Типовые неисправности коммутационно-защитной аппаратуры

Введение

Состав элементной базы распределительных устройств зависит от их назначения. Наиболее содержательная элементная база главных распределительных щитов (ГРЩ), обеспечивающих управление источниками электроэнергии и распределением электрической энергии по судну. В ГРЩ сосредоточены:1) коммутационно-защитные аппараты;2) электроизмерительные приборы контроля параметров источников и приемников электрической энергии;3) технические средства управления работой источников, приемников и судовой электроэнергетической установкой в целом;4) различного рода датчики и преобразователи (трансформаторы напряжения и тока), обеспечивающие получение информации о параметрах электрической энергии в форме, удобной для ее последующего использования;5) шинопроводы, обеспечивающие прохождение тока между элементами ГРЩ и соединение источников и приемников электрической энергии.В представленной работе будем рассматривать коммутационно-защитную аппаратуру на судне.1. Общие сведенияКоммутационная и защитная аппаратура, установленная на судовых РЩ, должна обладать следующими основными качествами: простотой и прочностью конструкций минимальных масс и размеров, повышенной износоустойчивостью, надежностью работы при значительных влажности и колебаниях температур, стабильностью характеристик при вибрации и ударных нагрузках, возможностью быстрой замены сменных деталей [1].На РЩ применяют выключатели автоматические (ВА) воздушные селективные (избирательного действия) и установочные (ВАУ), которые совмещают функции коммутационного и защитного аппаратов. Выключатели ВА, встроенные в пластмассовые защитные корпуса, имеют значительно меньшие массу и размеры по сравнению с ручными выключателями в сочетании с предохранителями. Кроме того, они надежны, компактны, обладают высокой коммутационной способностью, возможностью быстрого восстановления питания группы и отдельных приемников электроэнергии. Выключатели ВА обеспечивают более совершенную защиту участков судовой сети от КЗ и перегрузок, могут долго работать без ухода; исключают возможность работы асинхронных электродвигателей на двух фазах (отключение одновременно трех фаз). По конструктивному исполнению они безопасны для обслуживания и удобны для монтажа.ВА классифицируют по:роду тока — переменного трехфазного и однофазного, постоянного; типу расцепителей- электромагнитные и комбинированные (электромагнитный расцепитель- для защиты от КЗ, комбинированный-от КЗ и перегрузок);способу использования -автоматические и неавтоматические;месту присоединения внешних проводников — с передним, задним и комбинированным присоединением;способу включения и отключения — ручного включения и отключения, дистанционного отключения, дистанционного включения и отключения;защите от воздействия окружающей среды—защищенного и «брызгозащищенного исполнения.Основные характеристики ВА: установки на время и токам срабатывания электромагнитных и комбинированных расцепителей; коммутационная способность; износоустойчивость; сопротивление и электрическая прочность изоляции; надежность работы в судовых условиях.Кроме того, на РЩ устанавливают электроизмерительные приборы для измерения силы тока, напряжения, активной мощности, частоты, коэффициента мощности и сопротивления изоляции. Для переключения контрольных и измерительных цепей на РЩ находятся универсальные переключатели типов УП, КФ и др. Защита генераторов постоянного и переменного тока от обратных тока и мощности осуществляется реле обратного тока и обратной мощности [1].Для коммутационных и защитных аппаратов установлены определения, характеризующие их коммутационную и термическую способности, рабочее состояние:коммутационная способность-способность аппарата коммутировать электрические цепи при наиболее тяжелых условиях работы, характеризующаяся предельной коммутационной способностью, критической разрывной способностью и предельной способностью включения;предельная коммутационная способность-наибольшее значение тока, который аппарат способен отключать без повреждений а включать без приваривания контактов;критическая разрывная способность- наибольшие значения постоянного тока и эффективного переменного тока, которые аппарат способен отключить без недопустимой затяжки дуги; термическая устойчивость-тепловое действие тока в электроаппаратах, определяемое как произведение силы тока на время;значения срабатывания и возврата — значения переменных величин (напряжения, тока и т. п.), при которых аппарат срабатывает или происходит его возврат;коэффициент возврата электромагнитного аппарата — отношение напряжений (токов) отпадания и втягивания. Наибольшее напряжение на зажимах катушки аппарата, при котором начинается и полностью заканчивается отпадание якоря электромагнита;напряжение и ток втягивания — наименьшие напряжения и ток, при которых начинается и полностью заканчивается втягивание якоря электромагнитаток отпадания — наибольший ток, при котором начинается и полностью заканчивается отпадание якоря электромагнита; уставка- значение величины срабатывания, на которую аппарат отрегулирован;собственное время замыкания — для электромагнитного аппарата с замыкающим главным контактом — время от момента замыкания цепи втягивающей катушки до первого касания контактом аппарата;собственное время размыкания — для электромагнитного аппарата с замыкающим главным контактом — время от начала прекращения питания втягивающей катушки до появления напряжения между подвижными и неподвижными контактами, обусловленного их расхождением; для автоматического воздушного выключателя, имеющего механизм свободного расцепления,-время от момента замыкания цепи отключающей катушки (или момента возникновения условий, вызывающих срабатывание механизма расцепления) до появления напряжения между подвижными и неподвижными контактами;коммутационные циклы — отключение тока (О), его включение (В), включение и отключение (ВО).2. Типовые неисправности коммутационно-защитной аппаратурыПричинами, вызвавшими эти неисправности, могут быть ухудшение состояния подвижных и неподвижных соединений, электрический или механический узлов, старение резиновых и изоляционных деталей, пробой изоляции вследствие старения или коммутационных перенапряжений и др. Выход из строя аппаратов, их поломка или отказ могут быть по причине некачественного обслуживания (отсутствие смазки, загрязнение, несвоевременная подтяжка резьбовых соединений) и несоблюдения периодичности и объема ремонтов [2].К основным неисправностям РЩ относятся: сгорание предохранителей, плавка проводов, выход из строя защитной аппаратуры.3. Основные диагностические параметры коммутационно-защитной аппаратурыК элементам судовой системы относятся коммутационная (выключатели, переключатели, реле и контакторы) и защитная аппаратура (предохранители, распределительные устройства и провода).К параметрам изделий коммутации, которые контролируют в процессе испытаний, относят:• для выключателей: номинальный ток, число положений и конструктивные особенности (кнопочный, перекидной, поворотный, вытяжной тип и т.д.), усилие выключения и сопротивление замкнутых контактов;• для переключателей: номинальный ток, число положений и схема коммутации, усилие переключения, падение напряжения на замкнутых контактах;• для реле: напряжение срабатывания и отпускания, ток коммутации и схему коммутации;• для электронных реле: алгоритм работы, потребляемый ток;• для блоков предохранителей и реле: схему коммутации, напряжения срабатывания и отпускания, токи коммутации. Электрические параметры выключателей, переключателей, реле и контакторов измеряются с применением вольтметров и амперметров класса не ниже 1,0 при температуре окружающей среды 27 ± 10°С и номинальном напряжении питания. Ряд параметров коммутационной аппаратуры (у электронных реле) измеряют осциллогра-фированием и сравнением осциллограмм с эталонными эпюрами, приведенными в НТД. Схемы коммутации проверяют с использованием специального программатора, который автоматически задает алгоритм функционирования коммутационных изделий, а правильность соединения цепей оценивается по зажиганию контрольных ламп [2].Наиболее сложным изделием является блок предохранителей и реле, проверка которого возможна только с применением ЭВМ по специальной контрольной программе с распечаткой результатов контроля. Алгоритм проверки построен так, что сначала проверяются цепи с предохранителями и развязывающими диодами, а затем-цепи с электромеханическими и электронными реле.4. Технические средства приборы применяемы при измерении параметров диагностирования коммутационно-защитной аппаратурыАнализатор параметров электрических сетей СА 8350 является представителем анализаторов, предназначенных для измерения силовых параметров электрических сетей, имеющих помехи. Это трехфазный анализатор, полностью управляемый через графический интерфейс. Все виды программирования и вывода данных измерения на дисплей выполняются с помощью сенсорного дисплея, использующего контекст операционной системы Windows. Базовая конфигурация автоматически включает функцию быстрого преобразования Фурье и режим осциллографа. Вычислитель - процессор INTEL Pentium 500. Прибором можно выполнить измерение параметров токов и напряжений, активной и реактивной мощности, спектральный анализ гармонических составляющих до 50 - й гармоники, анализ системы с прямой последовательностью фаз, обратной последовательностью фаз и с нулевой последовательностью фаз. С помощью анализатора можно построить векторные графики напряжений и токов, регистрировать короткие замыкания [3].3-фазные анализаторы качества электросети Qualistar СА 8332 и СА 8334 предназначены для энергетических и эксплуатационных служб промышленных предприятий и моментально дают картину основных характеристик электросети, которая дополняются расчетными параметрами и 266827030797500многочисленными функциями обработки (рисунок 1).Рисунок 1-Аналдизаторы качества электросети Qualistar CA8332Основными измеряемыми параметрами являются токи, напряжения, частота, активная, реактивная и полная мощность отдельной фазы и всех фаз, активная, реактивная, полученная и переданная энергия, полная энергия, center30924500напряжение, ток и мощность гармоник до 50-го порядка. Рисунок 2-Токовые клещи F27Дополнительные функции прибора:- графическое представление данных;- аварийные сигналы, отображение переходных процессов;- запись, датировка и характеристики нарушений (перегрузки, провалы, пропадания и т.п.);- сохранение данных;- немедленная распечатка изображения экрана на принтер.Основные рассчитываемые параметры:- ток нейтрали;- разбалансировка фаз по току и напряжению;- общий коэффициент гармонических искажений.Многофункциональные токовые клещи F27 - измеритель мощности и гармоник предназначен для проверки, оперативного контроля и анализа качества электроэнергии в сетях переменного (синусоидального и несинусоидального) и постоянного тока. Измеряемыми параметрами являются токи и напряжения, частота, активная, реактивная и полная мощность в 1 и 3-х фазных сетях, коэффициент гармоник, значения отдельных гармоник до 25-го порядка [3].Оптический выход RS232 и программное обеспечение используются для распечатки результатов измерений на принтере и их обработки.Универсальные токовые клещи МХ 2040 и МХ 240 предназначены для измерения постоянных и переменных напряжений и токов в однофазных и трехфазных системах, мощности, энергии и частоты. Токовые клещи имеют 3-фазный вход и позволяют осуществлять следующие функции:- измерение коэффициента мощности и определение компенсирующей емкости;- передача аналогового сигнала через адаптеры;- передача и обработка потока данных на компьютере;- отображение двух параметров для ускорения измерений (рисунок 3).32181803937000 Рисунок 3-Токовые клещи MX2040Автоматизированная система диагностики АСК "Тест" предназначена для контроля параметров реле и релейных блоков автоматики и телемеханики в условиях ремонтно-технологического участка.Области применения АСК "Тест":- контроль исправности монтажа релейных блоков; - определение электрических и временных параметров реле, входящих в состав релейных блоков: напряжения срабатывания, напряжения отпускания, время задержки на отпускание, напряжения перелета у поляризованных реле, время отпускания; - определение электрических и временных параметров реле: напряжения срабатывания, напряжения отпускания, время задержки на срабатывание, время задержки на отпускание, неодновременности срабатывания, сопротивления обмоток, сопротивления контактов. Архитектура системы диагностики построена таким образом, что к одному компьютеру можно подключить до четырех измерительных блоков, работающих независимо друг от друга. Общее количество управляющих выводов такой системы – 576.Испытательные устройства Сатурн-М предназначены для проверки и настройки автоматических выключателей с тепловыми и электромагнитными расцепителями присоединений 220 – 380 В частоты 50 Гц, а также для проверки характеристик средств релейной защиты присоединений 6 - 35 кВ и оценки тока короткого замыкания (КЗ) цепи фаза-нуль присоединений 380 В и тока КЗ на шинах 380 В (рисунок 4). Испытательные устройство обеспечивает:2056765149669500- возможность проверки средств РЗА присоединений 6-35 кВ вторичным током совместно с нагрузочным трансформатором, при этом оно используется для регулирования первичного тока трансформатора, измерения эффективного значения вторичного тока, установки заданной длительности протекания тока и измерения времени срабатывания защиты; Рисунок 4-Комплектное испытательное устройство «Сатурн-М»- возможность проверки характеристик релейной защиты электрических присоединений 6-35 кВ первичным током без нагрузочного трансформатора от сети 380/220 В при значениях тока до 2000 А и с нагрузочным трансформатором при значениях тока до 12000 А;- возможность оценки тока короткого замыкания (КЗ) цепи фаза-нуль или фаза-фаза присоединений 380 В для выбора характеристик релейной защиты, плавких вставок и автоматических выключателей.Диапазон регулирования и измерения тока в схеме без нагрузочного трансформатора - 10..2000 А.Диапазон регулирования первичного тока в схеме с нагрузочным трансформатором - 0,5..300 А.Диапазон измерения тока cо встроенным трансформатором тока - 10..2500 А, с внешним трансформатором тока - 0,1..99,99 кА.Диапазон задания и измерения длительности протекания тока и времени отключения аппарата- 0,01..99,99 с.Комплектное испытательное устройство для проверки простых защит Нептун предназначено для lпроверки простых средств релейной защиты и автоматики типа токовых реле, реле напряжения, реле времени непосредственно на энергообъектах (рисунок 5). Устройства питаются от однофазной сети переменного тока частотой 50 Гц напряжением 220 В и выполняют следующие основные функции: - формирование синусоидального тока регулируемой силы; 184086559626500- формирование синусоидального или постоянного выходного напряжения регулируемой величины; Рисунок 5-Комплектное испытательное устройство Нептун- измерение формируемых значений тока и напряжения; - измерение временных параметров. Устройство «Нептун» выдает следующие выходные сигналы: - переменное напряжение частотой 50 Гц от 0 до 240 В или от 0 до 25 В при токе до 2 А с плавной регулировкой (кратковременно - до 5 А); - постоянное напряжение от 0 до 320 В или от 0 до 35 В при токе до 2 А с плавной регулировкой; - переменный ток частотой 50 Гц от 0 до 10 А (25 В макс.), от 0 до 20 А (12 В макс.) или от 0 до 40 А (6 В макс.) с плавной регулировкой. Устройство «Нептун» позволяет измерять выдаваемую активную мощность. Диапазон измерения мощности от 0 до 1000 Вт. Устройство «Нептун-2» отличается большей выходной мощностью- максимальный длительный ток канала напряжения увеличен до 5 А, а канал переменного тока имеет следующие поддипазоны: 0-25 А (50 В макс.), 0 - 50 А (25 В макс.) и 0-100 А (12 В макс.). Диапазон измерения выходной мощности также расширен до 2000 Вт. 5. Диагностирование судовой коммутационно-защитной аппаратурыЕжегодно в системах электроснабжения промышленных предприятий фиксируется случаи несрабатывания или неселективной работы защитных аппаратов вторичных электрических цепей. Значительная доля таких случаев сопровождается повреждением основного оборудования. Одной из причин отказов является недостаточная чувствительность защитных аппаратов. При проектировании этих установок в недостаточной степени учитывался комплекс факторов, влияющих на токи металлического и дугового коротких замыканий. Следствием этого явилось использование завышенных расчетных значений токов короткого замыкания для выбора защитных аппаратов. Для обеспечения надежного функционирования элементов систем релейной защиты и автоматики необходимо осуществлять диагностирование электроустановок оперативного тока. Для решения этой задачи создан программно-технический комплекс (ПТК), в состав которого входят: - программа GUCHOICE “Карта селективности автоматических выключателей и предохранителей”;- программа GUDCSETS “Короткие замыкания в электроустановках постоянного тока напряжением до 1 кВ”;- специализированное устройство для экспериментального определения токов короткого замыкания (УТКЗ).Программа GUCHOICE позволяет проанализировать селективность защитных аппаратов по времятоковым характеристикам. Основой программы является база данных с времятоковыми характеристиками автоматических выключателей и плавких вставок предохранителей отечественного производства. Для проверки селективности, из базы данных по номинальным параметрам, выбираются защитные аппараты, соответствующие установленным в конкретной сети, например, в кольце шин питания (ШП) электромагнитов включения выключателей. На экране компьютера в единых именованных логарифмических координатах строятся их времятоковые характеристики. Защитные характеристики автоматических выключателей, имеющих регулирование, например, серии А3793С, строятся с учетом уставок, выставленных при настройке. Имеется возможность учесть и температуру окружающей среды. Программа позволяет построить характеристики срабатывания шести защитных аппаратов в одних осях координат. При выявлении неселективности, можно выбрать из базы данных защитный аппарат с характеристикой, удовлетворяющей требованию селективности [4].Программа GUDCSETS позволяет выполнять расчеты токов короткого замыкания с целью проверки чувствительности защит. Программа полностью удовлетворяет рекомендациям ГОСТ. При проведении расчетов комплексно учитываются:- тепловой спад тока, обусловленный изменением сопротивления кабелей вследствие их не адиабатического нагрева токами короткого замыкания (с учетом теплоотдачи в изоляцию токоведущих жил);- влияние температуры окружающей среды и токовой нагрузки на сопротивление кабелей;- возможность подпитки со стороны двигателей постоянного тока;- сопротивления расцепителей автоматических выключателей, контактных соединений и плавких вставок;- нелинейность вольтамперной характеристики аккумуляторной батареи и внешних вольтамперных характеристик зарядно-подзарядных агрегатов; - нелинейное сопротивление электрической дуги.

Заключение

Коммутационно-защитная аппаратура имеет огромную роль в работе судовой системы. От надежности работы коммутационно-защитной аппаратуры зависит работоспособность потребителей судовой сети и потребителей электрической энергии. Поэтому диагностированию коммутационно-защитной аппаратуры и отстройки защиты следует уделять особое внимание при эксплуатации судового оборудования.

Список литературы

1. Осокин, Б. В. Электрооборудование судов [Текст]: учебник. Б. В. Осокин, О. П. Хайдуков. – М.: Транспорт, 1982. – 357 с.2. Комплекс систем автоматизации транспортных судов [Текст]. Ю. И. Колкунов, Ю. Н. Власов, Р. А. Клебанов, М. А. Огибин. – Л.: Судостроение, 1975. – 56 с.3. Радченко, П. М. Судовые валогенераторные и валомашинные установки [Текст]: учеб. пособие. П. М. Радченко. – Владивосток: ДВГМА, 1999. – 152 с.4. Радченко, П. М. Аварийное электропитание судов [Текст]: учеб. пособие. П. М. Радченко. – Владивосток: Мор. гос. ун-т, 2008. – 107 с.5. Александров, К. К. Электротехнические чертежи и схемы [Текст]. К. К. Александров, Е. Г. Кузьмина – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 288 с.;