Как устранить типичные неисправности коммутационного оборудования в системах распределения электроэнергии?

Понимание режимов отказа коммутационного оборудования

Коммутационное оборудование — автоматические выключатели, разъединители, шинопроводы и защитные реле в металлических корпусах — составляют основу систем распределения электроэнергии на промышленных объектах и подстанциях энергоснабжения. При отказе коммутационного оборудования последствия заключаются не в отключении одной линии, а в полной остановке производственной линии или переводе больницы на резервное электроснабжение.

Нарушение изоляции, перегрев и механический износ

Три механизма объясняют большинство коммутационное оборудование неисправности. Пробой изоляции — деградация диэлектрического материала, разделяющего токоведущие проводники, — вызывается загрязнением (пылью, влагой), термическим старением вследствие циклов нагрева и охлаждения или частичными разрядами, разрушающими изоляцию изнутри. Перегрев в точках соединений — на стыках шин, клеммах выключателей — возникает при увеличении переходного сопротивления контактов из-за ослабления соединений под действием термических циклов, окисления контактных поверхностей или несоблюдения требуемого крутящего момента при монтаже. Механический износ затрагивает приводные механизмы выключателей — пружины, защёлки и приводы, которые должны функционировать даже после многолетнего простоя.

Реальный пример — На предприятии диагностированы повторные отключения выключателя

На заводе по производству пластмасс возникли повторяющиеся необъяснимые отключения главного вводного выключателя коммутационное оборудование автоматический выключатель, питающий линию литья под давлением — сработал три раза за две недели без события перегрузки по току. Тепловизионный контроль выявил «горячую точку» на кабельном оконцевании со стороны нагрузки выключателя, температура которой превышала температуру окружающей среды на 45 °C, в то время как температура соседних оконцеваний не превышала её более чем на 10 °C. Болт оконцевания ослабился примерно на два полных оборота с момента предыдущего цикла технического обслуживания, что привело к увеличению переходного сопротивления и передаче тепла в термический расцепитель выключателя, вызвав его срабатывание при токе ниже номинального. Повторная затяжка оконцевания с моментом, указанным производителем, устранила проблему. Данный инцидент показал, что неисправности распределительных устройств зачастую возникают в местах соединений, а не в защитных устройствах. Компания China Electrical проектирует распределительные устройства с доступными точками оконцевания для поддержки такого рода диагностических проверок.

Три распространённые неисправности распределительных устройств

Отказ выключателя, перегрев шин и дуговой разряд

Отказ выключателя в коммутационное оборудование проявляется в виде отказа на закрытие, отказа на открытие или ложных срабатываний. Отказ на открытие — наиболее опасный режим — может быть вызван свариванием контактов после замыкания на повреждение, заклиниванием механизма или перегоранием катушки расцепителя. Ложные срабатывания без перегрузки по току обычно связаны с дрейфом теплового расцепителя из-за тепла, передаваемого через ослабленные соединения. Перегрев шин вызывается болтовыми соединениями с высоким сопротивлением, создающими положительную обратную связь: более высокое сопротивление → больше тепла → ускоренное окисление → ещё более высокое сопротивление. Дуговой разряд — взрывной электрический разряд между живыми проводниками или на землю — является наиболее разрушительным коммутационное оборудование видом отказа, при котором температура может достигать 20 000 °C. Причины включают пробой изоляции, загрязнение и инструменты, упавшие во время технического обслуживания.

Методы диагностики

Тепловизионный контроль, контроль частичных разрядов и измерение сопротивления контактов

Тепловизионном контроле выявляет ослабленные соединения и перегруженные цепи в коммутационное оборудование путем обнаружения разницы температур величиной всего 0,1 °C. Тепловизионные обследования должны проводиться ежегодно при минимальной нагрузке на коммутационное оборудование не менее 40 % от номинальной. Обнаружение частичных разрядов — с помощью ультразвуковых датчиков или детекторов ТЭН (TEV) — позволяет выявить дефекты изоляции до полного отказа. Измерение контактного сопротивления — путем подачи постоянного тока 100 А через замкнутые контакты выключателя и измерения падения напряжения — количественно оценивает степень деградации контактов. Сопротивление, превышающее указанное производителем значение более чем на 50 %, требует замены контактов.

Профилактическое обслуживание

Пять мер по снижению риска отказа коммутационного оборудования

Во-первых, ежегодное термографическое сканирование под нагрузкой с открытыми всеми дверцами панелей и сканированием техником каждого соединения шин, выводов выключателей и точек подключения кабелей. Во-вторых, проверка крутящего момента всех болтов шин и выводов каждые 3–5 лет в соответствии с техническими требованиями производителя с использованием откалиброванного динамометрического ключа и маркировка каждого проверенного болта. В-третьих, измерение сопротивления контактов на выключателях и разъединителях каждые 5 лет или после 2000 операций — в зависимости от того, что наступит раньше. В-четвёртых, обследование на частичные разряды каждые 3 года для оборудования среднего напряжения коммутационное оборудование в критически важных объектах, таких как больницы и центры обработки данных. В-пятых, контроль окружающей среды: поддержание относительной влажности в помещениях с оборудованием ниже 60 % и отсутствие пыли и химических паров, ускоряющих деградацию изоляции.

Часто задаваемые вопросы

Какие неисправности коммутационного оборудования встречаются наиболее часто?

Наиболее распространенный коммутационное оборудование неисправности возникают из-за пробоя изоляции вследствие загрязнения, влаги или термического старения; перегрева в местах соединений шин и окончаний кабелей из-за ослабления контактов и окисления поверхностей; а также механического износа механизмов привода выключателей, включая пружины, защёлки и приводы. Китайские инженеры-электрики используют коммутационное оборудование с прочными системами изоляции и удобно доступными точками подключения для проведения диагностических осмотров.

Как обнаруживается перегрев коммутационного оборудования?

Коммутационное оборудование перегрев обнаруживается с помощью инфракрасной термографии — тепловизоры выявляют «горячие точки» в местах соединений и на стыках шин. Для всех промышленных установок рекомендуется ежегодное сканирование при минимальной нагрузке не менее 40 %.

Что вызывает срабатывание автоматического выключателя без перегрузки?

Ложные срабатывания в коммутационное оборудование часто возникают из-за ослабленных окончаний кабелей, передающих тепло в тепловой расцепитель выключателя, либо из-за дрейфа параметров настройки электронного расцепителя. Первым диагностическим шагом является термография окончаний кабелей.

Что такое дуговой разряд в коммутационном оборудовании?

Дуговой разряд в коммутационное оборудование представляет собой взрывной электрический разряд, при котором температура достигает 20 000 °C. Причины возникновения дуги включают пробой изоляции, загрязнение, падение инструментов во время технического обслуживания, а также небольшие дуги, переходящие в аварийные режимы между фазами.

Как часто следует проводить техническое обслуживание коммутационного оборудования?

Коммутационное оборудование требует ежегодной термографии, проверки крутящего момента каждые 3–5 лет, измерения сопротивления контактов каждые 5 лет или после 2000 операций, а также обследования на частичные разряды каждые 3 года для установок среднего напряжения.

Можно ли прогнозировать неисправности коммутационного оборудования до их возникновения?

Да. Методы предиктивного технического обслуживания — термография, обнаружение частичных разрядов и анализ тенденций сопротивления контактов — позволяют выявлять развивающиеся коммутационное оборудование неисправности за месяцы до наступления катастрофического отказа. Тепловая аномалия («горячая точка»), зафиксированная на шинном соединении или оконцевании кабеля с превышением температуры окружающей среды на 30 °C, даёт предупреждение за недели или месяцы до выхода соединения из строя, что позволяет запланировать техническое обслуживание вместо аварийного ремонта.