Изпитване на прекъсвачи

Прекъсвачите са сред най-важните компоненти на съвременните електрозахранващи системи. Те трябва да се задействат в рамките на изключително кратък интервал след засичането на повредата по мрежата, за да се предпазят други уязвими и скъпи съоръжения като трансформаторите например.

Прекъсвачите трябва да сработват след месеци или в някои случаи дори след години бездействие. За да е сигурно, че ще функционират правилно и, съответно, за да се повиши сигурността на мрежата като цяло, са необходими надеждни и ефективни уреди и методи за изпитване.

Новите разработки дават възможност да се подобрят и преразгледат традиционните методи, които понякога включват времеемки и тежки процедури.

Изпитването на прекъсвачите в подстанциите е важна задача от поддръжката на всяка енергопреносна система.

При нормална работа те пропускат тока и го прекъсват в случай на авария. Всички електрически апарати и устройства обаче рано или късно най-вероятно ще дефектират по някакъв начин. Неизправността може да се дължи на много фактори, сред които са и стареенето и външните въздействия.

Организацията, която поддържа енергопреносната система, трябва да е подготвена и да има готов план за всяка ситуация.

Прекъсвачите са сложни механични устройства, изискващи периодични настройки. Необходимостта за извършването на някои от тях се определя с обикновен оглед без специални изпитвания.

Но в повечето случаи трябва да се проведат електрически тестове, с които да се установи причината за излизането на работните характеристики извън допустимите граници.

Изпитване при първо изключване

Добър и бърз начин да се провери състоянието на един прекъсвач е да се опише поведението му при първото отваряне, след като в течение на дълго време не е бил задействан.

Свързването на измервателното оборудване към прекъсвача се прави, докато той все още е в работно положение. Всички връзки се правят вътре в контролния шкаф.

Най-голямото предимство на изпитването при първо изключване се състои в проверката на реалните условия на експлоатация.

Ако прекъсвачът не е сработвал години наред, при първото изключване ще стане ясно доколко той е станал по-бавен вследствие на проблеми в механичните съединения или в котвите на бобините поради корозия или изсъхнала грес.

По традиционните методи изпитването се провежда след като прекъсвачът се изведе от нормален експлоатационен режим и се накара да сработи веднъж или дори втори път.

На прекъсвачи с общо трифазно задвижване се измерва токът на една намотка, а на такива, при които полюсът е автономен модул, се измерва токът на трите намотки.

Анализът на времедиаграмата на тока през намотките дава информация за състоянието на прекъсвача. Могат да се измерят също и времената на сработване на дъгогасителните контакти.

Времето за отваряне може да се измери като се следи токът на вторичната намотка на разделителните защитни трансформатори, но при това положение в него ще се включи и времето до загасянето на дъгата.

Ако се осигури паралелна токова верига, времето за отваряне може да се измери по-точно, тъй като се минимизира дъговият разряд. При по-усъвършенстваните методи за провеждане на изпитването при първо изключване се измерват също и вибрациите, което дава детайлна информация за състоянието на прекъсвача.

Изпитване чрез пускане на голям ток в първичната страна

При този тест през първичната намотка на токовия трансформатор се пуска голям ток. Така се прави проверка на всички компоненти по веригата - на токовия трансформатор, проводниците, точките на свързване, релейната защита и понякога на прекъсвачите.

Системата, която се подлага на такова изпитване, трябва да е изведена от нормален експлоатационен режим. Изпитването обикновено се провежда във връзка с пусково-наладъчните работи.

Единственият начин да се докаже, че един прекъсвач с пряко действие работи правилно, е да се пусне голям ток през него.

Изследване на движението

Високоволтовите прекъсвачи служат за контролирано прекъсване на токовете на късо съединение. Това поставя високи изисквания към всички компоненти в дъгогасителната камера, както и към задвижващия механизъм.

Последният трябва да извършва движението с точно определена скорост, така че да се създаде подходящо налягане, което да позволи на охлаждащия поток въздух, масло или газ (в зависимост от вида на прекъсвача) да загаси дъгата, образувала се след разделянето на контактите и продължаваща до момента на преминаване на напрежението през нулата.

Важно е веригата на тока надеждно да се прекъсне физически, за да не се запали отново дъгата. Това се постига чрез отдалечаване на контактите на достатъчно голямо разстояние един от друг, преди още те да бъдат придвижени до т. нар. зона на демпфериране.

Разстоянието, в рамките на което електрическата дъга в прекъсвача трябва да бъде загасена, се нарича зона на искрене. От описаната при движението крива може да се изведе кривата на скоростта или ускорението с цел да се установят дори и нищожните изменения, които може да са настъпили в механичните елементи на прекъсвача.

Ход на движението. Описва се от точките, на които се намират контактите на прекъсвача във всеки един момент от операцията по разделянето/съединяването им.

При това се придобива важна информация, в това число за целия ход, за увеличението/съкращаването му над/под допустимото, за отскачания, протриване на контактите, за крайните позиции на подвижните контакти или за положението на задвижващия вал по време на затваряне или отваряне, както и за всякакви други аномалии, които стават явни при проследяване на хода на движението.

Скорост. Скоростта се изчислява между две точки по кривата на движението - горна и долна. Горната точка се определя като граница на изминато разстояние, изразено в дължина, градуси или проценти, от: точката, в която прекъсвачът окончателно застава в положение “затворен” или “отворен”, или от точката, от която започва затварянето или разделянето на контактите.

За придвижването между тези две последни точки минава време, вариращо от 10 до 20 милисекунди, което съответства на 1-2 пресичания на нулата. Долната точка се определя на базата на горната.

Тя може да се изрази или като начало на определено разстояние до горната точка, или като определено време преди да се достигане горната точка.

Най-важната полза от построяването на кривите на моментната скорост и на ускорението се състои в това, че въз основа на тях може да се добие представа за силите, които действат по време на активната работа на прекъсвача.

Демпфериране. Демпферирането е важен параметър, който трябва да се следи и проверява, тъй като съхранената енергия, използвана от задвижващия механизъм за отваряне и затваряне на прекъсвача, е значителна.

Големите механични натоварвания могат лесно да повредят прекъсвача и/или да намалят срока му на експлоатация.

Демпферирането на движението при отваряне обикновено се измерва като втора скорост, но може да се изрази и като времето, което минава за прехода между две точки, намиращи се непосредствено над линията на отвореното положение на прекъсвача (по кривата на движението - зона на демпфериране).

Измерване на статичното и динамичното съпротивление

Измерването на статичното съпротивление се извършва като се подаде постоянен ток през главните (разривните) контакти на прекъсвача, когато той е затворен. Чрез измерване на пада на напрежение, после може да се пресметне съпротивлението.

Стойността на съпротивлението на главните контакти отразява състоянието на проводящите части.

Стойността на статичното съпротивление е основен параметър за всички видове електрически контакти и съединения. Стандартът IEC56 дефинира, че това съпротивление трябва да се измерва при ток в границите от 50 A до номиналния ток за прекъсвача.

Измерването на динамичното съпротивление се извършва като се подаде постоянен ток през главния (разривен) контакт и след това се мери пада на напрежението и тока докато прекъсвачът е в процес на сработване.

Анализаторът, с който се извършва това измерване, после изчислява и изчертава графиката на динамичното съпротивление като функция на времето.

Ако едновременно с това се записва и кривата на движението на контакта, може да се види съпротивлението във всяка точка от тази крива. Методът се използва за диагностика на контакта, а в някои случаи и за измерване на времена.

С измерването на динамичното съпротивление може надеждно да се установи дължината на дъгогасителния контакт. Единствената реална алтернатива да се установи тази продължителност е чрез разглобяване на прекъсвача.

В елегазовите прекъсвачи дъгогасителният контакт обикновено е изработен от волфрам. Този контакт прогаря и при всяко прекъсване на товарния ток става все по-къс.

За качествено провеждане и анализ на измерването на динамичното съпротивление е необходим голям ток при изпитването и анализатор на прекъсвачи с добра разделителна способност.

Изпитване на бобините

Анализът на времедиаграмите на тока на изключвателните и включвателните бобини на прекъсвача може да даде информация за състоянието на спусковия механизъм.

При подаване на напрежение на бобината, кривата на тока нараства по права линия, като скоростта на нарастване зависи от електрическите характеристики на намотката и стойността на подаденото напрежение.

Щом котвата на бобината (която на свой ред задейства спусъка на енергоблока на задвижващия механизъм) започне да се движи, кривата променя наклона си, т.е. токът през намотката спада.

Първият, по-малък локален максимум е свързан с насищането на тока през намотката (токът достига максимума си). Тази част от кривата показва какво може да бъде най-малкото напрежение на изключване.

Ако токът през намотката достигне максимума си преди котвата и спусъкът да започнат движението си, това означава, че прекъсвачът няма да изключи. Важно е да се отбележи, че съотношението между двата локални максимума на тока може да се изменя съществено с изменението на температурата.

Това се отнася и за минималната стойност на напрежението на изключване. Токовете през намотките могат да се измерват редовно с оглед откриването на потенциални механични и/или електрически неизправности в механизма по активиране на задвижването, доста преди тези неизправности да доведат до реални аварии.

В някои случаи може да се наложи да се измери спадането на постоянното напрежение по време на активното сработване на бобината. Подаваното към нея напрежение ще се промени през този интервал.

Промяната ще повлияе на тока през намотката, на времето за придвижване на котвата и в крайна сметка на времето за прекъсване или възстановяване на контакта.

Изпитване на минимално напрежение

Това изпитване често се пренебрегва, макар че е регламентирано и препоръчвано от международните стандарти. Целта му е да се провери, че прекъсвачът може да работи при най-малкото възможно напрежение, подавано от акумулатор, в случаите на отпадане на електрозахранването.

Изпитването се провежда като се подаде най-малкото работно напрежение по спецификацията и се следи дали прекъсвачът функционира в рамките на посочените параметри. Стандартното напрежение при този тест е 85 и 70% от номиналното напрежение съответно за затваряне и отваряне на контакта.

Минималното напрежение, необходимо за сработване на прекъсвача

Това изпитване не бива да се бърка с гореописаното. Тук целта е да се определи минималното напрежение, при което прекъсвачът е в състояние да сработи.

То показва каква сила е необходима, за да се придвижи котвата на бобината. Времената за отваряне/затваряне на контакта не са важни при това изпитване, а само дали прекъсвачът работи или не.

Тръгва се от ниска стойност на напрежението и се подава контролен импулс към прекъсвача. Ако не сработи, напрежението се увеличава например с 5 V и се прави нов опит и т. н. Щом прекъсвачът сработи, стойността на напрежението, при която е направен опитът, се записва.

При следващата профилактика резултатите могат да се сравнят с тези от предходното изпитване и да се види дали има разлика.

Изпитване за установя-ване на вибрации

Анализът на вибрациите е неинвазивен метод, при който се използват акселерометри без подвижни части. Прекъсвачът може да остане в режим на нормална експлоатация по време на изпитването.

За измерването е необходим само един цикъл отваряне-затваряне. Резултатите при извършването му за първи път може да се различават от тези при второто или третото изпитване вследствие на корозията и на други проблеми, свързани с контакта метал-метал.

Проследяването на вибрациите е отличен метод за проверка на прекъсвача при първото му сработване след като дълго време е стоял в едно и също положение.

При анализа се снемат времедиаграмите на вибрациите и се сравняват с тези, снети по-рано. Тестът за установяване на вибрациите разкрива неизправности, които трудно могат да се установят по стандартните методи.

Но ако данните от обичайните изпитвания - времената за отваряне/затваряне на контактите, кривата на движението, токът през намотките и напрежението, подавано към тях - също са налице и се добавят към резултатите от анализа на вибрациите, ще се получи още по-точна преценка за работоспособността на прекъсвачите.