygnały:

  • kinematyczne (przemieszczenia, prędkości, przyspieszenia) każdego ogniwa ruchomego,
  • sił i naprężeń przynajmniej w głównych ogniwach napędowych,
  • drgań konstrukcji.

Możliwości wyboru bywają ograniczone przez dostępność ogniwa oraz zakres dostępnych kanałów rejestracyjnych.

Oddzielny problem doboru środków monitorowania stanowi rejestracja przebiegów czasowych: częstość próbkowania i rozdzielczość przetwarzania A/C.

Obecne doświadczenia badawcze nie dają podstaw do precyzyjnego doboru przedmiotu, środków i metod analizy monitorowania. Dalej przedstawione wyniki zostały uzyskane w minimalnym układzie, który wydaje się racjonalny do badań pilotujących.

Diagnostyka rozumiana jako wskazanie bezpośredniej przyczyny uszkodzenia lub niezadowalającego działania może być dokonywana metodą prób i błędów, kierowaną przez dodatkowe pomiary jak np.: jednoczesny pomiar przemieszczeń w różnych punktach mechanizmu oraz pomiar statycznej charakterystyki napędowo-oporowej. Natomiast diagnostyka pełna wymaga konfrontacji rozszerzonych pomiarów z modelem symulacyjnym mechanizmu uwzględniającym jego – przynajmniej główne – sprężystości i węzły tarciowe.

(...)

Czytaj też: Odkształcenia ścian płaskich osłon rozdzielnic SN przy łukowych zwarciach wewnętrznych >>>

Literatura

1. CIGRÉ Technical Brochure 167 User guide for the application of monitoring and diagnostic techniques for switching equipment for rated voltages of 72,5 kV and above, 2000.
2. CIGRÉ Technical Brochure 509 Final Report of the 2004 – 2007 International Enquiry on Reliability of High Voltage Equipment Part 1 – Summary and General Matters, 10.2012, ISBN: 978-2-85873-201-2
3. CIGRÉ Technical Brochure 510 Final Report of the 2004 – 2007 International Enquiry on Reliability of High Voltage Equipment. Part 2 – Reliability of High Voltage SF6 Circuit Breakers, 2012
4. CIGRÉ Technical Brochure 589 The Impact of the Application of Vacuum Switchgear at Transmission Voltages 2014
5. W. Chmielak, Z. Pochanke, Diagnostics of Circuit Breaker Drives and Mechanisms”, International Conference on Condition Monitoring, Diagnosis and Maintenance CMDM 2013, pp. 101–108, September, CIGRE
6. Y. Meng, S. Jia, M. Rong. Condition Monitoring of Vacuum Circuit Breakers Using Vibration Analysis, IEEEXplore, 2004

W artykule:

• Monitorowanie i diagnozowanie mechaniczne wyłączników
• Monitorowanie ruchu i stanu mechanizmu
• Monitorowanie układu wyzwalania

streszczenie

W artykule przeprowadzono analizę możliwości oceny stanu technicznego wyłącznika poprzez cyfrową obróbkę sygnałów napięciowych i prądowych, możliwych do uzyskania podczas normalnej pracy wyłącznika. Wyniki takich systematycznych i długoterminowych pomiarów, zebrane dla odpowiednio dużej populacji i analizowane za pomocą metod statystycznych, umożliwiają racjonalne zarządzanie zasobami. Do badań użyto wyłącznik próżniowy typu e2BRAVO firmy ELEKTROMETAL ENERGETYKA SA.



abstract

An analysis of the possibility of assessing the technical condition of the circuit breaker through digital processing of voltage and current signals, possible to obtain during normal operation of the circuit breaker, was carried out. The results of such systematic and long-term measurements, collected for a sufficiently large population and analyzed using statistical methods, enable rational resource management.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!


[instalacje elektroenergetyczne, wyłącznik próżniowy SN, monitorowanie, diagnozowanie, przetwornik przyspieszenia kątowego, układ wyzwalania]

Ten artykuł jest PŁATNY. Aby go przeczytać, wykup dostęp.
DOSTĘP ABONAMENTOWY
DOSTĘP SMS
Dostęp za pomocą SMS czasowo zawieszony







Reklamacje usługi prosimy zgłaszać przez formularz reklamacyjny
Masz już abonament - zaloguj się:
:
:
zapomniałem hasła
Nie posiadasz konta - kliknij i załóż »
Nie masz abonamentu - wykup dostęp:
Abonament umożliwia zalogowanym użytkownikom dostęp do wszystkich płatnych treści na naszym portalu.
Dostępne opcje abonamentowe:
Pakiet: dwuletnia prenumerata papierowa (20 numerów) + dwuletni dostęp do wszystkich treści portalu (730 dni) - 185,00 zł
Prenumerata + on-line w promocyjnej cenie. Zamów już dziś!
Pakiet: roczna prenumerata papierowa (10 numerów) + roczny dostęp do wszystkich treści portalu (365 dni) - 105,00 zł
Prenumerata + on-line w promocyjnej cenie. Zamów już dziś!
Prenumerata elektroniczna (365 dni) - 79,00 zł
Roczny dostęp do wszystkich płatnych treści naszego portalu.
Prenumerata elektroniczna (30 dni) - 15,00 zł
30 dniowy dostęp do wszystkich płatnych treści naszego portalu.
Roczny dostęp dla prenumeratorów w specjalnej cenie - 0,00 zł
Jeśli zakupiłeś roczną prenumeratę papierową, masz możliwość skorzystania z bezpłatnego dostępu do wszystkich treści elektronicznych. Po weryfikacji danych skontaktujemy się z Tobą). Dostęp na czas trwania prenumeraty papierowej!
Dwuletni dostęp dla prenumeratorów w specjalnej cenie! - 0,00 zł
Jeśli zakupiłeś dwuletnią prenumeratę papierową, masz możliwość skorzystania z bezpłatnego dostępu do wszystkich treści elektronicznych. Po weryfikacji danych skontaktujemy się z Tobą). Dostęp na czas trwania prenumeraty papierowej!
30 dniowy dla prenumeratorów w specjalnej cenie - 0,00 zł
Jeśli zakupiłeś roczną prenumeratę papierową, masz możliwość skorzystania z bezpłatnego dostępu do wszystkich treści elektronicznych. Po weryfikacji danych skontaktujemy się z Tobą). Dostęp na czas trwania prenumeraty papierowej!
Prenumerata elektroniczna (730 dni) - 138,00 zł
Dwuletni dostęp do wszystkich płatnych treści naszego portalu.
Regulamin korzystania z portalu elektro.info.pl - zobacz regulamin
Uwagi prosimy zgłaszać na adres:
Artykuł pochodzi z: miesięcznika elektro.info 9/2018

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie


PROMOCJA na kamery termowizyjne nawet do 5000 zł taniej !! »

Tylko do 31.XII możesz skorzystać z obniżki na oscyloskopy»

Promocja kamery termowizyjne oscyloskopy niskie ceny
Zostało już tylko kilka dni promocji na kamery termowizyjne. Zobacz niższe ceny z okazji BLACK FRIDAY i CYBER WEEK (...) chcę zobaczyć ceny » Oscyloskopy cyfrowe świetnie sprawdzają się przy pomiarach w laboratoriach oraz firmowych działach rozwoju. Bywają także niezbędne podczas zadań serwisowych (...) czytam dalej »


Akumulatory do każdego typu pojazdu »

Rozwój odnawialnych źródeł energii w Polsce »

Akumulatory do każdego typu pojazdu Magazyny energi w polsce
Niezależnie od tego czy jeździsz samochodem osobowym, SUV-em, terenówką czy autem dostawczym, znajdziesz(...) czytam dalej » Aparatura łączeniową i sterownicza dla automatyki przemysłowej, techniki medycznej oraz automatyki budynków(...) czytam dalej »

Jak zdalnie monitorować pracę silnika?

UPS zasilacze Jak przekształcić silni elektryczny w inteligentne, połączone bezprzewodowo urządzenia. Czujnik montowany jest na kadłubie silnika indukcyjnego niskiego napięcia bez potrzeby okablowania czy wprowadzania zmian mechanicznych (...) czytam dalej »


Switche niezarządzalne - które wybrać?

Systemy fotowoltaiczne. Jak zwiększyć efektywność energetyczną?

Switche niezarządzalne Rola miedzi w energetyce słonecznej
Switche niezarządzalne są to urządzenia, które mają za zadanie przekazywanie danych między urządzeniami w wymagającym środowisku przemysłowym. Ich zadaniem jest zapewnienie przede wszystkim stabilnej, jak również wydajnej komunikacji.(...) czytam dalej » Sektor energii słonecznej umacnia się coraz bardziej. Według Solar Power Europe, w roku 2017 została zainstalowana globalnie większa moc energii fotowoltaicznej niż (...) czytam dalej »

Kable i przewody - pobierz bezpłatny Ebook »

Kable i przewody ebook Przedstawiamy nowy poradnik „Kable i przewody”! Znajdziecie w nim m.in. metody ochrony kabli przed pożarem, jak prowadzić i oznaczać trasy kablowe (...) czytam dalej »


Stacje ładowania elektryków przed własnym domem »

Co się stało z tymi kablami?

miejska stacja ładowania Co sie stało z kablami
Samochody elektryczne stają się coraz bardziej popularne. Jednak ich żywot jest uzależniony od stacji ładowania. Stacja ładowania to urządzenie elektryczne, które(...) czytam dalej » Wszelkie błędy popełnione na etapie projektowania, wykonawstwa i eksploatacji nawarstwiają się latami, stopniowo pro­wadząc do wydłużenia czasu poświęcanego na administrację systemu, zmniejszając pewność jego działania i tym samym (...) czytam dalej »

Zapraszamy na szkolenia z elektro.info » 
Ebooki dla elektryków i nie tylko

Serdecznie zapraszamy do zapoznania się z ofertą szkoleń organizowanych przez lub przy udziale „elektro.info”. Naszą silną stroną jest dobrze merytorycznie przygotowany zespół, który
(...)
czytam dalej »


Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników naszego portalu... dowiedz się więcej »
11/2018

AKTUALNY NUMER:

elektro.info 11/2018
W miesięczniku m.in.:
  • - Eksploatacja instalacji elektrycznych tymczasowych
  • - Symulacyjne metody analizy funkcjonowania układów automatyki elektroenergetycznej
Zobacz szczegóły

Aukcje 2019 - ile dla wiatru i fotowoltaiki?

Jak podaje portal gramwzielone.pl, rząd nadal nie ogłosił szczegółowych założeń przyszłorocznych aukcji dla odnawialnych źródeł energii. Jednak informacje podało Ministerstwo Energii,...

Szczypce-klucz Knipex

Szczypce-klucz to narzędzie opracowane i opatentowane wiele lat temu przez niemiecką firmę Knipex. Pod względem funkcjonalności łączy szczypce nastawne z kluczem nastawnym typu...
EAST UPS EAST UPS
Marka EAST ® to uznany producent wysokowydajnych zasilaczy awaryjnych UPS zaprojektowanych do całodobowej ochrony urządzeń elektrycznych oraz...
Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright @ 2004-2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa, w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl