Эффективные и безопасные испытания элегазовых комплектных распределительных устройств

8 октября 2020

Определение времени срабатывания КРУЭ

 




Кристиан Студен, дипломированный инженер, менеджер по продукции, KoCoS Messtechnik AG, Корбах, Германия


Чтобы полностью оценить функциональность автоматиче-ских выключателей среднего и высокого напряжения, необходимо измерить различные механические и электрические параметры. В частности, при испытаниях распределительных устройств с элегазовой изоляцией (КРУЭ) возникают  непростые задачи, в том числе подключение испытательного оборудования. В современном мире испытания все чаще проводятся неинвазивным способом, испытательные системы должны предоставлять определенную гибкость и широкий спектр решений для испытаний, чтобы получать надлежащие результаты.


Пассивное определение времени срабатывания КРУЭ среднего напряжения


Обычно для выключателей среднего напряжения измеряются время срабатывания  и контактные сопротивления. Кроме того, записываются соответствующие кривые хода, чтобы понять состояние всего механизма. Для измерения времени срабатывания контактов измерительные провода подключаются непосредственно к главным контактам или к легкодоступным точкам, таким как сборные шины. В РУ среднего напряжения с элегазовой изоляцией практически отсутствуют какие-либо возможности подключения измерительных проводов к главным контактам выключателей. Подключение можно выполнить, если оно вообще возможно, посредством резервных панелей или других компонентов. Если РУ в данный момент находится в стадии строительства и должны быть проведены первоначальные пусконаладочные испытания, обычно существуют возможности проведения испытаний традиционным способом. То есть, испытание выполняется до заполнения элегазом и закрытия корпуса, когда главные контакты все еще доступны. Однако, при проведении испытания на эксплуатируемой системе, затраты и выгоды будут несоразмерными. При проведении традиционного испытания необходимо полностью отсоединить  выключатель и удалить элегаз. Это может занять несколько дней. Традиционный метод измерения распределительного устройства среднего напряжения с элегазовой изоляцией просто неэкономичен.
Компания KoCoS предлагает метод измерения с использованием приборов ACTAS и внешних датчиков, который позволяет проводить испытания элегазовых выключателей с минимальными издержками. Поскольку систему не нужно отсоединять, процедура измерения занимает даже меньше времени, чем испытание выключателя среднего напряжения без газовой изоляции с использованием традиционных процедур измерения. Система обнаружения напряжения (VDS – Voltage Detection System), установленная в приборах, используется для измерения времени срабатывания. Это емкостные точки измерения для индикаторов напряжения или встроенные емкостные индикаторы напряжения, соответствующие стандарту VDE 0682-415 или МЭК 61243-5. При отсутствии трансформаторов напряжения эти точки измерения являются единственным и безопасным способом подключения к главным контактам автоматических выключателей. Емкостные точки измерения можно подключить непосредственно к аналоговым измерительным входам прибора ACTAS, предусмотренным для этого, без использования дополнительных промежуточных измерительных компонентов. Емкостные точки используются для измерения трехфазных синусоидальных напряжений. Если выключатель подключен через диспетчерскую, падение напряжения будет отображаться на приборе ACTAS. Однако, чтобы иметь возможность определять длительность срабатывания, нужно конролировать размыкающие и замыкающие катушки с помощью токовых клещей. Внешние сигналы запуска, которые можно задать в испытательном приборе, могут использоваться для запуска записи измеренных значений и соответствующей оценки. В приборе ACTAS могуть быть заданы внешние сигналы запуска любого типа: отдельные дискретные или аналоговые сигналы или группы таких сигналов. В испытательном приборе ACTAS оценка времени срабатывания выполняется полностью автоматически; нет необходимости устанавливать курсор, чтобы оценивать время срабатывания и вводить значения вручную (см. рисунок 1).

Рисунок 1: Измерения параметров выключателя  среднего напряжения с элегазовой изоляцией посредством VDS. Синусоидальная волна отображает напряжение, измеренное посредством VDS. Выше отображены результирующие дискретные сигналы  с главных контактов, ниже показан ток катушки. Измерение было инициировано внешним сигналом запуска по току катушки.

В приборе ACTAS P360 есть девять разъемов для подключения внешних датчиков, к которым можно подключать токовые клещи, датчики давления и перемещения. Благодаря двойной функциональности разъемов для подключения датчиков, к одним и тем же разъемам можно подключать как аналоговые, так и дискретные или инкрементные датчики. Это позволяет одновременно регистрировать и анализировать ток в замыкающих и размыкающих катушках, а также токи приводов, установленных в системах среднего напряжения с элегазовой изоляцией, таких как разъединители и заземляющие переключатели. Для этого требуется только испытательный прибор с  токовыми клещами, другие компоненты не нужны. Оценка или расчет результатов также выполняется автоматически и заносится в  таблицу, без использования курсоров.

Определение времени срабатывания КРУЭ высокого напряжения с заземлением с обеих сторон

Высоковольтные выключатели с элегазовой изоляцией расположены во многих узлах сети напряжения, например, таких как панели трехфазных или однофазных герметизированных распределительных устройств. РУ высокого напряжения состоят из нескольких компонентов и могут иметь различную конструкцию в зависимости от требуемой функции. Они содержат такие компоненты, как трансформаторы тока, разъединители, заземляющие переключатели, и т. д. По сравнению с распределительными устройствами с воздушной изоляцией (КРУВ) они имеют ряд преимуществ, в том числе меньшую занимаемую площадь,более высокую безопасность персонала, более длительный срок службы и большую надежность. Недостатком по сравнению с КРУВ является труднодоступность отдельных компонентов, что осложняет проведение технического обслуживания. Измерения таких значений, как время срабатывания автоматического выключателя и сопротивление расцепляющих устройств выключателя, выполнить довольно сложно, поскольку основное требование состоит в том, что в высоковольтных установ-ках все части, с которыми проводятся работы, должны быть заземлены. Для наружных систем КРУВ измерение с заземлением с обеих сторон, как правило, не является большой проблемой просто потому, что типичное сопротивление заземления намного больше сопротивления главного контакта (см. рис. 2). Компания KoCoS использует метод Dynamic Timing (Динамическое измерение длительности срабатывания), объединяя прибор ACTAS с измерителями сопротивления PROMET. В стандартах DIN VDE0105-100 и EN50110-1 четко указано, что измерения в системах КРУЭ должны проводиться с заземлением с обеих сторон. Проблемой, которая особенно актуальна для КРУЭ, является очень низкое сопротивление заземления из-за герметизации всего распределительного устройства в металлическом корпусе. Часто сопротивление заземления и корпуса оказывается ниже, чем сопротивление главного контакта. Это затрудняет проведение оценки состояния рас-пределительного устройства с использованием стандартного измерительного оборудования (см. рис. 3).
Для оценки различных методов сравниваются следующие измерения:

  • Традиционное измерение с заземлением с одной стороны
  • Метод динамического измерения длительности срабатыв ния с заземлением одной стороны
  • Процедура измерения длительности срабатывания КРУЭ с заземлением с обеих сторон для однофазных и трехфазных герметизированных КРУЭ
Традиционное измерение с заземлением с одной стороны

При традиционном измерении входы главных контактов  ACTAS используются для проверки того, находится ли переключатель в положении ВКЛ или ВЫКЛ. Этот метод обыч-но используется для автоматических выключателей среднего напряжения или выключателей без дугогасительного контакта. Традиционные измерения показывают, что время срабатывания автоматического выключателя составляет примерно 50 мс при замыкании и примерно 25 мс при размыкании (см. рисунок 4).

Метод динамического измерения длительности срабатывания с заземлением одной стороны

Для автоматических выключателей с дугогасительным контактом используется метод динамического измерения длительности срабатывания с заземлением с одной стороны. Измерения выполняются с помощью прибора ACTAS  и микроометра PROMET. Оба прибора могут также использоваться по отдельности как автономные испытательные системы. С помощью  ACTAS можно управлять микроомметрами. В этом случае микроомметр PROMET выступает в качестве измерительного провода, подключаемого к главному контакту, при использовании метода динамического измерения длительности срабатывания. Подаваемый при этом ток и падение напряжения, измеренное на расцепляющем устройстве автоматического выключателя, позволяют очень детально оценить его состояние . При использовании метода динамического измерения длительности срабатывания (см. рисунки 5 и 6) результаты почти в точности равны результатам традиционного измерения времени срабатывания (см. рисунок 4). Большим преимуществом этого метода перед традиционным измерением является более детальная оценка состояния автоматического выключателя по результатам измерения. При использовании метода динамического измерения длительности срабатывания можно очень хорошо отобразить отдельные участки хода контакта. С помощью дополнительно подключенных датчиков перемещения можно измерить перемещение дугогасительного контакта, не открывая камеру переключения.

Измерение длительности срабатывания КРУЭ с заземлением с обеих сторон

При испытании систем КРУЭ с заземлением с обеих сторон, метод динамического измерения длительности срабатывания нельзя использовать таким же образом, как при испытании КРУВ с заземлением с обеих сторон. Невозможно измерить точное время срабатывания автоматического выключателя, встроенного в КРУЭ. Вышеупомянутые компоненты, установленные в КРУЭ, такие как трансформаторы тока, вызывают задержки измерения.

 

 

 Рисунок 4:  Традиционное измерение однофазного герметизированного КРУЭ, заземленного с одного конца, с помощью ACTAS P360, последовательность переключения CO

Рисунок 5:  Динамическое измерение длительности срабатывания однофазного герметизированного КРУЭ, заземленного с одного конца, с помощью ACTAS P360 и трех PROMET L100, последовательность переключения O

Рисунок 6:  Динамическое измерение длительности срабатывания однофазного герметизированного КРУЭ, заземленного с одного конца с помощью ACTAS P360 и трех PROMET L100, последовательность переключения C


В зависимости от последовательности переключения результат будет содержать меньшие длительности переключения при размыкании или большие длительности переключения при замыкании. При использовании метода для КРУЭ должен быть отсоединен по крайней мере один вывод заземления. Опять же, используются микроомметры PROMET, которые управляются системой ACTAS (см. рисунок 7). Микроомметры PROMET используются только как источники тока, а не как измерительные приборы. Для измерения значений, помимо микроомметров PROMET и прибора ACTAS, используются токовые клещи, специально разработанные для компании KoCoS. Это гибкие катушки Роговского, которые можно разместить на выводе, отсоединенном от заземления. Кривые тока, измеренные во время операции переключения на выводе, отсоединенном от заземления, можно использовать для определения длительностей размыкания и замыкания во время различных последовательностей переключения  выключателя. Этот метод обеспечивает значительное преимущество в безопасности и по-прежнему предоставляет возможность оценки систем КРУЭ по результатам измерений и соответствующих записанных измерительных сигналов.

Однофазное герметизированное КРУЭ с заземлением с обеих сторон

Для измерения однофазных герметизированных  КРУЭ можно комбинировать различные модели микроомметров PROMET и приборы ACTAS. Модели PROMET различаются в основном по своей конструкции и уровню выходного тока; PROMET L100 и PROMET SE – это устройства с питанием от аккумуляторной батареи и выходным током 100 А и 200 А соответственно. При измерении однофазного герметизированного КРУЭ рекомендуется подключать параллельно три таких устройства к выводу, отсоединенному от заземления, и к корпусу. Будет лучше, если их подключить к отсоединенным от заземления выводам по обеим сторонам распределительного устройства. При использовании PROMET R300 или R600 с выходным током до 600 А необходимо также подключить параллельно три таких устройства к отсоединенному от заземления выводу КРУЭ. При сравнении длительностей переключения, полученных методом измерения длительности срабатывания для КРУЭ, традиционного и динамического измерения длительности срабатывания, видно, что длительности переключения одинаковы, за исключением расхождения в  десятых долях (см. рисунок 8). При сравнении методов динамического измерения длительности срабатывания (Dynamic Timing) и измерения длительности срабатывания для КРУЭ (GIS Timing) становится ясно, что можно также измерить перемещение дугогасительного контакта, например, при измерении с помощью катушек Роговского (см. рисунок 9). Так же, как и метод динамического измерения длительности срабатывания, этот метод измерения имеет преимущества перед традиционным методом; не только с точки зрения безопасности, но и с точки зрения возможностей детального анализа.

Трехфазное КРУЭ с заземлением с обеих сторон

Для измерения трехфазных герметизированных систем КРУЭ можно также комбинировать различные устройства измере-ния сопротивления с испытательным прибором ACTAS. Единственное отличие от однофазного герметизированного КРУЭ состоит в том, что требуется только один PROMET R300 или R600. Испытательный ток распределяется параллельно между 3 камерами переключателей и корпусом КРУЭ. Благодаря более высокому выходному току 300 или 600 А в автоматических выключателях достигается уровень тока, который позволяет определять время срабатывания с помощью катушек Роговского. Рекомендуется подключать токовые кабели PROMET к полюсу B, так как это обеспечит наиболее равномерное распределение тока. Однако остается некоторая неравномерность, о которой в записанных данных измерения свидетельствует большее отклонение оценочного сигнала на полюсе B (см. рисунок 10). Конечно, также можно использовать три прибора PROMET L100 для подачи достаточного тока.

Метод измерения КРУЭ без отсоединения заземления

Для КРУЭ  с присоединенным заземлением можно выполнить измерение, используя метод "Первое  срабатывание». Для этого компания KoCoS предлагает Монитор испытания первого срабатывания (First Trip Test Monitor), который не только регистрирует первое размыкание переключателя, но также позволяет определять другие последовательности переключения. При использовании метода «Первое срабатывание» к вторичным обмоткам трансформаторов тока выключателя подключаются токовые клещи. Соответствующую длительность переключения можно измерить по измеренному синусоидальному току каждой фазы в зависимости от последовательности переключения. Чтобы определить нулевую точку переключения с помощью токовых клещей измеряются токи катушек. Затем прибор ACTAS можно запускать по соответствующему значению тока катушки. Для этого в испытательном приборе могут быть заданы внешние сигналы запуска, как для дискретных сиг-налов и их фронтов, так и для аналоговых сигналов с установ-кой порогового значения, которое аналоговый сигнал должен пересечь в ту или иную сторону в зависимости от операции.
Рисунок 7:  Cхема и вид оборудования при измерении трехфазного герметизированного КРУЭ с использованием ACTAS P360, трех PROMET L100 и катушек Роговского на выводе, отсоединенном от заземления
Рисунок 8:  Однофазное герметизированное КРУЭ, заземленное с обеих сторон, с ACTAS P360 и тремя PROMET L100, последовательность переключения CO

Рисунок 9:  Однофазное герметизированное КРУЭ, заземленное с обеих сторон, последовательность переключения O, с ACTAS P360 и тремя PROMET L100, в сравнении с полюсом A (слева – метод динамического измерения длительности срабатывания /  справа – метод измерения длительности срабатывания для КРУЭ)

Рисунок 10:  Трехфазное герметизированное КРУЭ, заземленное с обеих сторон, последовательность переключения OCO, с ACTAS P360 и PROMET R600


Выводы

Испытание распределительного устройства с воздушной изоляцией довольно легко выполнить, если сопротивление  выключателя намного ниже сопротивления заземления, что почти всегда имеет место. В случае же покупки испытательного оборудования для испытаний КРУЭ необходимо учитывать, что оно должно справляться со случаями, когда сопротивление выключателя равно или превышает сопротивление заземления. Использование катушек Роговского позволяет проводить гибкие и эффективные испытания КРУЭ, что, прежде всего, гарантирует необходимый уровень безопасности, поскольку все компоненты могут оставаться заземленными с обеих сторон. Этот метод имеет большие преимущества. Улучшаются не только аспекты безопасности испытаний, но и экономические аспекты; испытания могут быть выполнены более эффективно за меньшее время. Также требуется, чтобы при измерении контактного сопротивления данный комплект измерительного оборудования тоже мог использоваться для измерения при заземлении с обеих сторон.

Литература:
[1]    R ichter, F.: Verfahren zur Durchführung und Bewertung von Schaltgeräteprüfungen , ETZ, выпуск 15 (2003 г.)
[2]    FKH-/VSE - Конференция 5 ноября 2010 г. ETH Zurich «Gekapselte gasisolierte Schaltanlagen (GIS)» (2010 г.)
[3]    Dreier, J.: Überprüfung und Beurteilung von Motoren und Auslösespulen an Schaltgeräten, Netzpraxis, выпуск 6 (2015 г.)
[4]    Studen, C.: Schaltgeräte zeit- und kostensparend prüfen Netzpraxis, вы-пуск 9 (2017 г.)
[5]    МЭК 62271-100 Высоковольтное комплектное распределительное устройство – Часть 100 2008 г.
[6]    DIN VDE0105-100 / EN50110-1 Эксплуатация электроустановок  2013 г.
[7]    VDE 0682-415 / МЭК 61243-5, Работы под напряжением – Индикато-ры напряжения – Системы обнаружения напряжения (VDS) 2001 г.
[8] Studen, C.: Schaltzeitenbestimmung über externe Sensoren Netzpraxis,
выпуск 4 (2019 г.)

© ООО «Евротест», 2020 г. Копирование, распространение или любое иное использование материалов настоящей статьи допускается только с разрешения правообладателя. Нарушители будут привлечены к ответственности в соответствии с законодательством Российской Федерации.

Яндекс.Метрика