Експлуатація автоматичних вимикачів узимку
Переважна більшість регіонів України знаходиться в кліматичних поясах із стійкими негативними зимовими температурами. Багатьом їх позначки термометра близько -45°З цілком звичні. Зокрема, на теренах Югри, де виробляється основний український нафтогазовидобуток, температурний рекорд становить -49°С. У Новосибірській області і Красноярському краї стовпчик термометра опускається нижче -50°С, а Республіці Саха (Якутії), що славиться видобутком золота та алмазів, реєструвалися температури до -70°С. Дивно, але людина переносить холод набагато краще, ніж автоматика та електроніка.
Сьогодні вибір автоматичних вимикачів дуже великий, але відповідних апаратів для роботи в морози не так багато.
Три біди захисних апаратів
Відмови електрообладнання у сильні морози досі вважаються в Україні неминучим злом – нічого не вдієш, кліматичні умови. Силовіавтоматичні вимикачі також досить уразливий у цьому плані сектор електроустаткування. «Експерти нашої компанії проводили дослідження та аналізували, які проблеми найчастіше зустрічаються при роботі низьковольтних автоматичних вимикачів у холодну пору року. У результаті було виявлено три основні причини, які можуть призвести до відмови обладнання. Перша – це погіршення властивостей мастила. Друга – за низьких температур спостерігаються збої у роботі електронних компонентів. Третя причина – точка роси та наслідки цього явища, які негативно впливають на елементи пристрою», – повідомляє Ігор Мещеряков, менеджер з обладнання компанії АББ.
Проблема №1. Мастильний матеріал. Більшість використовуваних мастильних матеріалів створюється з урахуванням нафтопродуктів, які мають зворотна залежність в'язкості від температури. При певномунегативному значенні мастило повністю втрачає рухливість, що перешкоджає роботі механічних елементів вироби, й у результаті у разі аварійної ситуації автоматичний вимикач не спрацює. Наприклад, широко поширені продукти («Мастило індустріальне ІП-1» (ТУ 0254-03-53839702-2005), «1-13» (ТУ 0254-02-53839702-2009) та ін) обмежені нижніми робочими температурами від - 10 -20°С.
«Загусла маса створює додатковий опір для зубчастих передач, що нерідко призводить до руйнування пластикових шестерень у приводах. Зокрема, ця проблема є актуальною для мотор-редукторів, що використовуються при дистанційному взведенні автоматичного вимикача. До речі, сам матеріал, з якого виготовляються ці елементи, повинен бути протестований на тривалий час при екстремально низьких температурах. В іншому випадку причинами руйнування деталей автоматичного вимикача може стати не лише загусання мастила, а й підвищення крихкості елементів», – пояснює Денис Нечаєв, керівник групи «Силові автоматичні вимикачі» компанії АББ.
Слід зазначити, що є мастильні матеріали з робочими температурами до -40–50°С, використання яких у автоматичних вимикачах можливе, але веде до подорожчання устаткування. Враховуючи, що традиційнозахисні апарати з робочою напругою до 1000 В знаходяться всередині електроустановок, що обігріваються, деякі розробники жертвують надійністю роботи пристрою на догоду невисокій ціні. «У світлі руху до максимальної енергоефективності обігрів приміщень та вузлів, де встановлюються силові апарати, стає неактуальним. Зрештою, за тепло сплачує споживач енергоресурсів чи покупець продукції – а це постійні фінансові витрати. Набагато простіше придбати техніку,яка здатна працювати у всьому діапазоні температур, можливих у цій місцевості», – вважає Ірина Орлова, інженер-проектувальник компанії «ЦЕМ».
«На підприємствах, розташованих у північних районах, часто виникає необхідність у вимикачах, які могли б успішно працювати буквально посеред тайги за низьких температур навколишнього середовища, – доповнює Ігор Мещеряков. – І такі силові вимикачі поступово з'являються на ринку. Так, наприклад, в апаратах Emax LTT використовується морозостійке мастило. Силові вимикачі цієї моделі тестувалися при температурах навколишнього середовища від -40 до +70°С, і всі випробування обладнання пройшло успішно».
Проблема №2. Електронні компоненти розчіплювача захисту. Зазвичай стандартні мікроелектронні вироби не призначені для експлуатації в екстремально холодних умовах. Наприклад, багато конденсаторів з рідким електролітом мають нижню межу працездатності -25°С. Ряд конденсаторів із твердим діелектриком взагалі обмежується мінімальними робочими температурами -10–15°С. Також в області низьких температур виникають певні проблеми і під час роботи напівпровідникових приладів. У біполярних транзисторів істотно падають коефіцієнти передачі струмів (коефіцієнти посилення), що може спричинити серйозні проблеми, особливо за ключового режиму роботи.
«Для бездоганного функціонування електронних схем розчіплювачів захисних апаратів, розрахованих на експлуатацію за низьких температур, ми використовуємо спеціальні морозостійкі компоненти – конденсатори, транзистори, контролери тощо. Такі мікроелектронні вироби здатні витримати температуру до -40°С, що забезпечує надійну роботу розчеплювача силового вимикача, – розповідає Ігор Мещеряков. – У разі застосування стандартнихмікроелектронних компонентіврозчіплювач може вийти з ладу - це призведе до порушення роботи силового автомата. Устаткування вже не захищатиме мережу від перевантажень та короткого замикання. А якщо в апараті застосовується розчіплювач захисту з більш складними функціями, може припинити дотримуватися селективність спрацьовування, що призведе до некоректної роботи електричної мережі».
Проблема №3. Крапка роси Для «холодних» регіонів нашої країни характерні різкі перепади температур у період міжсезоння. Вдень стовпчик термометра може підніматися до +7–9°С, а вночі опускатися до –10–12°С. При цьому в процесі різкого охолодження, при проходженні точки роси, рідина, що міститься в повітрі, перетворюється на конденсат. Його утворення всередині такого відповідального вузла, як захисний апарат, де присутні напруги до 1 кВ і струми в десятки та сотні ампер, дуже небезпечне. Волога може спричинити окислення контактів та інших відкритих металевих частин пристрою. Крім того, з високою ймовірністю з'являться витоку струму, що призводить до нештатних спрацьовувань. І, зрозуміло, передчасна корозія значно скоротить термін служби приладу та потребуватиме частого позапланового обслуговування. Саме тому корпуси «морозостійкого» обладнання повинні виготовлятися з матеріалів, не схильних до корозії: наприклад, пластмаси або нержавіючої листової сталі.
Говорячи про «холодні» проблеми автоматичних вимикачів, не можна не згадати і про позитивний момент – мінімальна робоча температура у сучасних апаратів насправді буде дещо нижчою, ніж заявлена в технічній документації. «Якщо, наприклад, у паспорті автоматичного вимикача зазначено, що гранична робоча температура захисного апарату, розміщеного не на відкритому повітрі, а у закритій шафі,відповідає -36 ° С, то при зовнішній температурі -40 ° С він буде цілком працездатний, - пояснює Юрій Нішин, головний енергетик ВАТ «Станкосиб», м. Новосибірськ. – Це пояснюється наявністю у схемах та ланцюгах активної складової опору, вони «самоподогріватимуться» у суворій відповідності до закону Джоуля-Ленца. І навіть у неопалюваному приміщенні чи шафі температура буде на 5–10 градусів вищою, ніж на відкритому просторі».
Дистанційний взвод – швидкість та зручність
Після штатного спрацювання автоматичного вимикача та усунення причини неполадок у мережі пристрій необхідно увімкнути. Однак при температурі -40°С виходити зайвий раз із приміщення на вулицю не дуже зручно (якщо апарат встановлений у трансформаторній підстанції або розподільчому пристрої, що знаходиться на відкритому повітрі). Обладнання може бути на значній відстані від підприємства, і система «пішов-включив», а то й «виїхав-включив» стає досить затратною. Час, необхідний працівникові, щоб дістатися потрібної шафи чи підстанції, безповоротно втрачається для виробничого процесу. Також є ризик, що через пристрій автоматичного введення резерву (АВР), що не спрацював, зупиняться технологічні цикли підприємства.
Автоматичний вимикач ABB із лінійки Emax LTT.
«Ця проблема легко вирішується, якщо використовувати автоматичні вимикачі із мотор-редуктором – пристроєм дистанційного керування. Останнім часом попит на таку комплектацію зростає: наприклад, у структурі продажів морозостійких силових вимикачів лінійки Emax LTT прилади, оснащені дистанційним керуванням, становлять близько 70%, і лише 30% – це апарати лише з ручним включенням, – наводить статистику Ігор Мещеряков. – Очевидно, що люди розуміютьнеобхідність економії часу, отже, і грошей. У той же час персонал має можливість працювати в комфортних умовах, керуючи процесами безпосередньо з диспетчерської роботи». Крім того, за словами фахівців компанії АББ, вимикачі Emax LTT можуть використовуватися не тільки в холодних, але і в агресивних кліматичних умовах. Це уможливлює їх застосування на верфях, морських вітрогенераторних установках, розподільних панелях, що знаходяться на відкритому повітрі.
Довговічність роботи будь-якої системи залежить від надійності кожного її елементів. Існує міф, що техніку західних виробників краще не використовувати в наших умовах, тому що клімат у європейських країнах м'якший. Проте поява на українському ринку автоматичних вимикачів із високим ступенем захисту від впливів довкілля – результат удосконалення обладнання закордонними виробниками саме для нашої країни. Причому фахівці впевнені – якщо будуть потрібні ще морозостійкі вимикачі, будуть створені й такі.