Способ определения технического состояния коммутационного оборудования на подстанциях

В статье рассмотрена сущность и применение вакуумных выключателей, приведены достоинства и недостаток их эксплуатации. Приведена методика оценки состояния контактной системы коммутационных аппаратов, которой является измерение переходного сопротивления контактов. Кроме того, выявлен критерий оценки технического состояния низковольтных коммутационных аппаратов – сопротивление контактного соединения.
Ключевые слов: вакуумный выключатель, техническое состояние, контактное сопротивление, диагностический параметр, коммутационный аппарат.
В последние годы наиболее распространенными в своем применении стали вакуумные выключатели для работы на распределительных устройствах 6-35 кВ. Это обусловлено многочисленными достоинствами данного вида выключателей, основными из которых являются следующие: быстрое действие, полная взрыво- и пожаробезопасность, отсутствие загрязнения окружающей среды, широкий диапазон температуры, простота эксплуатации, бесшумность, минимальные расходы на применение, сравнительно малые габариты, высокая устойчивость к нагрузкам ударного и вибрационного характера, высокая износостойкость при коммутации номинальных токов и токов нагрузки, а также легкая замена вакуумной дугогасительной камеры и её произвольное расположение.
Однако, несмотря на значительное множество бесспорных достоинств, вакуумные выключатели обладают одним существенным недостатком, суть которого заключается в следующем. Контактная система данного вида выключателей располагается непосредственно в глубоком вакууме, электрическая прочность которого существенно выше, нежели прочность воздуха при атмосферном давлении. Само гашение дуги осуществляется во время первого перехода тока через ноль при помощи диффузии заряженных частиц из области дуги в окружающую среду. Далее дуга начинает загораться в результате так называемого процесса ионизации паров металлических контактов (в ином случае дуги бы не было, поскольку свободных зарядов в вакууме нет). Когда контакты размыкаются, сечение контактных площадок начинает существенно уменьшаться, а сопротивление и температура в свою очередь, наоборот, начинают увеличиваться, что в результате приводит к расплавлению и испарению металла. В следствии существования такого явления возникает необходимость определения технического состояния вакуумного выключателя, которое обычно проводится 1 раз в 5 лет. Собственно в определение технического состояния выключателя входит несколько конкретных действий, а именно: изменение сопротивления токопроводящего контура и электрической прочности вакуумной дугогасительной камеры. Кроме того, определение такого технического состояния осуществляется без разборки выключателя.
Стоит отметить, что в условиях постоянного и повсеместного применения коммутационных аппаратов достаточно часто появляется необходимость диагностики состояния их контактных систем, что является важным для оценки и анализа работоспособности таких аппаратов в целом, а также для прогнозирования их последующей работы. Необходимо также указать, что в настоящее время существует множество различных методик оценки состояния контактных систем, но наиболее эффективной является непосредственно измерение переходного сопротивления контактов.
Чтобы в полной мере исследовать величину сопротивлений контактных соединений, используется известный метод амперметра-вольтметра [1; 2]. Суть данного метода заключается собственно в том, что по контактам коммутационного аппарата, находящегося во включенном состоянии, пропускается постоянный или выпрямленный ток. В это же время происходит измерение тока и падения напряжения на контактах аппарата.
Важно понимать, что эквивалентное сопротивление такого вида аппаратов имеет существенную зависимость от самых разных величин. В особенности данное сопротивление зависит от определенного рода тока (переменного или постоянного), от его конкретного значения, а также от времени его непосредственного воздействия.
Для выбора определенной методики экспериментального определения сопротивления силовой цепи аппарата были проведены предварительные исследования, направленные на изучение воздействия всех вышеперечисленных факторов, так или иначе влияющих на сопротивление. На рисунке 1 представлена схема измерений сопротивлений контактных соединений коммутационных аппаратов. Стоит отметить, что данная схема позволяет пропускать через коммутационный аппарат большие переменные токи в течение достаточно длительного времени.

Рис. 1. Схема измерений сопротивлений контактных соединений коммутационных аппаратов на переменном токе: 1 – сеть переменного тока; 2 – линейный автотрансформатор; 3 – амперметр Д553; 4 – регулировочное сопротивление; 5 – трансформатор тока ТТ-УТТ-6М; 6 – электронный вольтметр В7-16; 7 – контролируемый аппарат
На рисунке 2 изображены результаты, которые были получены в ходе проведения экспериментальных исследований [3; 4] значений сопротивлений контактных соединений автоматических выключателей, имеющих зависимость от номинального тока.
Рис. 2. Зависимости сопротивления контактных систем выключателей от номинального тока
Таким образом, в результате проведения таких экспериментальных работ был выделен новый критерий оценки технического состояния низковольтных коммутационных аппаратов, которым является сопротивление контактного соединения. Непосредственное наблюдение за изменением данного критерия дает возможность заранее выявить те или иные отрицательные перемены в работе коммутационных аппаратов. Тем самым, такой критерий можно применять в качестве одного из множества параметров, необходимых для проведения диагностики работы данных аппаратов.
Источники:
1. Грачева Е.И. Анализ структуры систем цехового электроснабжения предприятий машиностроительной отрасли / Е.И. Грачева, Н.А. Копытова // Проблемы энергетики. – 2011. – № 5–6. – С. 73–78.
2. Рыбакова А.В. Моделирование законов изменения потерь мощности в автоматических выключателях / Е.И. Грачева, И.В. Ившин, Ю.И. Солуянов, А.В. Шагидуллин, А.В. Рыбакова // Проблемы энергетики. – 2012. – № 3–4. – С. 66–74 (авт. уч. 3 с.).
3. Грачева Е.И. Исследования эффективности функционирования низковольтных коммутационных аппаратов / Е.И. Грачева, А.Р. Сафин // Электрика. – 2011. – № 6. – С. 8–11.
4. Рыбакова А.В. Расчет сопротивлений контактных соединений и потерь мощности автоматических выключателей / Е.И. Грачева, А.В. Шагидуллин, А.В. Рыбакова, А.Н. Хаерова // Главный энергетик. – 2013. – № 9. – С. 23–27 (авт. уч. 1 с.).