Эксплуатация автоматических выключателей зимой

Подавляющее большинство регионов России находится в климатических поясах с устойчивыми отрицательными зимними температурами. Для многих из них отметки термометра около -45°С вполне привычны. В частности, на просторах Югры, где производится основная российская нефтегазодобыча, температурный рекорд составляет -49°С. В Новосибирской области и Красноярском крае столбик термометра опускается ниже -50°С, а в Республике Саха (Якутии), славящейся добычей золота и алмазов, регистрировались температуры до -70°С. Удивительно, но человек переносит холод куда лучше, чем автоматика и электроника.

Сегодня выбор автоматических выключателей очень большой, но подходящих аппаратов для работы в морозы не так уж много.

Три беды защитных аппаратов

Отказы электрооборудования в сильные морозы до сих пор считаются в России неизбежным злом – ничего не поделать, климатические условия. Силовые автоматические выключатели также довольно уязвимый в этом плане сектор электрооборудования. «Эксперты нашей компании проводили исследования и анализировали, какие проблемы наиболее часто встречаются при работе низковольтных автоматических выключателей в холодное время года. В итоге было выявлено три основных причины, которые могут привести к отказу оборудования. Первая – это ухудшение свойств смазки. Вторая – при низких температурах наблюдаются сбои в работе электронных компонентов. Третья причина – точка росы и последствия этого явления, негативно воздействующие на элементы устройства», – сообщает Игорь Мещеряков, менеджер по оборудованию компании ABB.

Проблема №1. Смазочный материал.
Большинство используемых смазочных материалов создается на базе нефтепродуктов, у которых существует обратная зависимость вязкости от температуры. При определенном отрицательном значении смазка полностью теряет подвижность, что препятствует работе механических частей изделия, и в итоге при возникновении аварийной ситуации автоматический выключатель не сработает. К примеру, широко распространенные продукты («Смазка индустриальная ИП-1» (ТУ 0254-03-53839702-2005), «1-13» (ТУ 0254-02-53839702-2009) и др.) ограничены нижними рабочими температурами от -10 до -20°С.

«Загустевшая масса создает дополнительное сопротивление для зубчатых передач, что нередко приводит к разрушению пластиковых шестеренок в приводах. В частности, эта проблема актуальна для мотор-редукторов, используемых при дистанционном взводе автоматического выключателя. Кстати, сам материал, из которого изготавливаются эти элементы, должен быть протестирован на длительное время работы при экстремально низких температурах. В противном случае причинами разрушения деталей автоматического выключателя может стать не только загустение смазки, но и повышение хрупкости элементов», – поясняет Денис Нечаев, руководитель группы «Силовые автоматические выключатели» компании АББ.

Надо заметить, что существуют смазочные материалы с рабочими температурами до -40–50°С, использование которых в автоматических выключателях возможно, но ведет к удорожанию оборудования. Учитывая, что традиционно защитные аппараты с рабочим напряжением до 1000 В находятся внутри обогреваемых электроустановок, некоторые разработчики жертвуют надежностью работы устройства в угоду невысокой цене. «В свете движения к максимальной энергоэффективности обогрев помещений и узлов, где устанавливаются силовые аппараты, становится неактуальным. В конечном счете, за тепло платит потребитель энергоресурсов или покупатель продукции – а это постоянные финансовые затраты. Гораздо проще приобрести технику, которая способна работать во всем диапазоне температур, возможных в данной местности», – считает Ирина Орлова, инженер-проектировщик компании «ЦЭМ».

«На предприятиях, расположенных в северных районах, часто возникает необходимость в выключателях, которые могли бы успешно работать буквально посреди тайги при низких температурах окружающей среды, – дополняет Игорь Мещеряков. – И такие силовые выключатели постепенно появляются на рынке. Так, например, в аппаратах Emax LTT используется морозоустойчивая смазка. Силовые выключатели этой модели тестировались при температурах окружающей среды от -40°С до +70°С, и все испытания оборудование прошло успешно».

Проблема №2. Электронные компоненты расцепителя защиты.
Как правило, стандартные микроэлектронные изделия не предназначены для эксплуатации в экстремально холодных условиях. К примеру, многие конденсаторы с жидким электролитом имеют нижнюю границу работоспособности -25°С. Ряд конденсаторов с твердым диэлектриком вообще ограничивается минимальными рабочими температурами в -10–15°С. Также в области низких температур возникают определенные проблемы и при работе полупроводниковых приборов. У биполярных транзисторов существенно падают коэффициенты передачи токов (коэффициенты усиления), что может вызвать серьезные проблемы, особенно при ключевом режиме работы.

«Для безупречного функционирования электронных схем расцепителей защитных аппаратов, рассчитанных на эксплуатацию при низких температурах, мы используем специальные морозоустойчивые компоненты – конденсаторы, транзисторы, контроллеры и т.д. Такие микроэлектронные изделия способны выдержать температуры до -40°С, что обеспечивает надежную работу расцепителя силового выключателя, – рассказывает Игорь Мещеряков. – В случае применения стандартных микроэлектронных компонентов расцепитель может выйти из строя – это приведет к нарушению работы силового автомата. Оборудование уже не будет защищать сеть от перегрузок и короткого замыкания. А если в аппарате применяется расцепитель защиты с более сложными функциями, может перестать соблюдаться селективность срабатывания, что приведет к некорректной работе электрической сети».

Проблема №3. Точка росы
Для «холодных» регионов нашей страны характерны резкие перепады температур в период межсезонья. Днем столбик термометра может подниматься до +7–9°С, а ночью опускаться до -10-12°С. При этом в процессе резкого охлаждения, при прохождении точки росы, содержащаяся в воздухе жидкость превращается в конденсат. Его образование внутри столь ответственного узла, как защитный аппарат, где присутствуют напряжения до 1 кВ и токи в десятки и сотни ампер, очень опасно. Влага может вызвать окисление контактов и прочих открытых металлических частей устройства. Кроме того, с высокой вероятностью появятся утечки тока, приводящие к нештатным срабатываниям. И, разумеется, преждевременная коррозия значительно сократит срок службы прибора и потребует частого внепланового обслуживания. Именно поэтому корпуса «морозоустойчивого» оборудования должны изготавливаться из материалов, не подверженных коррозии: например, пластмассы или нержавеющей листовой стали.

Говоря о «холодных» проблемах автоматических выключателей, нельзя не упомянуть и о положительном моменте – минимальная рабочая температура у современных аппаратов на самом деле будет несколько ниже, чем заявленная в технической документации. «Если, например, в паспорте автоматического выключателя указано, что предельная рабочая температура защитного аппарата, размещенного не на открытом воздухе, а в закрытом шкафу, соответствует -36°С, то при наружной температуре в -40°С он будет вполне работоспособен, – объясняет Юрий Нишин, главный энергетик ОАО «Станкосиб», г. Новосибирск. – Это объясняется наличием в схемах и цепях активной составляющей сопротивления, они будут «самоподогреваться» в строгом соответствии с законом Джоуля-Ленца. И даже в неотапливаемом помещении или шкафу температура будет на 5–10 градусов выше, чем на открытом пространстве».

Дистанционный взвод – скорость и удобство

После штатного срабатывания автоматического выключателя и устранения причины неполадок в сети устройство необходимо включить. Однако при температуре -40°С выходить лишний раз из помещения на улицу не очень удобно (если аппарат установлен в трансформаторной подстанции или в распределительном устройстве, находящемся на открытом воздухе). Оборудование может находиться на значительном удалении от предприятия, и система «пошел-включил», а то и «выехал-включил» становится весьма затратной. Время, необходимое работнику, чтобы добраться до нужного шкафа или подстанции, безвозвратно теряется для производственного процесса. Также есть риск, что из-за не сработавшего устройства автоматического ввода резерва (АВР) остановятся технологические циклы предприятия.

ABB Emax LTTАвтоматический выключатель ABB из линейки Emax LTT.

«Эта проблема легко решается, если использовать автоматические выключатели с мотор-редуктором – устройством дистанционного управления. В последнее время спрос на такую комплектацию растет: например, в структуре продаж морозоустойчивых силовых выключателей линейки Emax LTT приборы, оснащенные дистанционным управлением, составляют порядка 70%, и лишь 30% – это аппараты только с ручным включением, – приводит статистику Игорь Мещеряков. – Очевидно, что люди понимают необходимость экономии времени, а значит, и денег. В то же время персонал имеет возможность трудиться в комфортных условиях, управляя процессами непосредственно из диспетчерской». Кроме того, по словам специалистов компании ABB, выключатели Emax LTT могут использоваться не только в холодных, но и в агрессивных климатических условиях. Это делает возможным их применение на верфях, морских ветрогенераторных установках, распределительных панелях, находящихся на открытом воздухе.

Долговечность работы любой системы зависит от надежности каждого из ее элементов. Существует миф, что технику западных производителей лучше не использовать в наших условиях, так как климат в европейских странах более мягкий. Тем не менее, появление на российском рынке автоматических выключателей с высокой степенью защиты от воздействий окружающей среды – результат усовершенствования оборудования зарубежными производителями именно для нашей страны. Причем специалисты уверены – если потребуются еще более морозоустойчивые выключатели, будут созданы и такие.

 

X