Як усунути поширені несправності комутаційного обладнання в системах електропостачання?

Розуміння режимів виходу з ладу комутаційного обладнання

Обмінні прилади — автоматичні вимикачі, від’єднувальні вимикачі, шини та захисні реле в металевих корпусах — є основою систем електропостачання на промислових підприємствах та підстанціях енергопостачальників. Коли комутаційне обладнання виходить з ладу, наслідком є не просто відключення одного контуру, а повна зупинка виробничої лінії або перехід лікарні на резервне електропостачання.

Пробій ізоляції, перегрів та механічний знос

Три механізми пояснюють більшість обмінні прилади пошкодження. Пробій ізоляції — деградація діелектричного матеріалу, що розділяє струмопровідні провідники — викликаний забрудненням (пилом, вологою), термічним старінням через цикли нагрівання й охолодження або частковими розрядами, що руйнують ізоляцію зсередини. Перегрів у точках з’єднання — з’єднаннях шин, клемах автоматичних вимикачів — виникає, коли контактний опір зростає через послаблення з’єднань унаслідок термічних циклів, окиснення контактних поверхонь або неправильного моменту затягування під час монтажу. Механічне зношування впливає на механізми роботи вимикачів — пружини, защіпки та приводи, які повинні функціонувати після багатьох років простою.

Практичний приклад — Підприємство діагностує повторні спрацьовування вимикачів

На підприємстві з виробництва пластмас спостерігалися повторні незрозумілі спрацьовування головного вхідного вимикача обмінні прилади автоматичний вимикач, що живить лінію лиття під тиском — спрацював тричі за два тижні без події перевантаження. Тепловізійне дослідження виявило «гарячу точку» на кабельному затиску з боку навантаження вимикача, температура якої перевищувала температуру навколишнього середовища на 45 °C, тоді як суміжні затиски мали різницю не більше 10 °C. Гвинт затиску ослабнув приблизно на два повних оберти з часу попереднього циклу технічного обслуговування, що призвело до зростання опору контакту й передачі тепла до теплового елемента спрацьовування вимикача, внаслідок чого вимикач спрацьовував при струмі нижче номінального. Повторне затягування затиску з моментом, встановленим виробником, усунуло проблему. Цей інцидент показав, що несправності в розподільних пристроях часто виникають у місцях з’єднань, а не в самих захисних пристроях. Компанія China Electrical проектує розподільні пристрої з доступними точками затиску для підтримки такого роду діагностичного огляду.

Три поширені несправності в розподільних пристроях

Спрацьовування вимикача, перегрівання шини та дуговий розряд

Спрацьовування вимикача в обмінні прилади проявляється у відмові закриття, відмові відкриття або спонтанному спрацьовуванні. Відмова відкриття — найбільш небезпечний режим — може виникнути через зварені контакти після замикання на пошкодження, заїдання механізму або перегоряння котушки спрацьовування. Спонтанне спрацьовування без перевантаження струмом, як правило, пов’язане з дрейфом теплового елемента спрацьовування через тепло, що передається через послаблені з’єднання. Перегрівання шини викликане болтовими з’єднаннями з високим опором, що створюють петлю зворотного зв’язку: більший опір → більше тепла → прискорена окисна реакція → ще більший опір. Дуговий вибух — це вибухоподібний електричний розряд між живими провідниками або між провідником і землею — є найбільш руйнівним обмінні прилади пошкодженням, що призводить до температур до 20 000 °C. Причинами є порушення ізоляції, забруднення та випадання інструментів під час технічного обслуговування.

Методи діагностики

Тепловізійне дослідження, вимірювання часткових розрядів та випробування опору контактів

Тепловізійне огляд виявляє послаблені з’єднання та перевантажені електричні ланцюги в обмінні прилади шляхом виявлення різниці температур, що становить усього 0,1 °C. Сканування слід проводити щорічно, при цьому комутаційне обладнання має працювати під навантаженням не менше 40 % від номінального. Виявлення часткових розрядів — за допомогою ультразвукових датчиків або детекторів електромагнітних випромінювань (TEV) — дозволяє виявити дефекти ізоляції до повного виходу її з ладу. Вимірювання контактного опору — шляхом подачі постійного струму 100 А через замкнені контакти вимикача та вимірювання спаду напруги — дає кількісну оцінку деградації контактів. Якщо опір перевищує встановлену виробником норму більше ніж на 50 %, контакти потрібно замінити.

Профілактичні заходи технічного обслуговування

П’ять дій, що зменшують ризик виходу з ладу комутаційного обладнання

По-перше, щорічне термографічне сканування під навантаженням із відкритими всіма дверцятами панелі та скануванням техніком кожного з’єднання шин, клеми автоматичного вимикача та точки підключення кабелю. По-друге, перевірка моменту затягування всіх болтів шин і клем щоразу через 3–5 років згідно з технічними вимогами виробника за допомогою каліброваного динамометричного ключа й маркування кожного перевіреного болта. По-третє, вимірювання опору контакту на автоматичних вимикачах та роз’єднувачах кожні 5 років або після 2000 циклів роботи — залежно від того, що настане раніше. По-четверте, дослідження часткових розрядів кожні 3 роки для обладнання середньої напруги обмінні прилади у критичних застосуваннях, таких як лікарні та центри обробки даних. По-п’яте, контроль навколишнього середовища — підтримка в приміщеннях з обладнанням відносної вологості нижче 60 % та відсутності пилу й хімічних парів, що прискорюють деградацію ізоляції.

Поширені запитання

Які найпоширеніші несправності у розподільних пристроях?

Найбільш поширений обмінні прилади пошкодження виникають через пробій ізоляції через забруднення, вологу або термічне старіння; перегрів у місцях з’єднання шин та кабельних виводів через послаблення контактів і окиснення поверхонь; а також механічний знос робочих механізмів вимикачів, у тому числі пружин, защелок і приводів. Китайські електротехніки використовують комутаційне обладнання з довговічними ізоляційними системами та доступними точками підключення для діагностичного огляду.

Як виявляють перегрів комутаційного обладнання?

Обмінні прилади перегрів виявляють за допомогою інфрачервоної термографії — теплові камери виявляють «гарячі точки» у місцях з’єднань та на з’єднаннях шин. Щорічне сканування при мінімальному навантаженні не менше 40 % рекомендовано для всіх промислових установок.

Що спричиняє спрацьовування вимикача без перевантаження?

Непередбачене спрацьовування в обмінні прилади часто виникає через послаблені клеми, що передають тепло до теплового елемента спрацьовування вимикача, або через зсув параметрів налаштування електронного блоку спрацьовування. Першим діагностичним кроком є термографічне дослідження клем.

Що таке дуговий вибух у комутаційному обладнанні?

Дуговий вибух у обмінні прилади є вибуховим електричним розрядом, що генерує температури до 20 000 °C. Причинами є пошкодження ізоляції, забруднення, випадання інструментів під час технічного обслуговування та невеликі дуги, які посилюються й переростають у повні міжфазні аварії.

Як часто слід проводити технічне обслуговування комутаційного обладнання?

Обмінні прилади вимагає щорічної термографії, перевірки моменту затягування кожні 3–5 років, вимірювання опору контактів кожні 5 років або після 2000 операцій, а також дослідження часткових розрядів кожні 3 роки для установок середньої напруги.

Чи можна передбачити несправності комутаційного обладнання до їх виникнення?

Так. Методи прогнозного технічного обслуговування — термографія, виявлення часткових розрядів та аналіз трендів опору контактів — дозволяють виявити зародження обмінні прилади неисправностей за кілька місяців до настання катастрофічної аварії. Теплове «гаряче пляма», виявлене на шинному з’єднанні або кабельному накінчнику з перевищенням температури навколишнього середовища на 30 °C, дає попередження за кілька тижнів або місяців до виходу з ладу з’єднання, що дозволяє запланувати технічне обслуговування замість аварійного ремонту.