Устройство для контроля состояния автоматических выключателей нагрузок системы бесперебойного питания постоянного тока

Устройство для контроля состояния автоматических выключателей нагрузок системы бесперебойного питания постоянного тока

Полезная модель относятся к электротехнике и предназначена для контроля состояния автоматических выключателей нагрузок системы бесперебойного питания постоянного тока. Технический результат полезной модели заключается в создании простого и надежного устройства контроля.

Устройство контроля состояния автоматических выключателей нагрузок системы бесперебойного питания постоянного тока содержит состоящий из двух резисторов делитель напряжения, вход которого предназначен для подключения к контактам выключателя, оптоэлектронную пару, светодиод которой подключен к источнику питания через последовательно соединенные резистор и силовую цепь транзисторного ключевого элемента, к управляющему входу которого подключены параллельно соединенные конденсатор и резистор делителя напряжения, к среднему выводу делителя напряжения подключены первые выводы дополнительных резисторов, вторые выводы которых служат для подключения к контактам соответствующих автоматических выключателей, соединенным с нагрузками, выход фототранзистора оптоэлектронной пары является выходом устройства.

Полезная модель относятся к электротехнике, и может быть использована для контроля состояния автоматических выключателей нагрузок системы бесперебойного питания постоянного тока.

Известное устройство для контроля выключателей нагрузок, принятое в качестве прототипа, содержит шунт в цепи выключателя и индикатор на выходе, а также делитель напряжения, включенный параллельно контактам выключателя и микропроцессорную систему записи и обработки информации. Это устройство обеспечивает текущий контроль за остаточным ресурсом выключателей по износу контактов, а также графоаналитическую информацию о протекании каждого состоявшегося процесса отключения. Для этого в течение всего времени работы выключателя проводится запись текущих значений тока, проходящего через выключатель, и напряжения на его контактах, но на каждый текущий момент времени t сохраняют запись только за предшествующие T1c и так продолжают до тех пор, пока напряжение на контактах выключателя не превысит некоторого порогового значения U_пор, при условии, что ток, проходящий через выключатель, также не ниже порогового I_пор, после чего запись за предшествующие T1c полностью сохраняют, но дополнительно записывают значения тока, прошедшего через выключатель, и напряжение на его контактах Т2 с и эту информацию также сохраняют, далее вычисляют остаточный ресурс выключателя по износу контактов, после чего процесс записи начинают вновь, т.е. опять переходят к записи и сохранению информации за время T1c и продолжают до тех пор, пока не будет завершена запись М процессов, после чего меняют носитель записанной информации. Для визуального контроля за ходом любого из М записанных процессов отключения выключателя записанную информацию обрабатывают на ПЭМ и представляют в виде графика процесса отключения, в котором за время T1c воспроизводится предаварийный процесс и часть процесса отключения до размыкания контактов выключателя, а в течение времени Т2 — оставшуюся часть

аварийного процесса до погасания дуги и часть послеаварийного процесса (RU93011320, B61L 3/04, 27.08.95).

Недостатком известного устройства является его относительная сложность, обусловленная наличием средств, которые помимо контроля состояния выключателей нагрузок осуществляют в течение всего времени работы выключателя запись текущих значений тока, проходящего через выключатель, и напряжения на его контактах, а также на каждый текущий момент времени сохраняют запись.

Технический результат полезной модели заключается в создании простого и надежного устройства контроля состояния автоматических выключателей нагрузок для систем бесперебойного питания постоянного тока.

Технический результат достигается тем, что в устройство для контроля состояния автоматических выключателей нагрузок системы бесперебойного питания постоянного тока содержащем делитель напряжения, вход которого предназначен для подключения к контактам выключателя, согласно предложению введены транзисторный ключевой элемент, оптоэлектронная пара, светодиод которой подключен к источнику питания через последовательно соединенные резистор и силовую цепь транзисторного ключевого элемента, к управляющему входу которого подключены параллельно соединенные конденсатор и одно из плеч делителя напряжения, к среднему выводу которого подключены первые выводы дополнительных резисторов, вторые выводы которых служат для подключения к контактам соответствующих выключателей, соединенным с нагрузками, выход фототранзистора оптоэлектронной пары является выходом устройства.

Техническое решение с вышеперечисленной совокупностью признаков позволяет с помощью простых и надежных средств осуществлять контроль состояния автоматических выключателей нагрузок.

На чертеже приведена принципиальная электрическая схема устройства для контроля состояния автоматических выключателей нагрузок системы бесперебойного питания постоянного тока.

Устройство для контроля состояния автоматических выключателей нагрузок системы бесперебойного питания постоянного тока содержит состоящий из резисторов 1 и 2 делитель напряжения, вход которого предназначен для

подключения к контактам выключателя 3, транзисторный ключевой элемент 4, оптоэлектронная пара 5, светодиод которой подключен к источнику питания через последовательно соединенные резистор 6 и силовую цепь транзисторного ключевого элемента 4, к управляющему входу которого подключены параллельно соединенные конденсатор 7 и резистор 1 делителя напряжения, к среднему выводу делителя напряжения (к точке соединения резисторов 1 и 2) подключены первые выводы дополнительных резисторов, вторые выводы которых служат для подключения к контактам соответствующих автоматических выключателей, соединенным с нагрузками (на чертеже показан один дополнительный резистор 8, соединенный с делителем напряжения и автоматическим выключателем 9), выход фототранзистора оптоэлектронной пары является выходом устройства.

Устройство для контроля состояния автоматических выключателей нагрузок системы бесперебойного питания постоянного тока работает следующим образом.

Транзисторный ключевой элемент 4, выполняющий функции ключа, подключает к источнику питания или отключает от него оптоэлектронную пару 5, обеспечивая тем самым протекание или прерывание тока через светодиод оптоэлектронной пары 5. Протекание тока через светодиод оптоэлектронной пары 5 (открытое состояние транзисторного ключевого элемента 4) вызывает появление сигнала на выходе фототранзистора оптоэлектронной пары 5, что соответствует выдаче контрольного (аварийного) сигнала во внешнюю цепь.

Применительно к состоянию автоматического выключателя 3 (9) и наличию подключенной нагрузки возможны четыре варианта:

Транзисторный ключевой элемент 4 открыт только в одном случае, когда нагрузка 10 подключена, но автоматический выключатель 3 отключен, поскольку только в этом случае ток, протекающий через сопротивления нагрузки и делителя напряжения, создает на резисторе 1 напряжение смещения, под действием которого транзисторный ключевой элемент 4 переходит в отрытое состояние.

Во всех остальных случаях транзисторный ключевой элемент 4 закрыт, поскольку при отсутствии нагрузки 10 и включенном или выключенном автоматическом выключателе 3 прерывается указанный выше ток через резистор 1, что приводит к снятию напряжения смещения, отсутствие которого переводит транзисторный ключевой элемент 4 в закрытое состояние. При наличии нагрузки 10 и включенном автоматическом выключателе 3 ток через резистор 1 шунтируется выключателем 3, что также приводит к снятию напряжения смещения и переводу транзисторного ключевого элемента 4 в закрытое состояние.

Конденсатор 7 исключает влияние импульсных помех на состояние транзистора 4 и снижает вероятность выдачи ложного контрольного (аварийного) сигнала во внешнюю цепь.

Описанный выше алгоритм работы устройства контроля обеспечивает требуемую функциональность полезной модели т.к., в системе бесперебойного питания постоянного тока необходимо контролировать санкционированное положение выключателя 3 (9) нагрузки 10 (11) только при ее наличии. При отсутствии нагрузки положение автоматического выключателя не влияет на функциональные свойства полезной модели и выдача аварийного сигнала нецелесообразна. При наличии нагрузки и включенном состоянии автоматического выключателя предлагаемое устройство контроля выполняет свою функцию и соответственно выдача аварийного сигнала не происходит.

Устройство контроля было испытано в диапазоне напряжений нагрузки от 20 В до 75 В. Устройство может быть легко реализовано как для схемы нагрузки с «общим минусом», так и для схемы нагрузки с «общим плюсом», причем устройство может быть рассчитано и для иного диапазона напряжений на нагрузке.

Устройство для контроля состояния автоматических выключателей нагрузок системы бесперебойного питания постоянного тока, содержащее делитель напряжения, вход которого предназначен для подключения к контактам выключателя, отличающееся тем, что в него введены транзисторный ключевой элемент, оптоэлектронная пара, светодиод которой подключен к источнику питания через последовательно соединенные резистор и силовую цепь транзисторного ключевого элемента, к управляющему входу которого подключены параллельно соединенные конденсатор и один из резисторов делителя напряжения, к среднему выводу которого подключены первые выводы дополнительных резисторов, вторые выводы которых служат для подключения к контактам соответствующих выключателей, соединенных с нагрузками, выход фототранзистора оптоэлектронной пары является выходом устройства.

Правила технического обслуживания устройств релейной защиты и электроавтоматики электрических сетей 0,4-35 кВ – РТС-тендер

Область и условия применения: Настоящие Правила обязательны для работников, занимающихся наладкой и эксплуатацией устройств релейной защиты и электроавтоматики (РЗА) электрических сетей 0,4 — 35 кВ в энергосистемах Российской Федерации. Правила определяют виды, периодичность, программы и объемы технического обслуживания устройств РЗА, трансформаторов тока и напряжения, блоков питания и других устройств РЗА, используемых в электрических сетях 0,4 — 35 кВ.

Опубликован: СПО ОРГРЭС № 2000

Утверждён в: РАО «ЕЭС России» (20.12.2000)

РОССИЙСКОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО ЭНЕРГЕТИКИ
И ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ « ЕЭС РОССИИ »

ДЕПАРТАМЕНТ НАУЧНО — ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ И РАЗВИТИЯ

ПРАВИЛА
ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ
УСТРОЙСТВ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ
И ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКИ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ 0,4 — 35 кВ

РД 153-34.3-35.613-00

3- е издание , переработанное и дополненное

Москва 2000

Разработано Открытым акционерным обществом «Фирма по наладке, совершенствованию технологии и эксплуатации электростанций и сетей ОРГРЭС»

Исполнители А.П. КУЗНЕЦОВ, Ф.Д. КУЗНЕЦОВ

Утверждено Департаментом научно-технической политики и развития РАО «ЕЭС России» 20.12.2000

Первый заместитель начальника А.П. ЛИВИНСКИЙ

ПРАВИЛА ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ УСТРОЙСТВ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ И ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ 0,4 — 35 кВ

РД 153-34.3-35.613-00

Вводится в действие

Настоящие Правила обязательны для работников, занимающихся наладкой и эксплуатацией устройств релейной защиты и электроавтоматики (РЗА) электрических сетей 0,4 — 35 кВ в энергосистемах Российской Федерации.

Правила определяют виды, периодичность, программы и объемы технического обслуживания устройств РЗА, трансформаторов тока и напряжения, блоков питания и других устройств РЗА, используемых в электрических сетях 0,4 — 35 кВ.

С выходом настоящих Правил ранее действующие «Правила технического обслуживания устройств релейной защиты и электроавтоматики электрических сетей 0,4 — 35 кВ: РД 34.35.613-89» (М.: СПО Союзтехэнерго, 1989) считаются утратившими силу.

1 . ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1 . Правила определяют виды, периодичность, программы и объемы технического обслуживания всех устройств РЗА, трансформаторов тока и напряжения, блоков питания и других узлов устройств РЗА, используемых в электрических сетях 0,4 — 35 кВ.

1.2 . При составлении Правил были использованы [ 1 ], [ 5 ], [ 6 ], [ 30 ] действующие методические указания по техническому обслуживанию и инструкции по эксплуатации устройств РЗА, учтены предложения энергосистем, наладочных организаций и заводов-изготовителей.

1.3 . Правилами предусматривается увеличение продолжительности цикла технического обслуживания и сокращение объемов эксплуатационных проверок устройств РЗА в сетях 0,4 — 35 кВ.

1.4 . Методика проверок и испытаний конкретных устройств РЗА приведена в соответствующих инструкциях и методических указаниях, которыми следует пользоваться при проведении технического обслуживания.

2 . СИСТЕМА ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ УСТРОЙСТВ РЗА

2.1 . Основные понятия и термины в области надежности устройств РЗА

2.1.1 . Надежностью называется свойство устройства сохранять во времени в установленных пределах значения параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования.

2.1.2 . Работоспособным состоянием называется такое состояние устройств, при котором значения параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативно-технической и конструкторской документации.

2.1.3 . Отказом называется нарушение работоспособного состояния устройства. Имеются характерные виды отказов, отличающиеся:

по возможности прогнозирования наступления отказа — постепенные и внезапные отказы;

по времени возникновения отказа — приработочные отказы, отказы периода нормальной эксплуатации и деградационные отказы.

При этом отказы могут быть как постепенные, так и внезапные.

Постепенные отказы происходят в результате изменения одного или нескольких параметров устройства или состояния его элементов из-за различных физических и химических процессов, возникающих вследствие продолжительной эксплуатации.

В устройствах РЗА к этим процессам относятся: запыление внутренних деталей реле и устройств, образование нагара и раковин на контактах, разрегулировка механической части реле, ослабление винтовых контактных соединений, снижение сопротивления изоляции, изменение характеристик устройства или его отдельных элементов. При проведении своевременных профилактических мероприятий указанные изменения параметров или состояния устройства и его элементов могут быть обнаружены методами контроля и диагностики, а возможные отказы предотвращены регулировкой, заменой или восстановлением элементов.

Внезапные отказы характеризуются скачкообразным изменением значений одного или нескольких параметров устройства. Причинами внезапных отказов являются физические и химические процессы, протекающие во времени достаточно медленно.

Приработочные отказы происходят в начальный период эксплуатации, вызываются в основном недостатками технологии производства и недостаточным контролем качества комплектующих элементов устройств при изготовлении. Для устройств РЗА причинами приработочных отказов могут быть также ошибки при монтаже и наладке, некачественное проведение наладки.

Отказы периода нормальной эксплуатации происходят после окончания периода приработки, но до наступления периода деградационных отказов. Это наиболее длительный период общего времени эксплуатации, в котором количество отказов примерно постоянно и имеет наименьшее значение.

Деградационные отказы вызываются естественными процессами старения, изнашивания и коррозии при соблюдении установленных правил, норм проектирования, изготовления и эксплуатации. Эти отказы происходят, когда устройство в целом или его отдельные элементы приближаются к предельному состоянию по условиям старения или износа в конце полного или межремонтного срока службы. При пра вильной организации технического обслуживания эти отказы могут быть предотвращены своевременной заменой или восстановлением элементов. При этом период замены должен быть меньше среднего времени износа элемента. Если своевременная замена не производится, то количество деградационных отказов возрастает.

2.1.4 . Приработочные отказы, отказы периода нормальной эксплуатации и деградационные отказы являются случайными событиями, но подчиняются общим закономерностям.

2.1.5 . Необходимо различать отказ устройства защиты как событие утраты работоспособности и отказ функционирования как событие невыполнения заданной функции при возникновении соответствующего требования.

2.2 . Виды технического обслуживания устройств РЗА

2.2.1 . Период эксплуатации устройства или срок его службы до списания определяется износом устройства до такого состояния, когда восстановление его становится нерентабельным.

В срок службы устройства, начиная с проверки при новом включении, входит, как правило, несколько межремонтных периодов, каждый из которых может быть подразделен на характерные с точки зрения надежности этапы: период приработки и период нормальной эксплуатации.

Устанавливаются следующие виды технического обслуживания устройств РЗА электрических сетей 0,4 — 35 кВ:

проверка при новом включении (наладка);

первый профилактический контроль;

профилактическое восстановление (ремонт);

опробование (тестовый контроль);

Кроме того, в процессе эксплуатации может проводиться внеочередная или послеаварийная проверка.

2.2.2 . Проверку (наладку) устройств РЗА при новом включении следует проводить при вводе в работу вновь смонтированного, отдельного присоединения или при реконструкции устройств РЗА на действующем объекте. Это необходимо для оценки исправности аппаратуры и вторичных цепей, правильности схем соединений, регулировки реле, проверки работоспособности устройств РЗА в целом. Проверка при новом включении должна выполняться персоналом МС РЗА или специализированной наладочной организацией.

Если проверка при новом включении проводилась сторонней наладочной организацией, то включение новых и реконструированных устройств производится после приемки их службой РЗА.

2.2.3 . Профилактический контроль устройств РЗА проводится в целях выявления и устранения возникающих в процессе эксплуатации возможных неисправностей его элементов, способных вызвать излишние срабатывания или отказы срабатывания устройств РЗА.

Первый после включения устройства РЗА в эксплуатацию профилактический контроль выполняется главным образом в целях выявления и устранения приработочных отказов, возникающих в начальный период эксплуатации.

2.2.4 . Профилактическое восстановление производится в целях проверки исправности аппаратуры и цепей, соответствия уставок и характеристик реле заданным, восстановления износившейся аппаратуры и ее частей, проверки устройства РЗА в целом.

Профилактическое восстановление производится также в целях восстановления отдельных менее надежных (имеющих малый ресурс или большую скорость выработки ресурсов) элементов устройств: реле РТ-80, РТ-90, ИТ-80, ИТ-90, ЭТ-500, ЭН-500, ЭВ-100, ЭВ-200, РТВ, РВМ, РП-341 и т.д. В зависимости от условий внешней среды и состояния аппаратуры объем частичного восстановления устройств РЗА, расположенных в шкафах наружной установки, может быть расширен.

2.2.5 . Опробование производится в целях проверки работоспособности устройств РЗА.

Опробование может производиться с помощью встроенных элементов опробования либо имитацией срабатывания пусковых органов устройств РЗА.

Тестовый контроль проводится для устройств, имеющих встроенные средства ручного тестового контроля.

2.2.6 . Необходимость и периодичность проведения опробований или тестового контроля определяются местными условиями и утверждаются главным инженером предприятия.

2.2.7 . Правильное действие устройств РЗА в течение 6 мес до срока опробования приравнивается к опробованию.

2.2.8 . Внеочередная проверка проводится при частичных изменениях схем или реконструкции устройств РЗА, при необходимости изменения уставок или характеристик реле и устройств, а также для устранения недостатков, обнаруженных при проведении опробования.

2.2.9 . Послеаварийная проверка выполняется для выяснения причин отказов функционирования или неясных действий устройств РЗА. Внеочередная и послеаварийная проверки проводятся по программам, составленным МС РЗА, утвержденным главным инженером предприятия.

2.2.10 . Периодические технические осмотры проводятся в целях проверки состояния аппаратуры и цепей РЗА, а также соответствия положения накладок и переключающих устройств режиму работы оборудования.

2.2.11 . Программы и объемы работ при техническом обслуживании приведены в разд. 3 и 4 .

2.3 . Периодичность технического обслуживания устройств РЗА

2.3.1 . Для устройств РЗА цикл технического обслуживания устанавливается от трех до двенадцати лет.

Под циклом технического обслуживания понимается период эксплуатации устройства между двумя ближайшими профилактическими восстановлениями, в течение которого выполняются в определенной последовательности установленные виды технического обслуживания, предусмотренные настоящими Правилами.

2.3.2 . По степени воздействия различных факторов внешней среды на аппараты в электрических сетях 0,4 — 35 кВ могут быть выделены две категории помещений.

К I категории относятся закрытые, сухие отапливаемые помещения.

Ко II категории относятся помещения с большим диапазоном колебаний температуры окружающего воздуха, в которых имеется сравнительно свободный доступ наружного воздуха (металлические помещения, ячейки типа КРУН, комплектные трансформаторные подстанции и др.), а также помещения, находящиеся в районах с повышенной агрессивностью среды.

2.3.3 . Цикл технического обслуживания для устройств РЗА, установленных в помещениях I категории, принимается равным 12, 8 или 6 годам, а для устройств РЗА, установленных в помещениях II категории, принимается равным 6 или 3 годам в зависимости от типа устройств РЗА и местных условий, влияющих на ускорение износа устройств (см. таблицу). Цикл обслуживания для устройств РЗА устанавливается распоряжением главного инженера предприятия.

Периодичность проведения технического обслуживания устройств РЗА электрических сетей 0 ,4 — 35 кВ

Контроль состояния автоматических выключателей

Коммутационное оборудование

Современные методы диагностики электрооборудования призваны решить задачу предотвращения аварий. Зачастую промышленные предприятия несут серьезные финансовые потери не столько из-за повреждения самого электрооборудования или затрат на восстановление электроснабжения, сколько вследствие простоя основных технологических цепочек.
Контроль температуры главных контактов – шаг вперед в направлении мониторинга текущего состояния автоматических выключателей, основного элемента распределительных устройств напряжением 0,4 кВ, обеспечивающих питание более 90% нагрузки на любом промышленном предприятии.

Алексей Пищур,
к.т.н., генеральный директор

Сергей Ефимовых,
инженер

МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ГЛАВНЫХ КОНТАКТОВ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ

Главные токоведущие проводники электрооборудования, в том числе выключателей, могут перегреваться в любой электроустановке, особенно в местах контактных соединений. Эта ситуация требует особого внимания как с точки зрения пожаробезопасности и сохранности оборудования, так и с точки зрения безопасности обслуживающего персонала.

ПРИЧИНЫ ПЕРЕГРЕВА КОНТАКТОВ

Среди основных причин перегрева можно выделить повышенное переходное сопротивление вследствие плохого контактного соединения. Точки нагрева могут возникнуть из-за неплотного соединения, окисления или коррозии, неисправности компонентов. Такими точками чаще всего являются разъемные и неразъемные контактные соединения, зажимы в токопроводе, главные токоведущие контакты в коммутационных электроаппаратах, точки болтового присоединения главных шин к выключателю.

Влияние перечисленных факторов на нагрев токоведущих частей можно оценить, рассмотрев процесс нагрева токопровода с точки зрения параметра превышения температуры токопровода Δ T :

, (1)

где P – мощность тепловых потерь в токопроводе;
К Т – коэффициент теплоотдачи токопровода;
S 0 – поверхность охлаждения;
с – удельная теплоемкость материала токопровода;
m – масса токопровода;
t – время от начала процесса нагрева (от момента, когда температура токопровода равна температуре среды);
T 0 – превышение температуры токопровода к началу процесса нагрева.

В свою очередь мощность тепловых потерь в токопроводе определяется формулой:

, (2)

где I 2 – ток, протекающий по проводнику;
ρ – удельное сопротивление материала проводника;
l – длина проводника;
q – сечение проводника;
К Д – коэффициент дополнительных потерь, учитывающий явление поверхностного эффекта и эффекта близости.

Из (2) следует, что большое влияние на мощность тепловых потерь оказывает активное сопротивление, которое выражено через соотношение удельного сопротивления, длины и сечения R = ρ · l / q.

Нужно учитывать, что величина параметра q значительно уменьшается в случае неплотного прилегания контактных поверхностей из-за недостаточного усилия затяжки или наличия пленки окисла в месте соединения. Это объясняется тем, что поверхности контактного соединения не идеально ровные и ток проходит через множество точек (рис. 1). Зависимость активного сопротивления такого контактного соединения можно выразить следующим образом:

, (3)

где a – радиус контактной площадки;
n – количество контактных площадок.

Рис. 1. Точечные контакты на поверхности контактного соединения

Количество и площадь контактных площадок зависят от усилия нажатия одной поверхности на другую и от отсутствия на них окислов, мешающих прохождению тока.

Вернувшись к (1) и проанализировав влияние качества контакта токопроводящих поверхностей на его активное сопротивление, мы увидим, что Δ T зависит от выделяемой активной мощности, а мощность в свою очередь – от активного сопротивления контактного соединения и квадрата силы тока, протекающего в этом соединении.

ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ИЗОЛЯЦИЮ

Одна из важнейших причин, по которым требуется постоянный контроль температуры токоведущих частей электроаппарата, – старение изоляционных материалов под воздействием повышенной температуры.

Соответствие изоляционного материала классу нагревостойкости (нормируется ГОСТ 10518-88) обеспечивает сохранение его свойств, а значит, защиту персонала от поражения током и безаварийную работу электрооборудования. Превышение допустимой рабочей температуры изоляционного материала неизбежно приводит к ускоренной потере его изоляционных свойств.

Зависимость гарантированного срока сохранения свойств изоляционных материалов от температуры характеризуют графики термического старения (ГОСТ 10518-88, Приложение 3). Например, у изоляции класса В (130 °С) превышение температуры всего на 10 °С сокращает изоляционный ресурс работы на 8000 часов.

Существуют нормы допустимого превышения температуры главных токоведущих цепей. Так, для главных выводов электроаппаратов превышение температуры не может составлять более 80 °С (ГОСТ 50030.2-99, п. 7.2.2.1), а сама температура не должна превышать максимально допустимую рабочую по классу нагревостойкости изоляционных материалов, находящихся в непосредственном контакте или близости с этими токоведущими частями.

Ненадежное контактное соединение может стать причиной серьезной аварии. Например, секция низковольтного распределительного устройства может выгореть полностью из-за плохого контакта болтового соединения токоведущей шины с главным выводом выключателя (рис. 2). В данной ситуации локальный перегрев болтового соединения привел к нагреву всей токоведущей части, разрушению фазной изоляции и в определенный момент к межфазному короткому замыканию (КЗ).

Рис. 2. Выключатель, поврежденный в результате длительного перегрева

ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ГЛАВНЫЕ КОНТАКТЫ

Локальный перегрев контактного соединения в главных цепях приводит не только к старению изоляции, но и к передаче тепла к главным контактам коммутационного аппарата. Контактная система современных аппаратов, сосредоточенная в замкнутом пространстве, более всего подвержена воздействию температуры. В то же время она является основным узлом, которому угрожает опасность выхода из строя вследствие перегрева.

При этом защитные функции коммутационных аппаратов зачастую ограничиваются контролем тока главной цепи и на основе этого параметра осуществляют защиту от перегрева. В некоторых случаях такой защиты недостаточно.

Например, нагрузка на главные токоведущие шины может не превышать 70% номинальной, но при неплотном контактном соединении даже такой ток будет вызывать локальный перегрев. Если данный узел находится вблизи защитного коммутационного аппарата, то тепло будет передаваться по шинам к его главным контактам. Такой перегрев не может быть зафиксирован типовым воздушным автоматическим выключателем со встроенными токовыми датчиками, с помощью которых электронные блоки защиты анализируют параметры тока.

Как правило, локальный перегрев носит длительный характер, что со временем может привести к повреждению аппарата и распространению аварии на соседние ячейки и оборудование.

ВНЕШНИЙ КОНТРОЛЬ

Многие производители решают проблему перегрева оборудования с помощью периодического мониторинга с использованием внешних устройств: инфракрасных датчиков и тепловизоров (рис. 3). Данный контроль является периодическим и требует привлечения дополнительного персонала (в противном случае есть риск получить недостаточно объективные данные).

Рис. 3. Изображение экрана тепловизора

Тепловизоры относятся к оптико-электронным приборам пассивного типа. В них невидимое глазом человека излучение переходит в электрический сигнал, который подвергается усилению, автоматической обработке и преобразованию в видимое изображение теплового поля объекта для его визуальной и количественной оценки.

Инфракрасное излучение концентрируется с помощью системы специальных линз и попадает на фотоприемник, который избирательно чувствителен к определенной длине волны инфракрасного спектра. Попадающее на него излучение приводит к изменению электрических свойств фотоприемника, что регистрируется и усиливается электронной схемой.

Основой всех тепловизоров являются два элемента – матрица фотоприемников и объектив. Современные тепловизоры делятся на два основных вида – с охлаждаемой матрицей (стационарные) и с неохлаждаемой (портативные).

Матрица фотоприемников представляет собой набор чувствительных к излучению тепла элементов. Чтобы обеспечить точность показаний тепловизора, температура датчиков матрицы должна быть постоянной. Для сохранения температуры матрицы применяют громоздкие системы охлаждения, по- этому высокоточные аппараты являются стационарными. Они обладают высокой точностью восприятия и применяются на крупных объектах, где необходимы широкий диапазон и малая погрешность, например, на военных кораблях или в научно-исследовательских центрах.

В портативных тепловизорах используют неохлаждаемую матрицу, что значительно снижает не только вес и габариты прибора, но и его чувствительность.

Положительная сторона применения портативного тепловизора заключается в том, что один прибор можно использовать для обследования нескольких аппаратов, требующих наблюдения.

Одним из недостатков этого метода является невозможность оценить фактическое значение температуры контактного узла, находящегося внутри корпуса автоматического выключателя. Температура на поверхности корпуса контролируемого аппарата может быть ниже фактического значения температуры узла, выделяющего тепло.

Кроме того, при применении портативного тепловизора сложно осуществлять непрерывный контроль, ведь измерение выполняет специалист, который не может круглосуточно контролировать температуру одного аппарата.

Обращает на себя внимание цена портативного тепловизора. Сейчас 45% стоимости всего прибора составляет стоимость матрицы, еще 45% – стоимость объектива. Традиционное стекло абсолютно непрозрачно для инфракрасного излучения с длиной волны 8–12 микрон (именно в этом диапазоне работают тепловизоры с неохлаждаемой матрицей). Поэтому для изготовления тепловизионных объективов применяется дорогостоящий материал – чистый германий. Рыночная цена оптического германия – $1300–1800 за килограмм. Чтобы изготовить одну линзу весом 100 г, требуется 200-граммовая германиевая заготовка.

ВНУТРЕННИЙ КОНТРОЛЬ

Эффективно решить проблему перегрева позволяет неразрушающий постоянный контроль температуры контактных точек главных контактов выключателя. Один из возможных вариантов решения предложили специалисты компании Terasaki. Они разработали и реализовали в воздушных автоматических выключателях серии TemPower2 АСВ систему контроля температуры главных контактов с возможностью сигнализации и автоматического отключения.

Рекомендуемая температура токоведущих частей выключателя не должна превышать 155 °С (класс нагревостойкости изоляции F). Функция внутреннего контроля температуры главных контактов позволяет измерять температуру в постоянном режиме и с постоянной индикацией на протяжении всего срока службы выключателя.

Встроенные температурные датчики (термопары) измеряют температуру всех главных контактов выключателя сверху и снизу и передают данные измерения напрямую в электронный расцепитель (блок контроля и защит) (рис. 4). При этом не используются внешние дополнительные устройства, а показатели состояния выводятся на ЖК-дисплей расцепителя и в систему диспетчеризации, обеспечивая непрерывный мониторинг температуры контактов аппарата.

Рис. 4. Контроль температуры главных контактов автоматического выключателя с помощью встроенных датчиков

Основные достоинства этого метода: компактность измерительных органов, непрерывность процесса, непосредственный контроль узла, выделяющего тепло. Кроме того, нет необходимости привлекать дополнительный персонал для наблюдения, так как электронный блок защиты может быть настроен так, чтобы при приближении температуры к недопустимому значению срабатывала сигнализация, а затем, если перегрев достигнет недопустимой температуры, выполнялось защитное отключение.

Сигнализация может быть основана на простейшем замыкании контактов микропереключателя или на передаче данных по цифровому каналу связи.

Недостатком этого метода контроля можно считать то, что для каждого выключателя система контроля температуры индивидуальна. В то же время именно непрерывный контроль каждого автоматического выключателя минимизирует риск его повреждения.

Данное решение позволяет сохранить дорогостоящее энергетическое оборудование, обеспечить безопасность обслуживающего персонала и непрерывную работу важнейших технологических процессов.
Зачастую, при приобретении комплектных распределительных устройств, ячеек или отдельных аппаратов для защиты электросети, потребитель ограничивается стандартным набором защит (от КЗ, перегрузки по току и замыкания на землю) и не учитывает важность влияния тепловых процессов, протекающих в электрооборудовании. В связи с этим необходимо отметить, что стоимость мониторинга главных контактов защитного аппарата составляет в среднем всего 2% от стоимости приобретаемых НКУ.

Вложение средств в современные технологии защиты финансово оправдано, так как повышает надежность энергоснабжения, безопасность персонала и оборудования, сокращает простои производства, а также положительно влияет на имидж компании.

ЛИТЕРАТУРА

1. Таев И.С. Электрические контакты и дугогасительные устройства аппаратов низкого напряжения. М.: Энергия, 1973.
2. Stewart S. Distribution switchgear / The Institution of Electrical Engineers. London, 2004.
3. Anderson P. Design and retrofitting of low voltage air circuit breakers. Glasgow, 2010.

© ЗАО «Новости Электротехники»
Использование материалов сайта возможно только с письменного разрешения редакции
При цитировании материалов гиперссылка на сайт с указанием автора обязательна

Стенд испытаний автоматических выключателей

Стенд предназначен для предприятий серийно выпускающих автоматические выключатели. Для предприятий эксплуатирующих автоматические выключатели, или выполняющие их проверку, мы предлагаем переносные приборы "Крона-601", "Крона-601.02", "Крона-603" и др.

Стенд представляет собой стационарный программно-аппаратный комплекс для тестирования (испытаний) АВ в части проверки время-токовой характеристики условного тока нерасцепления и условного тока расцепления.

Стенд производит прогрузку АВ заданным током, фиксируя время срабатывания.

Стенд работает под управлением компьютера (ПК), с помощью специализированного ПО, которое обеспечивает интерфейс с оператором, измерение параметров, ведение БД протоколов проверки, автоматическое формирование выходных документов (протоколов) и их печать.

Отличительные преимущества:

• Автоматизация процесса контроля (задание тока, измерение времени).
• Проверка АВ номиналом от 6А до 63А, на токе до 1.6*Iном.
• Использование в различных режимах: техпрогон (испытания), выходной контроль.
• Одновременное тестирование до 20 АВ.
• Возможность независимого тестирования АВ двумя группами по 10шт, каждую на своем токе.
• Возможность тестирования на одном стенде АВ различных типов, с сходными параметрами.
• Увеличение производительности за счет минимизации потерь времени на ручных операциях (а также за счет независимого тестирования АВ).
• Автоматическое протоколирование результатов работы в электронном виде (база данных) и бумажном (печать протоколов проверки).
• Возможность постепенного наращивания (увеличение тестовых мест до 20, и более).
• Автоматическое поддержание температурного режима окружающей среды АВ.
• Использование комплектующих Legran (опционально, по желанию Заказчика).

Состав стенда:

Перечень основных частей стенда и их назначение:

• ПК. Предназначен для общего управления работой стенда, обеспечивает интерфейс с оператором и управления электрической частью стенда.
• Программируемый источник тока. Обеспечивает нагрузку тестируемых АВ заданным током.
• Блок управления и измерения. Предназначен для контроля состояния АВ, управления контакторами (замыкающими цепи в обход АВ), измерения температуры внутри шкафа, выполнения процедур самоконтроля стенда.
• Тестовые слоты. Каждый тестовый слот предназначен для размещения одного тестируемого АВ. Крепление АВ в тестовом слоте — на din-рейку. Подключение АВ — с помощью самоубирающихся кабелей с наконечниками (под зажим).Тестовый слот также содержит светодиодный индикатор подачи нагрузки, контактор для замыкания цепи в обход АВ (при его срабатывании).
• Источник питания служебный. Обеспечивает питание составных частей стенда.
• Принтер для печати протоколов.
• Термостатированный шкаф. Предназначен для размещения составных частей стенда (кроме монитора ПК).
• Рабочий стол оператора. Предназначен для размещения принтера, монитора и клавиатуры ПК

Внешний вид:

Конструктивно стенд состоит из термостатированного шкафа и рабочего стола оператора.

Шкаф состоит из двух термоизолированных отделов: в верхнем размещаются тестируемые АВ, в нижнем — электрическая часть стенда

Рядом на столе размещается монитор ПК, клавиатура, принтер.

Программное обеспечение входит в состав стенда, и является его неотъемлемой частью.

Порядок работы:

Оператор устанавливает АВ в тестовые слоты, производит подключение цепей, закрывает верхнее отделение шкафа.

На экране ПК оператор выбирает тип АВ, режим тестирования (виды и количество циклов и т.д.), вводит номер партии, и нажимает кнопку «Пуск».

Стенд подает на АВ требуемый ток прогрузки, постоянно контролируя состояния АВ. При отключении какого-либо АВ, стенд производит его шунтирование (коммутацию тока в обход АВ) для продолжения тестирования остальных АВ. При этом фиксируется время срабатывания и ток прогрузки.

Текущие результаты отображаются на экране ПК.

По окончании тестирования (при срабатывании всех АВ , либо при окончании заданного времени тестирования) стенд снимает подачу тока, и выводит на экран оператору результаты тестирования АВ. Оператор, при необходимости, может произвести печать протокола проверки.

После этого цикл тестирования может быть повторен, с этими или же другими параметрами.

Технические и функциональные характеристики:

1. Стенд обеспечивает одновременное тестирование двух групп АВ, каждая от 1 до 10шт.. Ток прогрузки задается для каждой группы, и может быть различным.

2 Стенд обеспечивает:

а) прогрузку АВ заданным током от 6А до 108А, с точностью не менее 0,1А;

б) время прогрузки группы АВ — до 2ч;

в) контроль состояния каждого АВ;

г) фиксацию времени и тока срабатывания каждого АВ;

д) автоматическое шунтирование АВ, при его срабатывании;

3. Стенд поддерживает температуру окружающей среды для тестируемых АВ в диапазоне 30-35°С, а также ведет постоянный контроль температуры с занесением ее значения в протокол проверки.

4. Стенд позволяет оператору задавать различные тестовые условия, с возможностью повторного использования.

5 Стенд отображает на экране ПК заданный режим работы, а также текущие или итоговые параметры тестирования.

6 Стенд автоматически сохраняет результаты в базе данных и формирует протоколы проверки, а также документы для печати.

Нет нужного прибора?

Мы готовы выполнить контрактную разработку нового прибора по вашим требованиям!

Наши новости

Система измерений параметров системы регулирования и защиты паровой турбины
«Крона-522» внесена в Госреестр средств измерений.

Разработан новый вариант Стенда проверки тиристоров, «Крона-902.03» — на 6кВ.

В Госреестр средств измерений внесена Установка для проверки РЗА «Крона-603.01»

Новый стенд «Крона-517М» внесен в Госреестр СИ!

Благодарность от Ленинградской АЭС-2 за вклад в сооружение и пуск 1-го энергоблока второй очереди.

Установка для проверки РЗА «Крона-603.03» внесена в Госреестр СИ