Analizator wyłączników automatycznych EGIL200
Produkty powiązane
Interpretacja wyników pomiarów
Analiza czasu i ruchu pozwala zweryfikować prawidłowe działanie wyłącznika automatycznego. Zapewnia to, że wyłącznik będzie w stanie usunąć usterkę w ciągu kilku cykli. Jeśli wyłącznik automatyczny nie był używany przez miesiące lub nawet lata, musi być w stanie zadziałać w każdej chwili. Najlepszym sposobem oceny wyników czasowych jest porównanie zmierzonych wartości ze specyfikacją producenta. Dane techniczne powinny znajdować się w instrukcji obsługi wyłącznika automatycznego lub na liście kontrolnej odbioru. Raporty z testów fabrycznych są często dostarczane wraz z wyłącznikiem; będą one zawierać specyfikacje lub punkt odniesienia, z którym można je porównać.
Jeśli specyfikacje producenta lub wyniki linii bazowej nie są dostępne:
- należy przeprowadzić wstępny szczegółowy pomiar w celu wygenerowania linii bazowej. Gdy w sieci znajduje się wiele takich samych wyłączników, można wygenerować wartości nominalne i docelowy zakres specyfikacji do porównania, dostosowując w razie potrzeby wszelkie wartości odstające.
- Poniższe informacje mogą służyć jako ogólne wytyczne, ale w żadnym wypadku nie mają zastosowania do wszystkich wyłączników automatycznych.
W nowoczesnych wyłącznikach czas styku mierzony jest w milisekundach. W starszych wyłącznikach może być on określony w cyklach. Oceniane styki obejmują styki główne, styki rezystora i styki pomocnicze. Podczas pomiaru czasu wykonywanych jest pięć różnych operacji lub sekwencji: zamknięcie, otwarcie, zamknięcie-otwarcie, otwarcie-zamknięcie (ponowne zamknięcie) i otwarcie-zamknięcie-otwarcie.
Główne styki są odpowiedzialne za przewodzenie prądu, gdy wyłącznik jest zamknięty i, co najważniejsze, wygaszanie łuku i zapobieganie ponownemu uderzeniu, gdy wyłącznik rozwiera obwód w celu wyeliminowania usterki. Styki rezystora załączającego rozpraszają wszelkie przepięcia, które mogą wystąpić po zamknięciu wyłączników wysokiego napięcia podłączonych do długich przewodów przesyłowych. Rezystory wyłączające są stosowane w starszych wyłącznikach automatycznych obwodu przedmuchu powietrza w celu ochrony głównych styków podczas rozwierania. Rezystory załączające i wyłączające są często określane akronimem PIR. Styki pomocnicze (AUX) to styki w obwodzie sterowania, które informują wyłącznik, w jakim stanie się znajduje, i pomagają kontrolować jego działanie.
Wartości znamionowe wyłącznika automatycznego są ustalane w cyklach, co określa czas potrzebny do usunięcia usterki. Czas otwarcia styków będzie krótszy niż czas znamionowy wyłącznika, ponieważ czas otwarcia styków to czas, w którym styki faktycznie się rozłączają. Podczas pracy, gdy styki się rozłączą, nadal istnieje łuk elektryczny wypełniający szczelinę między stykami, który musi zostać zgaszony. Czas otwarcia styku powinien być krótszy niż 1/2 do 2/3 znamionowego czasu przerwania wyłącznika, a czasy zamknięcia są zazwyczaj dłuższe niż czasy otwarcia. Różnica czasu między trzema fazami, znana jako rozrzut biegunów lub jednoczesność między fazami, powinna być mniejsza niż 1/6 cyklu dla operacji rozwierania i mniejsza niż 1/4 cyklu dla operacji zwierania, zgodnie z normami IEC62271-100 i IEEE C37.09. Jeśli wyłącznik ma wiele przerw w jednej fazie, wszystkie powinny działać niemal jednocześnie. Jeśli jeden styk działa szybciej niż pozostałe, wówczas na jednej przerwie będzie występować znacznie wyższe napięcie niż na pozostałych, powodując usterkę. Norma IEC wymaga tolerancji poniżej 1/8 cyklu, podczas gdy IEEE dopuszcza 1/6 cyklu dla tego rozrzutu wewnątrzbiegunowego. Nawet przy wartościach granicznych określonych przez IEEE i IEC jednoczesność większości wyłączników automatycznych jest często określana na 2 ms lub mniej. Odbicie styku jest również mierzone za pomocą kanałów pomiaru czasu. Odbicie styku jest mierzone w czasie (ms) i często pojawia się podczas operacji zwierania. Nadmierne odbicie oznacza osłabienie nacisku sprężyny na styki.
Rezystory załączające (PIR) są używane w połączeniu z głównymi stykami przy zwieraniu. Rezystor jest wsuwany jako pierwszy, aby rozproszyć przepięcia, po czym następuje zadziałanie głównych styków; następnie styk rezystora jest albo zwierany, albo usuwany z obwodu. Głównym parametrem do oceny jest czas wsuwania rezystora. Jest to czas, przez jaki styk rezystora znajduje się w obwodzie przed zamknięciem głównych styków. Typowy czas wsunięcia rezystora wynosi od połowy cyklu do pełnego cyklu. Jeśli styk główny jest szybszy niż styk rezystora, wyłącznik nie działa prawidłowo.
Styki pomocnicze (AUX) służą do sterowania wyłącznikiem i informowania o jego stanie. Styki A podążają za stanem styków głównych, tzn. jeśli wyłącznik jest otwarty, styk A jest otwarty, a jeśli wyłącznik jest zamknięty, styk A jest zamknięty. Styki B są zgodne z przeciwnym stanem wyłącznika, tzn. styk B jest zamknięty, gdy wyłącznik jest otwarty i odwrotnie. Nie ma ogólnych limitów czasowych dla różnicy między stykiem AUX a działaniem styku głównego. Jednak nadal ważne jest, aby zrozumieć i sprawdzić ich działanie oraz porównać je z poprzednimi wynikami. Styki AUX zapobiegają zbyt długiemu wzbudzaniu cewek zwierających i rozwierających oraz ich przepaleniu. Styki AUX mogą również sterować czasem zatrzymania styku, tj. czasem zamknięcia głównych styków podczas operacji zwierania/rozwierania.
Krzywa ruchu dostarcza więcej informacji niż jakikolwiek inny pomiar podczas wykonywania analizy czasu i ruchu. Ważne jest, aby zrozumieć, czy wyłącznik automatyczny działa prawidłowo. Aby zmierzyć ruch, należy podłączyć enkoder ruchu do wyłącznika automatycznego, który mierzy położenie mechanizmu lub styków w funkcji czasu. Enkoder mierzy odległość kątową lub liniową. Pomiary kątowe są często konwertowane na odległość liniową za pomocą stałej konwersji lub tabeli konwersji. Pomiar liniowy można również przeliczyć za pomocą współczynnika. Celem jest przełożenie ruchu enkodera na rzeczywisty ruch styków i określenie skoku styków głównych. Na podstawie skoku można obliczyć różne parametry. Jeśli nie jest dostępna stała konwersji lub tabela, skok i powiązane parametry mogą być nadal oceniane, ale mogą być niezgodne ze specyfikacjami producenta.
Prędkość jest mierzona zarówno podczas zwierania, jak i rozwierania. Najbardziej krytycznym parametrem do pomiaru na wyłączniku automatycznym jest prędkość rozwarcia styków. Wyłącznik wysokiego napięcia jest zaprojektowany do przerywania określonego prądu zwarciowego; wymaga to pracy z określoną prędkością w celu wytworzenia odpowiedniego strumienia chłodzącego powietrza, oleju lub gazu, w zależności od typu wyłącznika. Strumień ten chłodzi łuk elektryczny wystarczająco, aby przerwać prąd przy następnym przejściu przez zero. Prędkość jest obliczana pomiędzy dwoma punktami na krzywej ruchu. Istnieją różne sposoby wyboru punktów obliczania prędkości, z których najczęstsze to dotknięcie/separacja i czas przed/po lub w odległościach poniżej pozycji zamkniętej lub otwartej.
Powyższa krzywa ruchu przedstawia operację zwierania/rozwierania. Skok styków jest mierzony od pozycji „spoczynkowej otwartej” do pozycji „spoczynkowej zamkniętej”. Gdy wyłącznik zwiera obwód, styki przesuwają się poza pozycję zamknięcia; jest to określane jako przemieszczenie poza punkt zadziałania wyłącznika. Po przemieszczeniu poza punkt zadziałania wyłącznika styki mogą przesunąć się poza pozycję spoczynkową zamkniętą (w kierunku otwarcia); jest to parametr odbicia. Parametry te (tj. skok, przemieszczenie poza punkt zadziałania wyłącznika i odbicie) są również mierzone w trybie otwartym, ale odnoszą się do pozycji „spoczynkowej otwartej”, a nie do pozycji zamkniętej.
Operacja rozwierania na powyższym wykresie przedstawia zarówno przemieszczenie poza punkt zadziałania wyłącznika, jak i odbicie. Wykres wskazuje, gdzie styki stykają się i rozdzielają. Odległość od zetknięcia/oddzielenia do pozycji spoczynkowej zamkniętej jest określana jako przetarcie lub penetracja. Odległość, na której gaśnie łuk elektryczny wyłącznika, nazywana jest strefą wyładowania łukowego. Jest to pozycja na krzywej, w której należy obliczyć prędkość ruchu, o której mowa powyżej. Ponieważ operacje rozwierania odbywają się przy dużych prędkościach, często stosuje się tłumik, aby spowolnić mechanizm pod koniec skoku. Położenie, w którym działa tłumik, określa się mianem strefy tłumienia. W wielu wyłącznikach można mierzyć tłumienie na podstawie krzywej ruchu. Niektóre wyłączniki mogą jednak wymagać podłączenia oddzielnego enkodera do pomiaru tłumienia. Tłumienie można mierzyć zarówno podczas rozwierania, jak i zwierania. Tłumienie może mieć parametry odległości lub czasu powiązane z krzywą.
Skok wyłącznika jest bardzo mały w przypadku wyłączników próżniowych, około 10–20 mm, i wzrasta w zakresie 100–200 mm w przypadku wyłączników SF6, z dłuższymi skokami wymaganymi dla wyższych napięć. Starsze wyłączniki olejowe mogą mieć długość skoku powyżej 500 mm. Porównując skok dwóch różnych wyłączników, powinny one mieścić się w zakresie kilku mm, o ile są tego samego typu i wykorzystują ten sam mechanizm. Jeśli nie można znaleźć żadnych ograniczeń, można porównać przemieszczenie poza punkt zadziałania wyłącznika i odbicie ze skokiem wyłącznika; powinny one wynosić poniżej około 5% całkowitego skoku. Każde nadmierne odbicie lub przemieszczenie poza punkt zadziałania wyłącznika należy zbadać, aby zapobiec dalszemu uszkodzeniu styków i mechanizmu operacyjnego; często przyczyną jest wadliwy tłumik.
Pomiar napięcia roboczego i natężenia prądu cewki w rutynowy sposób może pomóc w wykrywaniu potencjalnych problemów mechanicznych i/lub elektrycznych w cewkach uruchamiających na długo przed pojawieniem się ich jako rzeczywistych usterek. Główna analiza koncentruje się na przebiegu natężenia prądu cewki; przebieg napięcia sterującego będzie odzwierciedlał krzywą natężenia prądu podczas pracy. Podstawowym parametrem oceny napięcia jest minimalne napięcie osiągane podczas pracy. Maksymalne natężenie prądu cewki (jeśli jest to dozwolone do osiągnięcia najwyższej wartości) jest bezpośrednią funkcją rezystancji cewki i napięcia włączającego.
Po dostarczeniu napięcia do cewki krzywa natężenia prądu początkowo wykazuje proste przejście, którego szybkość wzrostu zależy od charakterystyki elektrycznej cewki i napięcia zasilania (punkty od 1 do 2). Gdy twornik cewki (który uruchamia zatrzask na obudowie mechanizmu sterującego) zaczyna się poruszać, zmienia się zależność elektryczna i natężenie prądu cewki spada (punkty od 3 do 5). Od tego momentu układ cewki i zatrzasku zakończył swoją funkcję uwalniania zgromadzonej energii w mechanizmie. Gdy twornik osiąga mechaniczne położenie końcowe, natężenie prądu cewki wzrasta do wartości proporcjonalnej do napięcia cewki (punkty od 5 do 8). Następnie styk pomocniczy rozwiera obwód, a natężenie prądu cewki spada do zera wraz ze spadkiem prądu spowodowanym indukcyjnością w obwodzie (punkty od 8 do 9).
Wartość szczytowa pierwszego dolnego szczytu prądowego jest związana z w pełni nasyconym prądem cewki (prąd maksymalny), a zależność ta daje wskazanie rozrzutu do najniższego napięcia wyzwalającego. Jeśli cewka osiągnie maksymalny prąd przed rozpoczęciem ruchu twornika i zatrzasku, wyłącznik nie zostanie wyłączony. Jeśli wartość szczytowa zmienia się w stosunku do poprzednich pomiarów, pierwszą rzeczą do sprawdzenia jest napięcie sterujące i minimalna wartość, jaką osiąga podczas pracy. Należy jednak pamiętać, że związek między dwiema wartościami szczytowymi natężenia prądu zmienia się, szczególnie w zależności od temperatury. Dotyczy to również najniższego napięcia wyzwalającego. Jeśli czas między punktami od 3 do 5 wydłuża się lub krzywa przesuwa się w górę lub w dół w tym obszarze, oznacza to wadliwy zatrzask lub cewkę. Najczęstszą przyczyną jest brak smarowania w systemie zatrzasków; zaleca się oczyszczenie i nasmarowanie zatrzasku.
OSTRZEŻENIE: Podczas wykonywania jakichkolwiek czynności konserwacyjnych należy postępować zgodnie z protokołami bezpieczeństwa wyłącznika automatycznego. Zasilanie sterujące wyłącznika musi być wyłączone, a energia mechanizmu musi zostać rozładowana lub zablokowana przed przystąpieniem do konserwacji.
Jeśli układ zatrzasku jest prawidłowo nasmarowany, następnym krokiem jest sprawdzenie rezystancji cewek zwierających i rozwierających, aby upewnić się, że są one sprawne, i wymienić je w razie potrzeby.
Poniższe tabele wskazują typowe tryby awarii związane z pomiarami czasu i ruchu wyłączników wysokiego napięcia oraz możliwymi rozwiązaniami problemu.
OSTRZEŻENIE: Podczas wykonywania jakichkolwiek czynności konserwacyjnych należy postępować zgodnie z protokołami bezpieczeństwa wyłącznika automatycznego. Zasilanie sterujące wyłącznika musi być wyłączone, a energia mechanizmu musi zostać rozładowana lub zablokowana przed przystąpieniem do konserwacji.
| Close Time | Open Time | Damping Time | Charging Motor | Possible cause of failure condition |
|---|---|---|---|---|
| Faster/Slower | Normal | Normal | Normal | Change in characteristic of the closing system. Latching system is binding. |
| Faster | Normal | Normal | Normal | Spring charging system used for closing is defective. |
| Slower | Normal | Normal | Normal | Spring charging system used for closing is defective. |
| Normal | Slower | Normal | Normal | Change in characteristic of the closing system. Latching system is binding. |
| Faster | Slower | Normal/Slower | Normal/Slower | Reduced force exerted by opening springs. One of the opening springs is broken. |
| Slower | Slower | Normal/Slower | Normal/Slower | Increased friction throughout the entire breaker caused by (for example) corrosion in the linkage system. |
| Normal | Faster | Normal | Normal | Malfunctioning puffer system or extremely low SF6- pressure |
| Normal | Normal | Faster | Faster | Damaged opening damper. Not enough oil in the dashpot. |
| Normal | Normal | Slower | Slower | Damaged opening damper. Increased friction in the dashpot. |
| Tested parameter | Result |
|---|---|
| Coil current | Varies with coil resistance and control voltage. |
| Control voltage | Increased voltage drop indicates increased resistance of the coil supply cables. Must be measured in order to obtain traceability of coil current measurements and timing measurements. |
| Coil resistance | A change could indicate a burned coil or a short circuit between winding turns. Can be calculated from control voltage and peak current. |
| Armature stop time | Increased time indicates increased mechanical resistance in latch system or coil armature. |
| Armature start current | Increased current indicates increased mechanical resistance in coil armature. Gives an indication of the lowest operation voltage (coil pick up). |
| Max motor current | Varies with winding resistance, supply voltage and applied force. Start current not considered. |
| Motor voltage | Increased voltage drop indicates increased resistance in the motor supply cables. |
| Spring charge motor start time | Closing time of auxiliary contact for the spring charge motor. |
| Spring charge motor stop time | Increased time shows e.g. higher mechanical friction. |
Pomiary w mikroomach, powszechnie nazywane pomiarami rezystancji statycznej (SRM) lub cyfrowymi testami omomierza o niskiej rezystancji (DLRO) (czasami nazywane także testami Ducter™), są wykonywane na wyłączniku automatycznym przy zamkniętych stykach w celu wykrycia możliwego zużycia lub uszkodzenia głównych styków. Jeśli rezystancja styków głównych jest zbyt wysoka, wystąpi nadmierne nagrzewanie, które może spowodować uszkodzenie wyłącznika. Typowe wartości wynoszą poniżej 50 μΩ dla wyłączników dystrybucyjnych i przesyłowych, podczas gdy wartości dla wyłączników generatorów często wynoszą poniżej 10 μΩ. Jeśli wartość jest nieprawidłowo wysoka, konieczne może być kilkukrotne powtórzenie testu lub podanie prądu przez 30–45 s w celu „wypalenia” styków; pomoże to usunąć wszelkie utlenienie lub smar, który może znajdować się na stykach. Wyniki pomiarów w mikroomach dla wszystkich trzech faz powinny mieścić się w granicach 50%, a wszelkie wartości odstające należy zbadać. Zawsze sprawdzaj, czy połączenia są prawidłowe, i ponawiaj testy, gdy wartości są wysokie. Norma IEC wymaga zastosowania prądu testowego o natężeniu co najmniej 50 A, natomiast norma IEEE wymaga prądu o natężeniu co najmniej 100 A.
Pomiar rezystancji dynamicznej (DRM) pozwala w sposób wiarygodny oszacować długość styków opalnych. Praktycznie jedynym alternatywnym sposobem ustalenia długości styków opalnych jest demontaż wyłącznika. W wyłącznikach SF6 styk opalny wykonany jest zazwyczaj z wolframu. Kontakt jest wypalany i staje się krótszy z każdym wyłączeniem prądu obciążenia.
Pomiar polega na wymuszeniu prądu stałego w obwodzie styków głównych i pomiarze spadku napięcia i prądu podczas operacji otwierania wyłącznika. Następnie analizator wyłączników oblicza i wykreśla rezystancję w funkcji czasu. Jeśli jednocześnie rejestrowany jest ruch styku ruchomego, można odczytać rezystancję w każdej pozycji styku. Metoda ta jest wykorzystywana do diagnostyki styków, a w niektórych przypadkach także do pomiaru czasów.
Wiarygodna interpretacja DRM wymaga dużego prądu pomiarowego i analizatora wyłączników z dobrą rozdzielczością pomiarową, a analizatory wyłączników firmy Megger spełniają oba te warunki.
DRM to niezawodna metoda szacowania długości/zużycia styku opalnego. Zewnętrzny moduł SDRM zapewnia dużą wartość prądu, a EGIL200 pozwala wykonać dokładny pomiar z bardzo dobrą rozdzielczością, 16,1 mm w powyższym przypadku.
