高压真空接触器（共6篇）
高压真空接触器 篇1
1 前言
高压真空接触器是一种高压开关。它能够切断和接通正常状况下高压电路中的负荷电流和空载电流, 并且能够在外电系统发生故障时, 该接触器和继电器维护安装、自动安装相配合, 快速地拉断故障 (短路) 电流, 最大程度地降低停电范围, 避免事故扩大, 尽可能地减少事故带来的损害, 确保用电设备平安运转。
2 工作原理
高压开关主要构造大致为:
(1) 导流局部;
(2) 灭弧安装局部;
(3) 绝缘局部;
(4) 操作机构。
真空灭弧室:是真空断路器中的一个心脏。它的外壳由玻璃、高铝陶瓷 (耐高温1600度, 熔点在2030度, 耐压强度高) 或微晶玻璃等无机绝缘材料制成, 形状呈圆筒状, 其两端是用金属盖板封接组成的封闭容器。
外壳内部:一对触头, 其中, 静触头固定在静导电杆的端头, 动触头固定在动导电杆的端头。动导电杆在中部与波纹管的一个端口焊在一起, 波纹管的另一端口与动端盖的中孔焊接, 动导电杆从中孔穿出外壳, 这就是高压开关柜中的真空泡。该开关是利用“真空” (气压为10-2~10-6Pa) 灭弧的一种断路开关。该开关触头装在真空灭弧室内, 因为在真空中不可能有气体, 所以这种断路器的触头断开时, 发生电弧的几率很小。在感性电路里, 由于灭弧的速度太快, 在瞬间将切断电流, 使di∕dt非常大, 这时电路里的电压将过大 (UL=Ldi∕dt) , 这对负载极为不利, 因此这里的“真空”是不可能绝对真空的, 在实际工作中, 该触头在断开时由于高电场发射和热电发射, 是能够产生一些电弧的, 被叫做“真空电弧”, 该电弧将在电流第一次过零时自动熄灭。因为在电流过流后的极短时间内, 触头之间的间隙已经又恢复了以前的高真空度, 即使电流过流后能够迅速加上高电压, 但触头间隙也不会再次击穿, 故真空电弧在电流第一次过零时它能够完全熄灭。
高压真空断路器的优点是:体积小、重量非常轻, 但动作特别快, 寿命长, 安全、可靠, 便于维护检修, 主要适用于频繁操作的场所。在DF100A型发射机中该开关用于高压二档回路中, 即高压二档真空接触器 (4A5K1) 。
3 实际应用及故障处理
在DF100A型发射机高压控制回路中, 用于控制的有继电器, 真空交流接触器, 高压一档用的是继电器 (4A5K2) , 帘栅一档用的是继电器 (4A5K13) , 帘栅二档用的是继电器 (4A5K4) , 而高压二档用的则是高压真空交流接触器 (4A5K1) , 在该控制回路中, 接了一组4A5K1的常开接点 (4, 3) , 如果高压一档、帘栅一档正常上了之后, 则4A5K1线包接通, 高压二档接通, 则其常开接点 (C4, 3) 将吸合, 实现自保。在实际工作中, 该交流接触器有以下几个典型故障:
3.1 4A5K1某相启动线包的限流电阻R1 (5Ω/275W) 烧断
(1) 故障现象
在机器加高压时, 高压一段能够加上, 但二段加不上, 过上5S后一段掉, PA级帘栅流过荷。
(2) 故障分析
高压加上后一档上, 二档不上, 一档过5S后掉 (一档掉的延时继电器4A5K9延时时间为5S) , 说明高压一档是正常的, 高压二档回路有问题
(3) 故障处理
检查高压二档回路个元器件, 发现4A5K1有问题, 造成二档不自保, 此时紧急情况下可倒备份, 机房已经给4A5K1安装有备份, 只须将4A5K1转换开关由主用转至备用即可, 维持播音, 等停机后拆下4A5K1后检查发现是其某相启动线包的限流电阻坏, 更换该电阻后试机正常。恢复4A5K1主用工作, 故障排除。
3.2 4A5K1某相真空泡接点烧
(1) 故障现象
机器在播音中, 末前级基本正常, 高末级屏流减小, 屏压增大, 功率模块大部分关断, 高末帘栅过荷。
(2) 故障分析
末前级正常, 屏流减小, 屏压增大说明高压二档交流接触器某项有开路存在, 要达到高电压, 故功率模块大部分关断, 屏压才能升高, 屏极一相开路, 引起帘栅流变大, 故高末帘栅过荷。
(3) 故障处理
有备份可倒用备份, 无备份紧急更换4A5K1, 拆下后发现是其某相真空泡接点烧, 引起的该故障。
3.3 4A5K1整流桥击穿
(1) 故障现象
在机器加高压时, 高压一档正常, 高压二档上时屏极控制断路器1CB18跳, 加不上高压
(2) 故障分析
加高压, 一档上, 二档上不去, 并且引起屏极控制断路器1CB18跳, 说明二档交流接触器有问题
(3) 故障处理
有备份可倒用备份, 无备份先代播, 再拆下4A5K1后查看故障点, 用三用表测量后发现是其内部整流桥击穿造成的该故障。
3.4 九单元联锁4灯 (控制3) 故障
(1) 故障现象
机器在播音中, 突然掉高压, 自动化上位机停播报警, 九单元联锁4灯不亮, 重加后瞬间掉高压, 高压不自保。末前级状态基本正常, 高末栅流正常, 高末屏流、屏压无表值, 无功率输出, 9A4板非工作指示灯亮, 状态板指示灯正常。
(2) 故障分析
联锁4灯的控制线路如图 (联锁4灯控制线路图) 所示。它是由调制器控制内锁继电器1K32的一组接点 (9, 3) 和高压二段电磁闸4A5K1的辅助接点 (12, 11) 控制的。加高压4A5K1闭合后, 其常开附属接点也闭合, 光耦U6发光, 联锁4灯亮。如果由于电磁闸本身的机械结构问题或由于附属接点接触不好会出现主接点已闭合而附属接 (12, 11) 接触不好的情况, 致使9A5中联锁4灯灭, 非工作指令信号产生, 封锁调制器。机器由于无屏压、帘栅压而无功率输出。
(3) 故障处理
紧急情况下先倒备用4A5K1, 等停机后检查发现是4A5K1接在控制三回路中的常开接点 (12, 11) 接触不好, 造成的该故障, 无备份时也可紧急短路 (1TB10-18, 1TB10-1) , 确保播音完成。
3.5 4A5K1控制接点 (C3, C4) 接触不良
(1) 故障现象
机器加高压后, 可以听见一档、二档上, 稍后一档、二档同时掉, 高压二档不自保
(2) 故障分析
高压二档不自保, 可能是二档控制回路有问题, 在二档控制回路中接有其一组常开接点 (C3, C4) , 如果它接触不良, 二档就不自保, 就算接触器线包正常, 二档也会掉落。
(3) 故障处理
在紧急播音时有备份可先倒用备份, 无备份时紧急短路 (4 A5TB2-14, 4 A5TB2-19) , 维持播音, 或者寻找代播机,
断掉主控, 拉断4CB1和低压盘电后, 检查4A5K1机械结构, 将4A5K1上的230VAC输入端子拆下, 可用220VAC照明电源接入使4A5K1动作, 用万用表测量控制联锁4灯的附属接点是否接触良好并进行相应处理, 如清洁接点或为增加可靠性并联不用的接点。紧固附属接点接线端子。
4 高压真空接触器的检修与维护
在日常的工作检修中, 要定期打开高压开关柜, 对高压真空接触器4A5K1的接点、线包进行清洁, 在实际运行中, 真空接触器很容易出现以下几种情况:真空接触器灭弧室漏气, 机构卡涩, 辅助接触器转换不正确引起跳闸线圈烧坏, 接触器跳合闸不正确, 接触器的弹跳及行程不合格, 接触器本体绝缘子瓷瓶因与拉杆距离太近被打坏等。因此在选择真空接触器时我们要对其型号、安装、运行、检修维护过程中加强管理, 随时监测运行中的真空接触器, 准确的处理常见的故障。并且观察在实际运行操作中有无异常现象, 如在接触器断开后, 有无异常放电声音, 送电时, 观察真空灭弧室有无裂纹、破损。发现异常立即通知机房主任, 待检修证实后, 再进行操作。定期检查真空接触器的真空灭弧室有无漏气、本体绝缘杆击穿、过压保护器不合格、真空灭弧室直流电阻不合格、新投入接触器拒合拒分等现象。
结语
高压真空接触器4A5K1在DF100A型100k W短波发射机的高压控制回路中起着很重要的作用, 是确保高压正常运行的一个重要器件, 因此在日常检修工作中要多加巡视, 定期点温、定期维修、定期进行耐压试验、真空度测量、定期对直流电阻及分合闸动作电压值测定, 及时发现问题, 尽早排除隐患, 确保发射机正常稳定的运行。
参考文献
[1]刘可真, 王健, 王美玲.广播电视发送与传输维护手册 (四) [M].
高压真空接触器 篇2
1原提升机集控系统概述
鹤煤公司三矿主井担负着三矿井下原煤的提升任务, 井深300 m, 主井提升机为2JK-4/20型, 双码提升, 电机功率为1 000 kW。
1.1电控系统
采用TKD-NT型提升机网络化集散控制系统, 该系统由高压开关柜、高压换向柜、制动电源柜、主令控制柜、转子控制柜、操作台、电阻箱等组成。整个电控系统以PLC主令控制柜为控制核心, 采用转子切电阻调速方式实现电机的调速, 整个调速段分为启动段、加速段、匀速段、减速段和低频拖动段。
1.2供电
主井提升系统电源取自矿35 kV/6 kV变电站的主井一回路和二回路, 经过高压开关柜接入高压换向柜, 高压换向柜的另一路进线取自低频电源柜, 高压换向柜的出线接入电机定子, 用于电机的启动和换向以及控制电机的运行与制动转换。主令控制柜根据传感器测得的信号量和操作发出的控制信号控制高压换向柜各接触器的分、合, 实现电机的换向、调速、制动等操作。
1.3组成及原理
提升机供电电源主回路如图1所示。电控系统中的高压换向柜主要由4台CKG型三柱式高压真空接触器KM2.1、KM2.2、KM2.3、KM3.1和1台CCJ38型低压空气接触器KM3.2组成。KM2.1、KM2.2用于控制电机的正、反转切换, 2台接触器之间采用机械闭锁和电气联锁;高压真空接触器KM2.3与制动高压真空接触器KM3.1用于控制电机运行和制动状态的切换, 2台接触器之间也采用了机械闭锁和电气联锁, 低压空气接触器KM3.2接制动电源柜的出线, 用于控制制动电源的投入与断开, 由于电机运行时采用高压电源, 制动时采用低压电源, KM3.1还具有高、低压隔离的作用。供电电源电气原理如图2所示。
2问题的提出
由于鹤煤公司三矿每天的提升量较大, 高压换向柜的正、反转接触器 (KM2.1、KM2.2) 和运行、制动接触器 (KM2.3、KM3.1) 处于频繁切换的状态, 容易导致真空接触器出现真空灭弧室漏气、操作机构故障等, 从而使得高压真空接触器触点不能可靠分断。当KM2.1、KM2.2换向不能可靠分断时, 会引起高压线路相间短路。短路后主井绞车会紧急制动, 对绞车、钢丝绳性能影响较大;短路后产生的冲击电流也会对矿井其他设备的正常工作造成影响。而当电机由运行向制动切换时, 若运行真空接触器KM2.3不能可靠分断时, 则会使高压电通过制动高压真空接触器与低压制动电源柜连接, 进而导致低压制动电源柜损坏事故, 严重影响主井正常提升。
3三柱式高压真空接触器的改造
真空接触器为目前广泛使用的一种接触器, 主要包含3大部分:真空灭弧室、电磁或弹簧操作机构、支架及其他部件。真空接触器的主触点位于真空灭弧室内, 其采用真空作为绝缘介质, 具有很高的绝缘强度, 可使电弧迅速可靠地熄灭。因此保证真空接触器触点的可靠分断和提高操作机构的可靠性及精度, 能够降低真空接触器的故障率, 提高整个电控系统的可靠性。
当提升机电机正、反转转换时, 高压换向柜的正、反转接触器KM2.1与KM2.2要进行切换, 分析其电路原理可知, 电机正、反转转换时, 电机的U相和W相要进行换向。为保证接触器的可靠运行, 可在真空接触器的A、C相各串联1个真空灭弧室, 将原来的三柱式真空接触器更换为五柱式真空接触器, 其电气原理如图3所示。
改造后的五柱式真空接触器由于A、C相的2个真空灭弧室为串联工作方式, 当需要分断线路时, 即使出现一个真空灭弧室内触点不能分断时, 只要另一个真空灭弧室内触点分断, 即可保证整个真空接触器的可靠分断, 避免出现高压相间短路故障, 提高了整个真空接触器的可靠性。同时串联后的真空灭弧室两端的电压降低为原来的一半, 延长了真空灭弧室的使用寿命, 降低了真空灭弧室的故障率。同时对运行、制动高压真空接触器KM2.3与KM3.1进行了改造, 采用了五柱式真空接触器, 实现了运行制动的可靠闭锁。为适应改造后的五柱式真空接触器, 对操作机构的结构进行了改造, 改造后操作机构的可靠性和精度得到了提高, 保证了真空接触器的可靠分断和2个正、反转高压真空接触器的可靠闭锁, 提高了整个系统的可靠性, 保证了主井提升系统和供电系统的安全。
4结语
高压真空接触器 篇3
1 事故分析
从中控电流曲线上看, 从开机到跳闸只有4s, 真空接触器还不到该吸合的时间 (液体电阻器极板下行时间约20s) , 也就是说不是在极板下行触到下限开关、真空接触器吸合的瞬间造成的损坏。根据分析, 推断在上次停机时, 真空接触器损坏的相没有分断 (可能烧黏) , 中控和现场不会有异常信号。再次启动, 主电动机合闸后, 真空接触器有故障的那一相转子回路直接短接, 流过故障相接触器的电流非常大, 足以造成真空接触器爆裂。
水阻柜电气原理见图1。
通过分析认为, 原转子短接方案存在问题:如果真空接触器三相都吸合, 即KM2 (1) 、KM2 (2) 和KM2 (3) 信号串联起来进入PLC, 会判定为“转子短接”故障, PLC程序肯定不允许立磨主机启动, 即KA2不会吸合。但如果有一相吸合时 (单相短接) , PLC程序却还是判定“转子没有短接”, KA2还会吸合, 中控信号一切正常, 在启动时就会发生以上事故。
2 预防和改进措施
1) 将真空接触器3个辅助常开接点信号分别接入PLC闲置DI输入口, 即信号由原来的串联改成并联状态, 这样任何一个真空接触器触点吸合, PLC会判定“转子短接”, KA2触点就不会吸合, 中控和中压柜都不具备启动条件。
2) 真空接触器没有分断的原因可能是接触器三相吸合速度差异大, 某一相吸合早, 瞬时流过电流大而造成这一相烧黏, 在线圈失电时不能分断。针对这种可能, 我们对新换接触器吸合同时性进行检查和调整, 基本保证合闸时间一致。此后对其他水阻柜的程序和真空接触器吸合同时性进行了更改和检查。
3 结束语
高压真空接触器 篇4
关键词：真空接触器,保护整定,电动机
引言
由于真空接触器的结构简单, 体积小, 价格低, 不污染, 不爆炸, 能频繁操作等优点, 在容量为1200k W以下的电动机控制回路中, 部分替代断路器得到了越来越多的应用。但是, 如果保护整定不当将可能引起熔断器的频繁熔断, 影响设备的正常运行, 严重的引起真空接触器的爆炸, 酿成事故。针对这些问题, 本文详细介绍了真空接触器用于电动机保护的整定计算方法以及保护之间配合的原则。
1 F-C真空接触器的特点
F-C真空接触器是真空接触器和熔断器的组合电器, 具有真空接触器和熔断器两方面的优势[1]。真空接触器触头采用Ag WC或Cu WTe材料, 具有截流值低, 功耗小, 操作频率高, 寿命长等优点;限流式熔断器能够在短路电流达到第一个波峰前熔断, 具有灭弧能力强、开断电流大、价格低廉的优点。由于集中真空接触器和熔断器的优点, 所以和断路器相比F-C真空接触器在一些领域优势十分明显:a.切断故障电流速度快。断路器的全开断时间需要100ms左右, 而F-C真空接触器切断故障电流只需要半个周期, 即10ms以内, 这将减轻被保护负载设备短路冲击的影响, 减少电动机绕组绝缘故障。b.截流过电压低。真空开关开断小电感电流时, 由于弧柱扩散速度太快, 阴极斑点附近的金属蒸气压力和温度急剧下降, 金属质点的蒸发不能维持弧柱的扩散, 造成电弧电流不是在电流自然过零时熄灭, 而是在到达零点之前的某一瞬时值时发生强制熄弧突然下降为零, 从而形成截流, 产生较高的截流过电压。由于真空接触器触头采用Ag WC或Cu WTe材料, 其截流过电压值低, 一般在截流值小于1A时, 产生的截流过电压不超过额定电压的1.3倍, 在截流值小于10A时, 产生的截流过电压不超过额定电压的3.1倍。根据文献[1]可知产生截流过电压的公式如下:
式中:U0为截流时电容初始电压, Ich为截流电流的有效值, 并且Z=L/C。在容量为1200k W以下的电动机控制回路中, 特征阻抗Z较大, 并且电动机容量越小Z越大, 产生的截流过电压越高, 所以, 在中小型电动机控制回路中采用F-C真空接触器更合适。c.经济性好。使用F-C真空接触器比使用断路器占地面积小;F-C真空接触器的机械寿命在300万次, 电寿命在60万次, 而断路器的机械寿命在1万次, 电寿命更短;F-C真空接触器的价格是断路器价格的一半左右。另外, 由于熔断器的限流特性, 可以降低负载的动稳定性和热稳定性, 进一步降低工程的造价。
2 电动机保护整定计算
F-C真空接触器提高的电动机保护包括电流速断保护, 纵联差动保护, 单相接地保护, 过负荷保护等[2,3,4]。
已知参数:电动机额定电压为6k V, 额定功率为850k W, 运行额定电流为INM=97A, Kst=5.8, cosφ=0.89, 起动时间6s (此为推荐值, 建议电动机启动时间最好实测) , 起动电流为600A, CT变比为150/5, 在最小运行方式下, 电动机出口端三相短路电流IÁÂÃÁÄÅÆ=9000A。实现电流速断和过负荷保护, 采用两相电流差接线。
2.1 电流速断保护[5]
a.按躲过电动机的最大启动电流整定。Iop.l=Krel Ist.max=Krel Kst INM式中:Krel为可靠系数, Kst为启动系数, Ist.max为电动机的最大启动电流, INM为额定电流。Krel取2, 则:Iop.1=Krel K-st INM=2×5.8×97≈1125A。b.灵敏度校验。按系统最小运行方式下, 电动机出口端最小两相短路电流过流保护校验, 即
电流速断保护接线简单, 动作迅速, 是电动机最严重的相间短路的主保护, 可以很好地避免电动机严重烧损。
2.2 过负荷保护。
根据电动机允许过热条件, 电动机的过负荷保护应当具有反时限特性, 反时限保护整定计算比较复杂, 但是反时限过负荷保护和熔断器更容易配合, 能够用较短的平均动作时间切除故障, F-C真空接触器普遍采用反时限过负荷保护。
a.动作电流整定
式中:Kw为保护装置接线系数, Kre为保护装置返回系数, Ki为电流互感器变比。
b.反时限特性的确定[6]。
2.3 单相接地保护。
绝大部分电机是起动过程中或起动后2min内出现接地故障, 尤其出现单相接地故障后, 因保护装置不动作而烧坏电机的情况占故障电机的近50%。
按GB50062-1992规定, 电动机的单相接地电流大于5A时, 应装设单相接地保护。
2.4 其它保护。
除了上述保护外, 当电动机的容量在2000k W以上, 或者很重要但电流速断灵敏度不能满足要求时, 若具有6个引出线, 可装设纵差动保护, 根据电动机厂家的实际要求进行整定即可。
3 限流熔断器的选择
用于电动机保护的熔断器必须依据使用条件来选择, 应考虑的数据有:工作电压, 启动电流, 启动时间, 每小时启动次数, 电动机满负荷电流, 安装现场的短路电流。
短路保护通过熔断器实现, 通常选择比电动机更高的额定电流以避免启动电流的影响, 但不能同时进行过负荷保护。因此必须有反时限或定时限继电器对过负荷进行保护。接触器、电流互感器、电缆、电动机本身及电路中其他设备可能会受到因长期过负荷或允通能量超过耐受能量而造成损害。为避免损害, 熔断器的脱扣与其他保护继电器须良好配合, 在电流时间特性曲线要使继电器曲线和熔断器曲线交于一点。
根据文献[7]按照上述方法选择的电动机容量、启动次数、启动时间与熔断器关系如表1所示。限流熔断器熔体的选择要考虑三方面因素:躲过电动机允许的正常过负荷电流;躲过电动机低压侧电动机自启动引起的尖峰电流;躲过电动机励磁涌流的影响。熔体额定电流计算公式如下:
可知其对应的安-秒特性曲线如图1中曲线2所示。
4 F-C真空接触器保护配合
接触器和限流熔断器的良好配合是F-C真空接触器可靠工作的关键。在图1中曲线1是F-C真空接触器保护动作曲线, 曲线2是电动机的过负荷曲线, 曲线3是熔断器的安-秒特性曲线。在I1和I2之间, 故障电流小于接触器的遮断电流, 出现故障时由保护装置动作于接触器跳闸;在电流大于I3之后, 熔断器动作时间大于保护装置动作时间, 出现故障时由保护装置动作于接触器跳闸, 但是由于故障电流大于接触器的遮断电流, 真空断路器无法断开故障电流, 严重的还会引起F-C真空接触器爆炸, 所以, 此时应该在出现故障时闭锁保护装置, 由熔断器动作断开故障电路。
5 结论
F-C真空接触器取代断路器应用在1200k W以下电动机的保护电路中有很多优点, 但是保护整定和配合比较烦琐, 本文给出了主要保护的整定计算方法。通过保护整定计算以及对三种曲线的分析可知, 当电流在保护装置的启动电流和F-C真空接触开关遮断电流之间时, 保护装置的反时限曲线必须在电动机过负荷曲线的左侧;当电流超过F-C真空接触开关遮断电流时, 熔断器的安-秒曲线必须在电动机过负荷曲线的左侧。因此, 电动机的保护与F-C真空接触开关的配合是合适的, 是经济实用的。
参考文献
[1]杜志勇.低厂变保护整定计算和开关配合情况分析[J].继电器, 2005, 33.[1]杜志勇.低厂变保护整定计算和开关配合情况分析[J].继电器, 2005, 33.
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[3]李宏任.实用继电保护[M].北京:机械工业出版社, 2002.[3]李宏任.实用继电保护[M].北京:机械工业出版社, 2002.
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[5]王翠霞.关于微机型电动机保护定值的整定计算[J].电气传动自动化, 2008, 30 (1) :58-60.[5]王翠霞.关于微机型电动机保护定值的整定计算[J].电气传动自动化, 2008, 30 (1) :58-60.
[6]窦乘果, 彭鹏, 赵梦华等.微机式反时限过电流保护整定配合的辅助计算软件[J].电力自动化设备, 1998, 20 (11) .[6]窦乘果, 彭鹏, 赵梦华等.微机式反时限过电流保护整定配合的辅助计算软件[J].电力自动化设备, 1998, 20 (11) .
高压真空接触器 篇5
与液体渗氮和离子渗氮相比较, 气体渗氮的升温、降温、表面吸附过程及界面反应速率较慢。为了探寻提高渗氮速度的途径与设备改进的方向, 在此做一分析、比较。
1 渗氮工艺过程的基本原理
目前广泛运用的渗氮工艺方法有3种, 即气体渗氮、盐浴渗氮 (液体渗氮) 和离子渗氮。它们最主要的区别在于表面吸附和界面反应速率的差别。一旦金属表面生成到了Fe[N]固溶体或者氮化物之后, 氮原子向内部的扩散原理与速度可以认为是相同的。
渗氮过程的基本原理如图1所示, 它分为两个主要过程, 首先是金属表面的物理、化学作用, 生成金属氮化物或间隙固溶体。然后在扩散激活能的驱使下, 氮原子向金属内部扩散并生成金属氮化物。显然, 第一阶段对渗氮工艺过程有着重要的影响。
1.1 液体渗氮
零件直接浸入熔盐中, 升温时间短。氮化层的形成动力和速度比在气相中要大, 要快。保温结束后, 零件可以立即空冷或油冷。因此, 渗氮过程比气体渗氮快得多。
1.2 离子渗氮
零件作为阴极在高压电场中受到氮离子的轰击, 氮离子的能量超过一般气体氮化条件下分解氨中的氮原子能量3000倍以上[1]。铁原子与处在激发状态下的氮离子化合成铁的氮化物并被吸附在因轰击而消除了钝化层的金属表面。这些区域由于金属晶格出现高密度的位错缺陷而具有强大的吸附能力, 从而很快完成第一阶段的化合反应。离子渗氮的升温和降温速度也大于气体渗氮。
1.3 气体渗氮
气体渗氮大多是在一个耐热钢罐中通入氨气, 排空空气后加热。由于罐体热容量大, 外热式加热的热传导慢, 所以升温、降温很慢。又因为气氛压力低, 吸附与界面反应速率低, 所以渗速较慢。
2 影响气体渗氮工艺的参数
气体渗氮控制的主要参数中, 人们对温度、时间、流量及氨分解率等对工艺过程的作用比较清楚, 而对炉压对渗氮过程的作用重视不够。炉压对气体渗氮的作用有以下几方面:
2.1 提高炉内气压可以增加零件表面的吸附量
在显微镜下观察金属表面是凹凸不平的。从化学观点看, 这些尖角、凸出边缘上的原子或离子, 它们的化合价大部分没有达到饱和, 化学性质最活泼, 容易和外界的分子结合, 这些部位称为活性中心。金属表面依靠未饱和化合价吸附气体分子称为化学吸附。此外, 依靠引力 (范德华力) 吸附气体分子, 称为物理吸附。根据物理化学原理, 金属表面所吸附的气体量, 由温度和压力决定。当温度恒定时, 决定于气体压力。弗伦德里希 (Freundlich) 根据大量的实验, 建立了吸附等温方程式:
式中, 为单位质量吸附的气体量;为经验常数;p为吸附平衡时气体的压力。
公式表明气体压力增大, 表面吸附量增加。
此外, 炉压增大, 意味着炉内氨气密度增大 (可由气体方程式推导出) 。气体密度增大, 可为表面吸附提供更多的机率。
2.2 提高炉压, 增加气体分子的动能
气体压强是分子碰撞力的宏观表现。由公式:可知, 压力p与分子的动能成正比关系。当炉压提高时, 氨气分子的动能大大提高, 对于克服金属表面的各种障碍和阻力大有帮助, 增加表面吸附量, 促进界面反应。
2.3 提高炉压可以提高界面反应速率
渗氮过程可看作是催化反应。假如反应机理是氨分子与金属表面相碰撞, 则反应速率与压力的关系为:
式中:N=6.023×1023;P为气体压力;R为气体常数;T为热力学温度;M为分子量;E为反应激活能。
由式 (2) 可知增高炉压, 可以提高界面反应速率和表层的氮化物量, 为扩散创造条件。
2.4 增高炉压可以提高渗氮气氛的活度
氨气在炉中的反应式为:
式中的Fe[N]为氮在铁中的固溶体。炉气中NN3、H2与固溶体中氮的活度αN之间存在着一定的关系:
氨气的分解是可逆反应。当压力增大时, NH3分解减少, NH3的分压PNH3增高, 所以αN也提高, 使渗氮活度增大。提高炉压, 氨分解率下降, 可以节约氨气达20%～30%。
2.5 提高炉压可以提高狭缝、深孔、盲孔、小孔等的渗氮能力
这些部位由于通气截面小, 气体流动受阻造成气体流速、流量减小, 靠近管壁附近的气体几乎不流动, 形成“粘滞流”。在管道中粘滞流的流量qv与气体的密度和压力梯度成正比:。当压力提高时, 气体密度提高, 压力梯度也大幅度提高, 从而促进这些部位氨气的流量增加, 提高渗氮能力。实践证明提高压力后, 这些部位渗层优良。
以上理论, 经生产实践验证是正确的。
3 提高气体渗氮炉渗氮速度的措施
3.1 内热式加热结构
目前国内的气体渗氮炉全是外热式加热结构, 即电加热元件在金属罐的外面, 零件装在罐内。电热元件首先将罐体加热到渗氮温度以上, 再由罐体的热能将罐内零件加热到渗氮温度。这种结构, 不仅热损失大, 而且热传导滞后, 控温困难, 使得升温慢, 降温也慢。
真空———高压渗氮炉, 采用内热式加热结构, 极大改善了升、降温慢的状态。控温灵敏度、准确度大幅度提高。
3.2 真空系统
配置真空系统有以下作用:一是预抽炉内的空气, 缩短通入氨气的时间, 防止零件氧化;二是真空状态下, 净化零件表面, 去除氧化膜层, 有利于吸附和界面反应;三是可以进行扩散处理, 减小高浓度表面层的脆性。
3.3 快冷系统
配置由通气回路, 热交换器和离心风机组成的风冷系统, 可以快速进行渗氮后的冷却, 提高渗层的性能, 减少渗层的脆性组织, 避免产生回火脆性现象。
3.4 高压充放气结构
目前国内气体渗氮炉压约为200mm水柱, 这主要是受炉体结构制约。真空———高压渗氮炉采用水冷炉壁, 按压力容器结构设计炉壳, 炉气压力可以达到0.01～1MPa, 比一般气体渗氮炉的炉压提高了50～500倍。炉体安装有可靠的充、放气控制系统。
3.5 脉动充气方式
按一定的周期, 使炉内气氛压力在一定范围内波动, 可以改善渗层质量。通过控制阀的充、放气达到这一目的。
通入炉中的氨气, 由液氨罐直接输入, 罐压保持在0.8～1.2MPa, 满足炉压0.1～1MPa的要求。
压力控制阀只有在炉内的氨气压力超过压力阀设定的上限时才开启, 一旦炉压低于控制值, 阀门立即关闭。因此, 不论炉子大小, 氨气消耗量都不大。由于排放量小, 热损失也不大。排出的气体通入水箱 (变成氨水) 后排出, 大大减小对环境的污染。
4 真空—高压渗氮炉的结构与用途
内热式结构如图2所示。
1.炉门2.加热室3.进气口4.炉壳5.风机6.风道7.排气口8.工件
加热室内有加热元件和测温元件。工件放在加热室中。炉壳按承受1MPa内压的压力容器制造, 使用压力在1MPa以下。风机、风道构成冷却系统。工件由炉外料车装卸。
该炉可用于渗氮、回火、低温退火。
5 高压渗氮的效果
(1) 渗速快。以38CrMoAl为例, 升、降温时间大大减少。保温期间的平均渗速可以达到0.03～0.04mm/h以上, 40Cr钢可以达到0.06～0.08mm/h以上。
(2) 硬度高。38CrMoAl可达HV1000;40Cr达到HV600以上
(3) 渗层均匀。小孔、深孔、盲孔均可得到均匀的渗层, 深度和硬度与外表面相差无几。
(4) 可将回火与渗氮合并进行, 因为有快冷系统, 完全消除了回火脆性和不良渗层组织。
(5) 操作方便。对装炉没有特殊要求, 可以堆放, 而渗层质量不受影响。
摘要：主要探讨了真空高压气体渗氮与普通气体渗氮的区别及真空高压渗氮炉的结构、性能。
关键词：气体高压渗氮,真空,氨气,氮化物
参考文献
[1]郭铮匀, 译.钢的氮化[M].北京:国防工业出版社, 1979:140, 142.
[2]翟宝隆.增压气体渗氮探讨[J].金属热处理, 1998 (8) :27-28.
高压真空断路器触头烧毁分析 篇6
6/10k V真空断路器已在安阳钢铁集团股份有限公司动力厂应用已近10年。重量轻,结构简单、良好的开断性能、较低的维护成本、较长的使用寿命等优点使其在动力厂旧变电站改造中得到更广泛的应用。动力厂西区变电站与KYN型开关柜配套使用的VS1-12型真空断路器,出现了两期触头烧毁的事故。现根据运行和维护的情况加以阐述。
1 触头结构
与KYN型开关柜配套使用的VS1-12型真空断路器触头是一种自动复位捆簧式梅花触头。它有一个动触头导电联接杆;在该导线联接杆的环形槽内有与之相接触的动触头触片,动触头触片内侧有一环形支架,外侧捆有紧固弹簧;动触头触片端部有一个与之相配合的静触头。所述的动触头触片与动触头导电联接杆的环形槽的接触处为外高、内低的不等高双圆弧形。优点在于,当静触头拔出后,动触头触片外高、内低的不等高双圆弧同时紧贴动触头导电联接杆的环形槽内,实现自动复位,确保手车式高压开关柜的安全运行。
而该型号的触头在2008年连续出现梅花触头载流故障,而引起弧光短路造成触头系统烧毁的事故。
2 原因分析
经查阅相关资料和分析认为:认为梅花触头载流故障主要有如下原因:
2.1 梅花触头或静触头或触臂选用材料导电率过低造成运行过程中发热量过大、温升过高所造成。
根据故障录波图可知发生故障时的电流为900A,而开关额定电流为1600A,即使导电材料的导电率只有32%,也不至于发生事故。因此认为本例事故应该不是此原因。
2.2 梅花触头外侧的紧固弹簧张紧力不够,造成接触电阻偏大,在运行中因承受过高的温升使弹簧特性变坏、使触头间的压力下降,接触电阻随着时间的推移而不断加大,接触不良的程度逐步加剧,以致在电流较大时过热起弧而烧毁。
本例事故也不太可能是这个原因,原因同“2.1”。
2.3 梅花触头外的弹簧热处理不过关,造成材料过脆,弹簧断裂,起弧而烧毁。
我们曾遇到过这样的梅花触头:货到开箱时弹簧已经断裂,本例事故就有可能是开关推入柜子后,由于弹簧断裂而造成的事故。事故后检查并未发现弹簧断裂,因此这起事故的起因也不太可能是这个原因。
2.4 梅花触头外的紧固弹簧选材不对,按要求该弹簧必须选用非导磁性材料制造,以避免在运行过程中,负荷电流在弹簧中产生涡流而发热,因发热造成弹簧逐渐退火,张紧力越来越小,接触电阻越来越大,由于接触电阻的变化累积效应,到一定程度便导致事故。
由于该事故是投运近一年后发生的,因此认为可能是这个原因造成的。为此对所发生事故和同批次的触头弹簧随着春季检修一一进行检查,结果发现紧固弹簧均能被磁铁吸引,均为导磁性材料制造。
3 解决方案及措施
3.1 订货方面
再订购此类型真空断路器时,在技术协议中均应加入“紧固弹簧必须选用非导磁性材料制造”这一要求,以避免类似事故的发生。
3.2 检修方面
3.2.1检修维护时,对紧固弹簧进行检查,对用导磁性材料制成的均更换为130M无磁弹簧,使得触头载荷后弹簧不会产生磁场,不会发热,不会断裂。
3.2.2检修维护时重视对触指和弹簧外观进行仔细的检查,对触指有烧灼痕迹及紧固弹簧有变形损伤现象的应及时予以更换。
3.2.3检修维护时测量每相主导电回路的电阻值。触头接触电阻与触头间的压力有关,在一定范围内,弹簧压力越大,接触电阻就越小,接触电阻越小正常运行时其性能就越稳定。
3.3 运行维护方面
3.3.1现有条件下,坚持用红外线测温仪定期测试各开关柜的柜面温度,并和同类型、同负荷的开关柜进行对比,发现异常,增加测温次数,若温度继续上升,而负荷变动不大,应立即申请停电检修,通过测诊检断后,及时查出热源的发源地进行相应处理,避免再次造成触头烧毁事故。
3.3.2金属铠装全封闭高压开关柜在运行时,触头、母线、电流互感器、柜体等构成了多个热源,高压开关柜及内部各部件又构成了复杂的热阻网络。仅通过用红外线测温仪定期测试各开关柜的柜面温度,并不能反映触头的实实时运行状态,更不能准确测得触头的运行温度,更不能及时准确判断热源的发源地。因此应尽快上马触头在线测温装置,以在线保健、体检真空断路器,以设备在线状态为主,努力使所监测的数据更真实地反映设备实时运行善状况,及时提供断路器的运行情况,及早发现事故隐患,以有效地减少事故停电时间,避免不必要的经济损失,从而做好电气设备的“医生”,为电气设备的健康而服务。
结束语
发现问题、研究问题、逐步解决问题,不断增加技术积累。探索、总结,不断创新,使电气设备始终处于良好的运行状态。为安全优质供电作出贡献。
摘要：通过对高压真空断路器存在问题的分析,找出了原因,提出了解决问题的方法,保证了高压真空断路器的安全可靠运行。
关键词：高压真空断路器,问题,对策
参考文献
[1]编委会.高压开关柜安装、调试、运行与维护手册[M].北京:中国电力出版社,2005.