СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА АВТОМАТИЧЕСКИХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ
METHOD FOR DETERMINING RESIDUAL LIFE OF AUTOMATIC CIRCUIT BREAKERS

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.
j
x
j
j
0
1
j
Из известных технических решений наиболее близким к предлагаемому по достигаемому результату является способ определения остаточного ресурса автоматических выключателей, при котором измеряют ток i, вызывающий срабатывание при каждом j-м отключении, j=1, …, n, определяют коэффициент k(i), характеризующий допустимое количество срабатываний в зависимости от коммутируемого тока i, и вычисляют остаточный ресурс как разность полного ресурса T и суммы значений коэффициентов k(i) 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.
1
j
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 k(i), характеризующий допустимое количество срабатываний в зависимости от коммутируемого тока, дополнительно непрерывно измеряют ток i, протекающий через автоматический выключатель, и определяют остаточный ресурс по формуле
0
2
где Т - полный ресурс автоматического выключателя; k - 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
2
где k - 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;
j
1
j
- запоминание значения тока i автоматического выключателя, вызвавшего его срабатывание при каждом j-м отключении, j=1, …, n, и вычисление коэффициента k(i) 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:
0
- T - полный номинальный ресурс работы автоматического выключателя (количество коммутаций), соответствующий техническим условиям;
- - составляющая, характеризующая электромеханическое изнашивание автоматического выключателя;
-  - составляющая, характеризующая электрическое изнашивание автоматического выключателя;
1
j
j
- k(i) - 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
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.);
2
- k- 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
н
где I- 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.
x
j
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(i), характеризующий допустимое количество срабатываний в зависимости от коммутируемого тока дополнительно непрерывного измерения тока i, протекающего через автоматический выключатель, и определения остаточного ресурса по формуле
0
2
где Т - полный ресурс автоматического выключателя; k - 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.