Публикации »

Современные технологии и инновации в электротехнике

Современные технологии и инновации в электротехнике

 

От надежности и функциональности электротехнического оборудования напрямую зависит эффективная и безопасная работа многих производственных комплексов и обеспечение жизнедеятельности объектов разного назначения.

 

Современные технологии обеспечения селективности в сетях электроснабжения (теория и практика)

При проектировании, монтаже и последующей эксплуатации современных систем электроснабжения основной задачей является обеспечение надежной и безопасной работы сети за счет соблюдения селективности. Другими словами, согласования рабочих характеристик аппаратов защиты, чтобы в случае перегрузки или короткого замыкания (КЗ) срабатывало только устройство, в защищаемой цепи которого возник сверхток. При этом остальная часть электроустановки должна оставаться в рабочем состоянии. ГОСТ Р 50030.2-2010 выделяет две разновидности селективности.

Первая — полная, когда при последовательном соединении двух аппаратов защиты от сверхтоков оборудование со стороны нагрузки (потребителей) осуществляет защиту без срабатывания устройства со стороны питания.

Вторая — частичная, когда при последовательном соединении двух аппаратов защиты от сверхтоков оборудование со стороны нагрузки осуществляет защиту без срабатывания аппарата со стороны питания лишь до определенного уровня сверхтока Is (предельный ток селективности).

Избирательность срабатывания устройств защиты достигается путем регулировки и согласования их параметров и уставок. Например, для селективной работы оборудования при перегрузках достаточно, чтобы номинальный ток (In) защитного аппарата со стороны питания был больше In автоматического выключателя (АВ) со стороны нагрузки.

Добиться согласования рабочих характеристик устройств защиты при коротких замыканиях (КЗ) гораздо сложнее. Алексей Данкин, главный инженер компании «МПО Электромонтаж» отмечает, что чаще всего для обеспечения координации срабатывания защитных аппаратов в зоне КЗ[1] специалисты используют токовый метод обеспечения селективности. Он основывается на выборе автоматических выключателей с различными уставками по току, причем более высокие значения должны иметь аппараты защиты на стороне питания. Этот способ наиболее простой, но полная селективность обеспечивается только в конечных распределительных щитах, где расчетные токи КЗ и номиналы выключателей небольшие. Для более сложных распределительных устройств он недостаточен.

В зоне КЗ помимо токового могут использоваться такие методы обеспечения селективности, как временная, энергетическая и зонная.

Ознакомимся с каждым типом координации рабочих характеристик аппаратов защиты в теории и на практике.

 

Временная селективность. Теория и практика

Теоретически данный тип селективности достигается за счет введения преднамеренной задержки времени срабатывания автоматических выключателей. Специалисты компании АВВ отмечают, что настройка защитных аппаратов осуществляется путем постепенного повышения порогов токов и задержки срабатывания по мере приближения к источнику питания. Уставка срабатывания по времени аппаратов на стороне питания должна быть такая, чтобы не создавать зон пересечения с аппаратами на стороне нагрузки. Нужно убедиться, что выбранные вышестоящие автоматические выключатели с задержкой срабатывания имеют значение кратковременно выдерживаемого тока (Icw), превышающее максимальный ток КЗ, который может протекать в рассматриваемой части установки. Значение Icw нормируется для аппаратов категории применения В по ГОСТ Р 50030.2-2010[2].

Временная селективность обычно реализуется в электроустановках на уровне вводных устройств и главных распределительных щитов (ГРЩ) между воздушными автоматическими выключателями (относятся к аппаратам категории применения В по ГОСТ), которые оснащены электронными расцепителями с защитой от КЗ, срабатывающей с задержкой.

Анализ селективности проводится путем сравнения времятоковых кривых срабатывания защитных устройств.

Практический пример. На стороне питания установлен воздушный АВ Emax E2N на 2000 А. Исходя из параметров электрической сети (сечение кабеля, установленная мощность электроприемников), для защиты со стороны нагрузки был выбран АВ в литом корпусе Tmax T5N на 630 А. Расположение аппаратов защиты приведено на рис. 1. Проверим, обеспечивается ли селективность между этими устройствами.

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1. Расположение аппаратов защиты

 

В первую очередь нужно построить времятоковые характеристики срабатывания двух аппаратов защиты. Более точно это позволяет выполнить специальное программное обеспечение, разработанное производителем автоматических выключателей. Пример полученных характеристик приведен на рис. 2.

 

 

Рис. 2. Временная селективность между автоматическими выключателями АВВ: Emax E2N и Tmax T5N

 

По графикам видно, что в зоне КЗ обеспечивается достаточная временная задержка между вышестоящим (Emax E2) и нижестоящим (Tmax T5) автоматическими выключателями. Следовательно, селективность аппаратов по времени соблюдается, причем предельный ток селективности Is равен кратковременно выдерживаемому току Icw аппарата защиты Emax E2 (для Emax E2N — 55 кА).

Для корректного обеспечения селективности отдельное внимание следует уделить настройкам расцепителя защиты вышестоящего аппарата:

- при включенной функции защиты от КЗ с мгновенным срабатыванием (I3 = ON) предельный ток селективности определяется как уставка защиты I за вычетом погрешности расцепителя, которая составляет 10%; 

- при отключенной функции I (I3 = OFF) предельный ток селективности равен кратковременно выдерживаемому току Icw вышестоящего аппарата защиты.

 

Энергетическая селективность. Теория и практика

Теоретически координация энергетического типа является специфическим способом обеспечения селективности, который основан на токоограничивающих характеристиках автоматического выключателя в литом корпусе. В условиях КЗ такие АВ имеют чрезвычайно высокое быстродействие (время срабатывания — порядка нескольких миллисекунд). Поэтому для анализа данного вида селективности невозможно использовать времятоковые характеристики автоматических выключателей, приведенные в каталогах.

Специалисты АВВ обращают внимание на то, что взаимодействие и поведение двух последовательно установленных токоограничивающих автоматических выключателей в значительной степени зависит как от значения возникающего тока, так и от типоразмера АВ. Поэтому значения предельного тока селективности не могут быть определены конечным пользователем. Специально для решения этой проблемы производители предоставляют так называемые таблицы энергетической селективности и программы расчета, в которых указаны значения предельного тока селективности Is при КЗ между различными комбинациями АВ. Необходимый объем технических данных, программных средств и устройств для реализации селективности любого уровня сложности может предоставить только производитель автоматических выключателей с широким ассортиментом продукции и значительными ресурсами для проведения испытаний, ведь во многом для составления таблиц энергетической селективности необходимо именно проведение испытаний, в ходе которых проверяется срабатывание различных автоматических выключателей при КЗ.

Энергетическая селективность является основой для построения координации в распределительных щитах, вводных распределительных устройствах (ВРУ) и ГРЩ с номинальными токами от 16 А до 1600 А.

Практический пример. На стороне питания установлен токоограничивающий автоматический выключатель АВВ Tmax T5N с электронным расцепителем на 400 А. Исходя из параметров электрической сети для стороны нагрузки был подобран аппарат АВВ Tmax XT4N. Расположение аппаратов приведено на рис. 1.

Руководствуясь времятоковыми характеристиками автоматических выключателей, приведенными на рис. 3, можно сделать ошибочный вывод, что Is = 6 кА (токовая селективность). В то же время, исходя из таблицы, имеющейся в брошюре АВВ «Таблицы координации», которую предоставляет производитель (см. рис. 4), видно, что данная пара выключателей имеет Is = 50 кА. Следовательно, времятоковые характеристики не являются достаточным критерием для определения предельного тока энергетической селективности.

Как видно из примера, энергетический вид селективности позволяет получить значительно большие значения предельных токов селективности, чем токовая без завышения уставок защиты от КЗ.

 

 

Рис. 3. Времятоковые характеристики автоматических выключателей АВВ: Tmax XT4 и Tmax T5

 

 

Рис. 4. Таблица координации энергетической селективности автоматических выключателей АВВ: Tmax XT4 и Tmax T5

 

Важно заметить, что для реализации энергетической селективности настройки вышестоящего выключателя должны удовлетворять следующим требованиям:

- если аппарат имеет термомагнитный расцепитель TMA, то настройка защиты от КЗ должна быть установлена на максимум (10хIn);

- если аппарат имеет электронный расцепитель, то защита I должна быть отключена (I3 = OFF);

- характеристики срабатывания выключателей не должны иметь пересечений.

 

Зонная селективность. Теория и практика

Теоретически, зонный тип селективности осуществляется между двумя аппаратами, объединенными специальным информационным кабелем. Данный тип селективности основан на взаимодействии автоматических выключателей между собой посредством этого кабеля. Автоматические выключатели одного уровня объединяются в так называемые «зоны». Если любой из выключателей данной зоны обнаруживает неисправность, то он посылает сигнал блокировки вышестоящему устройству защиты. Последний, в свою очередь, начинает отсчет дополнительной выдержки времени. Если за это время расположенный ниже аппарат не в состоянии произвести отключение, то коммутацию производит выключатель, расположенный выше. Если выключатель из любой зоны обнаруживает КЗ и не получает сигнала блокировки, то он будет срабатывать без дополнительной задержки по времени в соответствии со стандартными настройками.

Пример топологии зон показан на рисунке 5.

Зонная селективность может быть реализована между воздушными автоматическими выключателями и АВ в литом корпусе, оснащенными сложными расцепителями на базе микропроцессоров с технологией цифровой обработки сигналов.

 

Рис. 5. Топология построения зон и подключения аппаратов для зонной селективности

 

Практический пример. Рассмотрим реализацию зонной селективности между двумя автоматическими выключателями АВВ в литом корпусе серий Tmax T4L с электронным расцепителем PR223EF. Для обеспечения зонной селективности между двумя (или более) выключателями, оснащенными расцепителями PR223EF, необходимо реализовать подключение через последовательное соединение (шина IL).

Исходя из технических данных, предоставляемых производителем, можно определить предельный ток селективности. Для данного примера эта величина может достигать 100 кА.

Какой бы способ координации защитных аппаратов ни обеспечивался, при проектировании электрических сетей крупных предприятий обязательно составляются так называемые карты селективности. В них указываются все уставки срабатывания всех аппаратов защиты, начиная от выключателей, установленных в подстанции, и заканчивая устройствами в распределительных щитах.

Облегчить процесс подбора и координации оборудования, а также составления таких карт помогает современное программное обеспечение (ПО). Например, ПО АВВ Curves позволяет составить схему, построить времятоковые характеристики автоматических выключателей, проверить координацию аппаратов, а также построить карты селективности с учетом необходимых настроек расцепителей. Последним нужно уделять особое внимание, так как без грамотных настроек даже правильно подобранные автоматические выключатели могут в результате оказаться нескоординированными между собой.

Проектирование современной селективной установки на предприятии — задача сложная и трудоемкая, и подходить к ее выполнению нужно ответственно: малейшая ошибка грозит авариями, влекущими за собой тяжелые последствия для оборудования и персонала. Именно поэтому селективность должна обеспечиваться различными способами и на разных уровнях, тем более что современные аппараты защиты помогают реализовать различные принципы координации.

 

Инновации

На российском рынке появилась новая линейка автоматических выключателей LTT из флагманской серии Emax (производство АВВ). Они работают в широких температурных диапазонах и гарантированно выдерживают мороз до –40 ºС. Аппараты подходят для применения на неотапливаемых подстанциях, в распределительных панелях и устройствах, установленных на улице.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Морозостойкость Emax LTT обусловлена применением новой незагустевающей смазки, усовершенствованием устройства механических частей и электронных компонентов расцепителей.

Конструкция корпуса выполнена так, что риск возникновения пробоя в результате образования конденсата или инея сведен к нулю. Элементы аппарата сделаны из листовой стали, не подверженной коррозии, устойчивы к механическим повреждениям и другим агрессивным факторам окружающей среды. Двойная изоляция токоведущих частей и разделение между фазами снижают риск возникновения короткого замыкания. Дополнительная комплектация электрическими и механическими аксессуарами дает возможность дистанционно управлять нагрузками и автоматическим вводом резерва. Это позволяет персоналу управлять аппаратом дистанционно, не выходя из помещения.

Денис Нечаев, руководитель группы «Силовые автоматические выключатели» компании АВВ напоминает, что изделия серии Emax с момента появления были законодателями моды для аппаратов подобного класса. Теперь появилась первая специальная серия выключателей европейского производства (разработка АВВ), которой не страшны холода. Устройства LTT в течение нескольких лет испытывались на заводе АВВ SACE в Италии. Аппараты подвергались специальным испытаниям, в т. ч. проверялась работа при резкой смене температуры от –40 до 70 ºС. Аппараты успешно прошли все тесты и подтвердили заявленные характеристики. В будущем номенклатура автоматических выключателей АВВ для низких температур будет расширяться: добавятся автоматические выключатели в литом корпусе на различные номинальные токи.

Способность работать в условиях повышенной влажности и низкой температуры делает возможным использование Emax LTT в материковых и морских ветрогенераторах. Напомним, согласно опубликованному Минэнерго проекту распоряжения о мерах стимулирования развития возобновляемых источников энергии к2020 г. на долю ВЭС должно приходиться 6,15 ГВт. На сегодняшний день мощность ветровых станций в России оценивается в 15–16 МВт.

Клаус Сёренсен, генеральный консул Дании в Санкт-Петербурге3 уверен, что переход на «зеленую» энергию благотворен как для экологии, так и экономики. Кроме того, страны, внедряющие альтернативную энергетику, в меньшей степени зависят от нефти и газа, запасы которых конечны. По словам консула, в России есть большой потенциал для ветровых турбин. Это особенно актуально для отдаленных районов, где они в полной мере могут обеспечить потребности населения в электроэнергии.

Emax LTT рассчитан на номинальный ток от 800 до 3200 А. Автомат доступен в трех типоразмерах. Его небольшие габариты экономят пространство внутри распределительного щита. Аппарат выпускается в стационарном и выкатном исполнении, может иметь три или четыре полюса.

На выставке Hi-Tech Building-2012 в Москве компания АВВ представила новинки в линейке продукции ABB i-bus KNX. Наибольший интерес вызвали два решение: радиошина Bush-WaveLINE и домофонная система ABB Welcome 8 для многоквартирных домов.

Радиошина Busch-WaveLINE разработана в дополнение к проводной системе KNX на витой паре для объединения различных компонентов и устройств в систему интеллектуального управления, когда прокладка проводов затруднена или невозможна. В компании АВВ отмечают, что если рассматривать загородное жилье, то как раз там часто возникает необходимость автоматизации объектов, которые находятся вне помещения, например, на дачном участке (приводы рольставней гаража, система полива, наружное освещение). Тянуть провода в таких случаях нецелесообразно, а устройства Bush-WaveLINE устанавливаются за несколько минут. Программирование тоже максимально простое: настройка при помощи джампера под силу даже неспециалисту.

Причем данная беспроводная система может работать автономно, без ABB i-bus KNX. В простейшем варианте нужны лишь радиомодуль и пульт дистанционного управления.

Новая линейка включает в себя уникальные инженерные решения: двусторонний конвертор, преобразующий радиосигнал в витую пару и обратно, уличный датчик движения, способный работать при низких температурах, а также радиомодуль для оконной ручки. Последний дистанционно контролирует, какие окна открыты, закрыты или находятся в режиме проветривания. Информация поступает на светодиодный индикатор либо (через конвертор) на панель управления «умным домом» Bush-Comfort Panel.

Радиосигнал передается на частоте 868 МГц. Его дальность для датчиков движения и пультов дистанционного управления — до100 мв открытом пространстве, для остальных компонентов —20 м. При этом любое устройство одновременно является ретранслятором, что позволяет создавать обширные сети при минимальной мощности импульса для передачи сигнала.

Еще одна новинка выставки — домофонная система для многоквартирных домов ABB-Welcome 8. Ее уникальной особенностью специалисты считают способность работать в широком диапазоне температур (от –40 до +70 оС), что актуально для большинства российских регионов. Станция вызова оснащена «интеллектуальной» видеокамерой, которая сохраняет в памяти портреты посетителей и распознает лица в темноте. В единую сеть можно объединить до 9 999 000 абонентских устройств. Для ее построения используется UTP-кабель — тот самый, который применяется для организации локальной компьютерной сети. Объединение абонентов ABB-Welcome 8 предоставляет такие возможности, как связь между соседями (интерком) и рассылка текстовых сообщений, что облегчает управляющей компании работу по информированию жильцов. Самая крупная на сегодняшний день домофонная система на базе линейки ABB-Welcome 8 создана в Китае и объединяет 2 650 абонентов.

Среди других функций ABB-Welcome 8 — автоответчик и возможность интеграции с мобильными устройствами на базе iOs и Android. При помощи приложения телефон выполняет функции абонентского устройства, позволяя владельцу квартиры, даже находящемуся далеко от дома, увидеть посетителя и поговорить с ним. Кроме того, ABB-Welcome 8 легко встраивается в систему автоматизированного управления зданием на на базе ABB i-bus KNX. Домофонная система предназначена для жилых комплексов различного уровня, от среднего класса до премиум.

 

 

Справка о компании:

Компания АВВ является ведущим поставщиком силового оборудования и технологий для электроэнергетики и автоматизации производства. Применение продукции компании АВВ повышает эффективность производства, снижая воздействие на окружающую среду.

Компания АББ ведет бизнес в 100 странах, а ее штат насчитывает около 145 тысяч человек. В России работает 27 ее офисов (продаж и сервиса) и 5 действующих производственных площадок., а штат компании в России составляет около 1 300 сотрудников.

 

Подготовил Андрей Никитин



[1] Под зоной короткого замыкания понимают диапазон значений тока и, следовательно, соответствующую часть кривых срабатывания автоматического выключателя, которые в 8–10 раз выше номинального тока.

[2] Категорию применения выключателя следует определять с учетом того, предназначается он или нет для обеспечения селективности благодаря намеренной выдержке времени относительно других выключателей, последовательно присоединенных со стороны нагрузки в условиях короткого замыкания.

Автор: по материалам редакции
Дата: 12.02.2013
Журнал Стройпрофиль 104
Рубрика: электротехническое оборудование




«« назад