Нагрузка и количество циклов переключения
Срок службы распределительных устройств в основном зависит от размера нагрузки и количества циклов переключения. Вместо временного интервала, с электромеханической коммутационной аппаратурой обычно делается ссылка на количество операций, так как старение в основном зависит от напряжения во время переключения и меньше от включения и выключения между ними.
Как предсказать срок службы распределительного устройства? (фото Милоша Дисковича)
Максимальное количество операций определяется износом сильно нагруженных компонентов в:
- Контакторы,
- Выключатели нагрузки и
- Автоматические выключатели, особенно контактной системы.
Для распределительного устройства, механические и электрические периоды жизни определяются отдельно. Механический срок службы определяет количество возможных операций без электрической нагрузки, тогда как срок службы электрической энергии определяет количество операций для определенного размера электрической нагрузки и определенной категории использования.
В электронных устройствах срок службы обычно меньше зависит от количества операций, а от рабочей температуры. Так, например, электролитические конденсаторы (например, используемые в силовых адаптерах) возрастают быстрее при более высоких температурах.
Поэтому рекомендуется устанавливать электронные устройства в более холодных частях распределительных шкафов.
Старение также является проблемой с предохранителями, особенно в контексте переключения двигателей.
Полнодиапазонные предохранители (gL, gG) имеют паяное соединение для отключения в диапазоне максимального тока, которое может возрасти, например, для повторного кратковременного плавления. При использовании их с двигателями с высокими стартовыми токами, которые должны быть установлены, необходимо обеспечить, чтобы пусковой ток не повышал температуру этого паяного соединения до определенного предела.
Изготовители предохранителей предоставляют информацию о наименьших предохранителях, которые могут быть выбраны в отношении заданных токов двигателя и времени запуска.
Перспективный срок службы
Предполагаемый срок службы распределительного устройства - это количество лет, месяцев или недель, которое оно должно выполнить в предусмотренных условиях эксплуатации в 1-, 2- или 3-сменном режиме без замены запасных частей. Это зависит от частоты работы и общего количества отдельных операций переключения.
Для последнего в дополнение к механическому также должен быть выбран электрический срок службы устройств.
Необходимые параметры могут быть определены с помощью приведенных ниже формул:
n tot = f s xh D xd Y xn Y
n Y = n tot / (f s xh D xd Y)
f s = n tot / (n Y xh D xd Y)
n tot - Общее количество операций (продолжительность жизни)
f s - Переключение в час
ч D - Время работы в день
d Y - Рабочие дни в году
n Y - Количество лет (срок службы)
Механический срок службы
Механический срок службы распределительного устройства - это общее количество возможных операций переключения без нагрузки электрического переключателя. Это зависит от дизайна, перемещения масс, сил и ускорений.
Переключатели большой нагрузки и автоматические выключатели работают с высокими контактными силами и большими массами и, следовательно, имеют сравнительно короткий срок службы.
С другой стороны, контакторы работают с относительно небольшими контактными силами и, таким образом, достигают более длинных периодов механической прочности.
После истечения механического срока службы устройства необходимо заменить. Эта продолжительность жизни редко достигается в течение предполагаемого срока службы. В некоторых случаях, когда необходимо использовать весь механический срок службы, следует обеспечить, чтобы он не уменьшался при неблагоприятных внешних условиях, монтажном положении и - в контакторах корпуса - чрезмерным управляющим напряжением.
Электрический срок службы
Электрический срок службы распределительного устройства - это количество возможных переключений в рабочих условиях. После того, как это число будет достигнуто, подлежащие износу детали должны быть по возможности заменены. При использовании небольших устройств необходимо заменить все устройство.
В зависимости от применения загрузка и возникающая эрозия контактов сильно различаются.
На это влияют следующие условия, при которых первое упоминание играет доминирующую роль:
- Разрывный ток
- Выполнение текущих
- напряжение
- Коэффициент мощности cos φ с переменным током
- Постоянная времени τ с постоянным током
- Частота работы
- Неисправности в установке и на других устройствах (контактная болтовня)
- Условия окружающей среды (климат, температура, вибрации)
Обычно срок службы электрической энергии, определенный в условиях испытаний, представлен на диаграммах в зависимости от номинального рабочего тока. Эти значения обычно могут использоваться без колебаний при выборе контактора. В практической работе нагрузки обычно ниже, так как работающий двигатель обычно несет ток, который ниже номинального рабочего тока. В случае более продолжительной работы, пусковой ток уже несколько снизился к моменту отключения двигателя.
Обычно это компенсирует эффект любых пренебрегаемых неблагоприятных условий.
Для наиболее распространенных применений контакторов срок службы электрической энергии представлен в документации по продукту с различными диаграммами:
-
AC-1 Неиндуктивные или слабоиндуктивные нагрузки, например, резисторные печи
(малый ток и cos φ выше, чем при AC-3, однако полное повторное напряжение при выключении)
-
AC-3 Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором: запуск, выключение двигателей во время работы
(высокий ток, нарушение номинального тока двигателя)
- AC-2 Слайдерные двигатели: запуск, выключение
- AC-4 Двигатели с короткозамкнутым ротором: пуск, забивание, инжекция (высокий выход и ток отключения при полном напряжении)
-
Смешанное обслуживание моторов скольжения, например
- AC-3 90%
- AC-4 10%
С кривыми Рисунок 1 для AC-3 и Рисунок 2 для AC-4 можно определить ожидаемый срок службы для конкретных приложений.
Эти кривые также могут быть использованы для определения срока службы электрооборудования для любого применения (например, двигатели для бега трусцой с очень высоким или особенно низким пусковым током и любым смешанным сервисом).
Рисунок 1 - Пример схемы для определения продолжительности жизни контакторов в зависимости от номинального рабочего тока Ie для категории использования AC-3
Диаграмма применяется до 460 В, 50/60 Гц.
Пример 1
Задний план:
Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором 7, 5 кВт, 400 В, 15, 5 А, AC-3 (отключается только при работе), рабочий цикл 2 минуты ВКЛ / 2 минуты ВЫКЛ, 3-сменная работа, ожидаемый срок службы 8 лет.
Задача:
Выбор контактора
Решение:
2 мин ВКЛ + 2 мин ВЫКЛ = 15 операций переключения / ч. Это приводит к 3-сменной работе в течение 8 лет в около 1 миллиона операций переключения.
Из диаграммы На рис. 1 приведены значения номинального рабочего тока 15, 5 А и 1 млн. Требуемых операций переключения контактора С16 (срок службы электрической сети составляет около 1, 3 млн переключений).
Рисунок 2 - Пример диаграммы для определения продолжительности жизни контакторов в зависимости от номинального рабочего тока Ie для категории использования AC-4
Диаграмма распространяется на Ue = 690 В, 50/60 Гц.
Пример 2
Задний план:
Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором 15 кВт, 400 В, 29 А, забивание, отключение ротора в состоянии покоя при IA = 6. То есть ожидаемый срок службы = 0, 2 миллиона операций переключения.
Задача:
Рейтинг пусковых и тормозных контакторов.
Решение:
Пусковой контактор (только для схемы) выбирается в соответствии с максимально допустимой номинальной мощностью при AC-3 (см. Рис. 1): C30.
Контактор тормоза выбирается в соответствии с максимально допустимой номинальной рабочей мощностью при AC-4 и 0, 2 миллиона операций переключения согласно схеме Рисунок 2 - C72.
Для смешанного обслуживания, то есть обслуживания контактора с AC-3 и AC-4 переключениями, продолжительность жизни зависит от суммы нагрузок. В каталогах приведены диаграммы для определенных% -тр операций AC-4, например 10%. Электронная документация RALVET доступна для определения продолжительности жизни для других процентных ставок или прямых запросов.
Если на практике срок службы электроэнергии был значительно короче, чем хотелось бы, существует несколько возможных причин и объяснений:
- Больше операций переключения, чем ожидалось, например, управляется чрезвычайно чувствительным контроллером.
- Более частый ход, чем ожидалось, например, неквалифицированная операция.
- Допустимая частота работы превышена, например, болтающиеся контакты
- Короткие замыкания, например, пауза переключения слишком короткая для реверсирования или пускателей звезда-треугольник.
-
Синхронизация с напряжением питания. Полупроводники в качестве контроллеров могли, например, всегда отключаться под одним и тем же фазовым углом и действовать в одном и том же направлении тока
(приводит к миграции одностороннего материала на контакты, как при прямом регулировании тока).
Оценка контактов
В связи с продолжительностью жизни, часто возникает вопрос об оценке контактов после определенного периода обслуживания для обеспечения бесперебойной работы. Как минимум, с большими контакторами контакты могут быть проверены.
Уже после первых нескольких операций переключения на контактной поверхности имеются явные признаки выгорания. После относительно небольшого числа переключений вся поверхность контакта становится шероховатой и черновой. Черные отложения и следы выгорания дуги видны на окружающих компонентах. Загрязненные края и потеря контактного материала в сторону дугогасительной камеры также являются нормальными.
Окончание срока службы контактов действительно достигается, когда большие участки контактного покрытия обломаются или существует опасность контакта, касающегося материала подложки.
Нижеследующие цифры предназначены для помощи в оценке контактов.
Рисунок 3 - Контакты силового контактора на разных этапах срока службы с нагрузкой AC-3
Рисунок 3 слева - Контакты в новом состоянии
Рисунок 3 центр - Контакты после ок. 75% электрической продолжительности жизни; Материал контакта частично разрушен; контакты остаются работоспособными
Рисунок 3 справа - Контакты в конце срока их службы; Материал субстрата видимый, материал контакта размывается до основания; дальнейшее использование приведет к контактной сварке и чрезмерному повышению температуры.
Изображения справа показывают состояние контакта в длинном разделе. Изображения различных фаз жизненного цикла происходят из разных контактов, так как контакты больше не могут использоваться после того, как разрез был разрезан.
Ресурс: Аллен Брэдли - Низковольтное распределительное устройство и контрольное устройство