Реклоузер VR. Введение

Проблемы сетей 6(10)кВ

Исторически сложилось так, что линии электропередач напряжением 6(10) кВ в России являются одними из самых протяженных. При этом они чаще других подвержены аварийным ситуациям, по статистике это более 80% от всех аварий в электрической сети. Износ коммутационного оборудования среднего напряжения оценивается специалистами на уровне в 70%. Таким образом, значительная часть оборудования не только не способна предотвратить развитие аварийной ситуации, но даже сигнализировать о ней.

Не редко, для уменьшения частоты отключений, персонал эксплуатирующих организаций снижает чувствительность защит на стороне 6(10) кВ понижающих подстанций, что в последствии приводит к более серьёзным авариям и отключениям подстанций целиком. А это обширное отключение потребителей, срабатывание защит на понижающих трансформаторах, большие финансовые потери, опасность для здоровья и жизни людей.

Последние 20 лет в основном проблему решают, постепенно заменяя устаревшие масляные выключатели пунктов секционирования на более надежные и безопасные вакуумные, не изменяя при этом структуру и схему сетей, способ установки. Ретрофит продлевает жизнь системы. Она становится более надежной, но остается малоэффективной и неэкономичной.

Таким образом, большая часть перебоев электроснабжения и затрат на эксплуатацию и ремонт сетей в нашей стране зависит от решения задачи организации подключения и защиты линий 6(10)кВ. Поэтому руководители сетей все чаще говорят о принципиальной модернизации электроснабжения с учетом новых цифровых технологий.

Основное решение для обновления воздушных сетей – реклоузеры – автоматические коммутационные устройства для наружной установки на опорах. Понятие “реклоузер” возникло в США, это автономное устройство, предназначенное для отключения и последующего повторного включения цепи (автоматическое повторное включение – АПВ) по определенному алгоритму.

Почему реклоузер?

Вес и размеры реклоузера сравнительно малы, что дает существенное снижение расходов по доставке его к месту эксплуатации. Особенно это значимо в труднодоступных районах, например, где транспортировка возможна только вертолетом. Схему, собранную на них, удобно развивать, добавляя или перенося реклоузеры в точки, где они дают лучшую защиту и бесперебойность электроснабжения.

Дополнительно нужно отметить безопасность реклоузеров для обслуживающего персонала и окружающих, более высокую защищенность от краж.

Однако это не все плюсы этого оборудования и его функции могут быть гораздо шире, если использовать современные реклоузеры.

Рынок

На отечественном рынке представлены все передовые модели иностранного производства: SIEMENS, NOJA POWER, ABB. Всех их можно характеризовать как качественные надежные устройства с высокой стоимостью. При этом не все они адаптированы к работе в России, могут не учитывать некоторые российские стандарты и протоколы обмена данными.

Среди российских производителей выделяется один безусловный лидер – Таврида Электрик. С помощью больших инвестиций и кооперации с иностранным производителем эти устройства выведены на достойный технический уровень и приближаются по параметрам к образцам мировых лидеров индустрии.

Реклоузеры и автоматические пункты секционирования других отечественных производителей серьезно отстают от лидера по параметрам и функциональности. По сути они обеспечивают АПВ, но не решают все задачи, поставленные в концепции развития цифровизации сетей.

Технические недостатки

Все реклоузеры 6-20 кВ производимые в России сделаны на базе стандартных вакуумных выключателей для внутренней установки, то есть аппаратов другого назначения. Их приходится помещать в закрытую металлическую оболочку, что повышает вес и парусность, снижает устойчивость модуля к ветровым нагрузкам. Это также небезопасно для людей: короткое замыкание в закрытом объеме приводит к взрывообразному повреждению корпуса с разлетающимися далеко в разные стороны частями и деталями.

Часть устройств использует катушки Роговского, которые хорошо подходят для измерения высоких токов и не обладают достаточной точностью при низких токах. Но основное требование к реклоузерам – их автоматическая работа, требующая точной настойки срабатывания. Другие производители применяют трансформаторы тока, что значительно увеличивает вес комплекта.

Чаще всего отечественные аппараты не имеют датчиков напряжения. Если у блока управления реклоузером есть функции защиты по напряжению – требуется установка измерительных трансформаторов напряжения. Это усложняет и утяжеляет конструкцию, делает её менее надежной и подверженной механическим поломкам.

Подавляющее число российских производителей использует стандартные блоки РЗА вместо специализированных микропроцессоров для управления реклоузерами.

АПВ передовых реклоузеров обеспечивают 4 цикла повторных включений. РЗА – обычно 1-2 цикла.

Блоки управления реклоузеров нового поколения дают возможность работы с разными характеристиками токовых защит в циклах АПВ. Это позволяет вводить или выводить отдельные ступени токовой защиты в разных циклах АПВ. Реклоузер на каждом цикле АПВ переходит на соответствующие настройки с возможностью использования разных ступеней защит. Это позволяет обеспечить нужную селективность реклоузеров, последовательно установленных на магистрали, и эффективно защитить вставки предохранителей на ответвлениях.

Что еще он может?

Кроме реклоузеров, имеющих режим секционалайзера, существуют также механические секционалайзеры, имеющие более низкую стоимость, но требующие выезда оперативной бригады для восстановления электроснабжения.

Ввод в эксплуатацию многочисленных дополнительных источников энергии –  таких как солнечные и ветровые электростанции значительно усложняет схемы сетей. Их управление становится невозможным без реклоузеров нового поколения, отвечающим современным требованиям к цифровым сетям распределения. Новые реклоузеры могут сейчас или в будущем быть подключены к любой системе SCADA, в том числе по новейшему протоколу МЭК-61850, внедряемому сетями.

В длительной перспективе основную экономию новые реклоузеры дадут сокращением расходов на обслуживание. Большая часть неисправностей будет исправляться автоматически, а отличная селективность, секционалайзеры и удаленное управление сетью позволят точно и быстро находить неисправное устройство или участок линии и выехать для ремонта непосредственно к нему без потери времени на поиск.

Можно уверенно сказать, что реклоузеры современного типа – наиболее подходящие коммутационные устройства для строительства новых цифровых воздушных электросетей и модернизации устаревших линий.

Цель создания реклоузера VR Арум

Проанализировав имеющийся в мире уровень развития техники, мы заключили, что на рынке не хватает разработанных в России устройств, отвечающих новейшим требованиям современных стандартов сетей. Была поставлена цель – разработать и представить рынку автоматический реклоузер, выигрывающий по стоимости среди аналогичных по параметрам устройств иностранных и российских компаний-лидеров.

В результате мы получили реклоузер VR, обладающий описанными ниже основными параметрами. В настоящее время он проходит тестирование и внутризаводские испытания.

1. Полюса наружной установки исключают междуфазное перекрытие изоляции и короткое замыкание в замкнутом объеме. При их конструировании использовались проверенные наработки компаний SIEMENS и ABB.

2. Гидрофобный материал литой изоляции полюсов обеспечивает эффективное удаление влаги, то есть снижение токов утечек, уменьшение налипания снега и обледенения.

3. Механизм электромагнитного привода, известный как “bi-stable magnet system” (электромагнитная защелка), с мощным запасом по механической прочности и усилию прижатия контактов вакуумных камер.

4. Вакуумные камеры на номинальный рабочий ток 800А, номинальный ток отключения 16кА позволяют эффективно использовать VR не только на протяженных воздушных линиях, но и для подстанций.

5. 3 встроенных в полюса трансформаторов тока и 6 резистивных датчиков напряжения обеспечивают реклоузеру VR высокую точность и полный перечень необходимых защит: МТЗ, ОЗЗ, защита от пониженного или повышенного напряжения, обрыва фаз, изменения частоты напряжения и многих других.

6. Корпуса привода коммутационного аппарата и вандалостойкого шкафа управления реклоузером выполнены из нержавеющей стали, что обеспечивает стойкость к коррозии и прочность. Порошковое покрытие светлого оттенка снижает нагрев от солнечной радиации и не привлекает лишнего внимания к дорогостоящему оборудованию.

7. В комплект входит прочная рама из холоднокатаной стали с покрытием горячим цинком для установки на одну опору, полный комплект нержавеющего крепежа и комплектующих для установки реклоузера и шкафа управления.

8. Поддержка всех применяемых в России протоколов обмена данными: IEC 60870-5-101, IEC 60870-5-104, Modbus RTU, DNP 3.0. Поддержка протокола обмена данными в реальном времени МЭК 61850. Возможность подключения в любую сеть SCADA.

9. Работа по принципу P2P (peer to peer) позволяет строить одноранговую локальную сеть из нескольких реклоузеров, обменивающихся данными между собой.

10. Широкий ряд функций реклоузера: АВР, АПВ, АЧР, определение места замыкания, автоматический тест состояния аккумуляторной батареи, проверка ресурса вакуумных камер и т.д.

В настоящее время ведется разработка аналогичных реклоузеров на напряжение 20кВ и 35кВ.

*Использованы фотоматериалы из сети Интернет

Конструкция коммутационного модуля

Силовая часть реклоузера VR – коммутационный модуль – состоит из привода в корпусе из коррозионностойкой стали с порошковым покрытием и трёх закреплённых на нём полюсов наружной установки.

Нержавеющая сталь обеспечивает защиту на весь срок эксплуатации в условиях наружного применения. Полиэфирное порошковое покрытие несёт декоративную функцию и обеспечивает дополнительную защиту от агрессивных веществ в воздухе.

Корпус является несущим для механизма и полюсов, испытывает значительные нагрузки от проводов и ветра, поэтому менее прочные материалы как алюминий недостаточно надёжны.

Полюса

Полюса вакуумного выключателя наружной установки изготавливаются из специально разработанной полиэфирной смолы HCEP с гидрофобными свойствами, что уменьшает намокание, прилипание снега и грязи, обледенение. Светло-серый цвет снижает нагрев от солнечной радиации.

Внутри полюса установлена вакуумная камера (4) с гибким токосъемом (6) и тяговым изолятором (7). В изоляцию каждого полюса залиты два резистивных датчика напряжения (3) и один трансформатор тока (8). Подвижный (5) и неподвижный (2) контакты вакуумной камеры находятся внутри герметичного пространства полюса. Особенность силовых терминалов (1) в том, что они сконструированы для присоединения гибких проводников.

Полюса реклоузера VR 15-800/16-380 рассчитаны на рабочее напряжение до 15,5кВ, то есть он может быть использован не только в сетях 6кВ, 10кВ, но и 15кВ (например, Калининград). Такая универсальность даёт массу преимуществ. Стойкость изоляции при 1 минуте – до 50кВ, а к грозовому импульсу – до 110кВ, что значительно превышает регламентированные требования для напряжений 6кВ или 10кВ.

Заявленные характеристики аппарата – номинальный ток 800А, номинальный ток отключения до 16кА. При этом применены вакуумные камеры, рассчитанные на значительно более высокие параметры – номинальный ток 1250А, номинальный ток отключения до 25кА. Это сделано для увеличения коммутационного ресурса при токе отключения 16кА до 70 циклов.

Привод

Привод коммутационного модуля – электромагнитный с магнитной защёлкой, или “bi-stable magnet system”, обеспечивающий удержание подвижного контакта вакуумной камеры без постоянного питания электромагнита. При включении, на обмотку электромагнита (17) кратковременно подается напряжение. Электромагнит, преодолевая усилие пружин (10, 16), втягивает якорь (19) электромагнита со штоком (20). Шток через коромысло (21) и общую балку (14) передает усилие на тяговый изолятор (7), который давит на подвижный контакт (5) вакуумной камеры. Такой тип соединения обеспечивает высокую синхронность, с разновремённостью движения контактов не более 2 мс. Малое собственное время включения привода, не более 43 мс, обеспечено мощным электромагнитом, а время отключения, 30 мс, – усиленными пружинами (10).

Удержание контактов во включенном состоянии происходит за счет мощных постоянных магнитов (18). Усилие прижима контактов вакуумных камер – около 2000 N, что достаточно даже для номинального тока отключения 25кА. При этом магниты имеют дополнительный запас по усилию удержания контактов в замкнутом состоянии до 40% выше уровня, требуемого для номинального тока 16кА. Запас обеспечивает надежную работу механизмов в экстремальных условиях, таких как температура до -60°С, землетрясение 8 балов и т.п.

Оперативное питание электромагнита осуществляется напряжением 220 В, что уменьшает токи, сечение проводов и положительно сказывается на уменьшении потерь и снижении стоимости реклоузера.

Пружины (16) в основании тяговых изоляторов поддерживают необходимый прижим и компенсацию выработки ресурса контактов, сохраняя сопротивление главной цепи не более 70 мкОм.

Шток механической блокировки (15) при вытягивании размыкает контакты вакуумных камер коммутационного модуля, если они были замкнуты. При этом блокируется включение реклоузера механически и электрически, не позволяя включить его из шкафа управления, дистанционно через SCADA или автоматически согласно алгоритму контроллера. Снимается блокировка только вручную путем возврата штока на место.

Привод также оборудован механическим счетчиком коммутационных циклов (13) и индикатором состояния выключателя (11).

В стандартном исполнении механизм позволяет отрабатывать номинальный цикл операций О–0.3с–ВО–2с–ВО–2с–ВО, по запросу возможна поставка реклоузера с циклом О–0.1с–ВО–1с–ВО–1с–ВО.

10кВ / 20кВ / 35кВ

Описанная выше конструкция реклоузера относится не только к аппарату на напряжение 15,5кВ. Устройство и принцип действия находящихся в начальной стадии разработки VR 27-800/16-380 и VR 38-800/16-380 будут полностью идентичны, отличия будут только в параметрах и типоразмерах. Унификация позволит быстрее завершить разработку и запуск в производство реклоузеров на 20кВ и 35кВ, облегчит их ввод в эксплуатацию, обслуживание и ремонт.

Общие принципы

Как отмечено выше, мы не старались конструировать реклоузер на грани технических возможностей материалов. Все компоненты брались с приличным запасом для более надежной работы, прочности и ремонтопригодности. Размеры корпуса коммутационного блока и расстояние между полюсами выбирались для удобства монтажа и обслуживания. Считаем, что для потребителя это важнее погони за супер-компактностью и самым лёгким весом.

При работе над проектом команда Арум придерживалась принципа разумной достаточности. Мы стремились выделить и улучшить характеристики, действительно важные для эксплуатации, а не «придумать» параметры по которым можно делать громкие рекламные заявления. Полагаем, что это позволяет нам оставаться честными перед заказчиком, а продукту – оптимальным по качеству и стоимости.

Как пример можно рассмотреть механический ресурс реклоузера. Заявленный для VR ресурс 10000 циклов до капитального ремонта – это стандарт для большей части аппаратов ведущих мировых производителей, хотя это не является для них серьезным техническим ограничением. Не сложно создать аппарат на 30000 циклов и более, но встает неудобный вопрос: Какова цель?

При сроке эксплуатации 25-30 лет 10000 циклов – это приблизительно 1 цикл в день. Такой режим эксплуатации является фантастическим и свидетельствует о постоянном наличии неисправностей. Сложно представить эксплуатирующую службу ежедневно в течении 25 лет игнорирующую такого рода проблемы. Таким образом, указание огромного механического ресурса или иных «лучших в мире» параметров – это в лучшем случае применение более дорогих комплектующих с избыточными для заказчика качественными характеристиками. А еще это может оказаться трудно проверяемыми пустыми заявлениями для маркетинга и намеренного составления невыполнимых для конкурентов технических заданий, что по сути является признаком недобросовестной конкуренции.

Характеристики реклоузеров VR не являются лучшими на рынке, их значения оптимальны. Параметры важные для надежности и безопасности обеспечены запасом прочности конструкции и элементов. Преимущество реклоузеров VR Арум – выверенное сочетание уровня качества, характеристик и стоимости продукта. Если какие-то из параметров объективно недостаточны для реальных проектов, мы готовы внимательно изучить причины и при необходимости ввести изменения.

Комплекты для монтажа

Мы позаботились о том, чтобы обеспечить специалистов, производящих монтаж реклоузера на объекте, всем необходимым и облегчить их работу в сложных условиях.

Корпус коммутационного модуля оборудован проушинами, а в комплект поставки каждого реклоузера входят специально подобранные стропы.

Для установки реклоузера на опору предлагается специальный комплект. Он включает все требующиеся принадлежности и комплектующие для монтажа, крепления и присоединения реклоузера к проводам, включая изоляционные и контактные элементы.

При заказе комплекта для установки на опору коммутационный модуль поставляется полностью смонтированным на монтажной раме, включая установку ОПН. В комплект также входит кронштейн для крепления шкафа управления.

Для дополнительных трансформаторов для обеспечения собственных нужд, учета или организации двойного ввода предлагаются специальные опциональные крепления.

Все комплекты и приспособления для монтажа полностью снабжены крепежом из коррозионностойкой стали.

Процесс установки рамы на опору детально продуман для обеспечения простоты, скорости и безопасности. Сначала на опоре на нужной высоте монтируется легкое крепление с крюками. Рама с установленным на ней коммутационным модулем с помощью крана поднимается и навешивается на крюки крепления. После этого остается только зафиксировать соединение рамы и крепления болтами.

Монтажная рама коммутационного модуля изготовлена из стали. Расчеты подтверждают надежность конструкции при скорости ветра до 40м/с без обледенения и до 15м/с при толщине льда 20мм.

Защита рамы от коррозии обеспечивается сплошным покрытием горячим цинком. Масса монтажной рамы не превышает 40 килограммов.

Секционалайзер SA

Секционалайзер (от англ. sectionalizer) – это автоматическое коммутационное устройство, предназначенное для дробления воздушных линий на участки. Оно не способно отключать линию при токах нагрузки и тем более токах короткого замыкания, не имеет в своем составе релейной защиты. Его принцип действия другой: отсоединение линии в бестоковую паузу на определенном цикле срабатывания АПВ ближайшего со стороны подачи питания реклоузера или иного выключателя.

Как мы уже говорили, реклоузер VR может использоваться в режиме секционалайзера, что даёт многие преимущества и удобство оперирования, так как после устранения аварии на линии его можно включить дистанционно. Однако с экономической точки зрения выгоднее использовать специальные механические секционалайзеры, имеющие более простое устройство. Экономия может составлять до 70% от стоимости реклоузера.

Механический интеллектуальный секционалайзер SA оборудован логическим устройством, фиксирующим превышение номинального тока и количество отключений вышестоящего аппарата. Номинальный ток может быть установлен в промежутке от 20А до 250А. Когда измеряемый ток превышает установленный номинальный ток на определенное значение, секционалайзер запускает счетчик отключений. Если после установленного количества циклов АПВ авария не устранилась, и фиксация превышения тока повторяется – секционалайзер размыкается при следующем отключении питания. Максимально на секционалайзере SA можно установить 4 отсчета отключений.

В автоматическом режиме размыкание контактов секционалайзера производится за счет разблокирования электромагнитной защелки. Пружина отталкивает один из контактов секционалайзера и он опрокидывается под своим весом, повисая на другом контакте.

Секционалайзеры SA оборудованы беспроводной пофазной синхронизацией – при размыкании устройства по одной из фаз две другие фазы отсоединяются автоматически.

Ручное соединение и разъединение производится оператором с земли посредством изолированной штанги.

Комбинация секционалайзеров с реклоузером позволяет разбить линию на мелкие участки, отключать только тот участок или ветку на которой есть устойчивая авария. Особенно эффективно применение такой комбинации на сильно разветвленных линиях. Так с помощью одного реклоузера и множества секционалайзеров можно обеспечивать защиту всех веток и одновременно высокую бесперебойность снабжения потребителей электроэнергией.

Приведем пример организации работы такой сети с одним реклоузером VR и тремя секционалайзерами SA.

На схеме реклоузер VR1 запрограммирован на четырёхкратное АПВ, значки около секционалайзеров указывают на количество их ступеней отсчета. Авария на участке ниже секционалайзера SA2 включает отсчёт на его счётчике коммутаций. После третьего цикла АПВ на реклоузере VR1 секционалайзер SA2 разрывает цепь, что изолирует поврежденный участок линии. Счётчики на секционалайзерах SA1 и SA3 не производят отсчёт коммутаций, так как они не регистрируют протекания через себя превышающих номинал токов. Отрабатывая четвертый цикл АПВ реклоузер VR1 включается и продолжает электроснабжение всех участков, кроме поврежденного.

Такую систему защиты гораздо проще настроить, она действует надежно и в меньшей степени зависит от изменений параметров потребления электроэнергии.

ШКАФ УПРАВЛЕНИЯ

Шкаф управления работой автоматического реклоузера VR выполнен из нержавеющей стали толщиной 2мм и имеет класс защиты IP65. Также как коммутационный модуль, он имеет порошковое покрытие цвета RAL7035.

Для защиты от конденсата и перепадов температуры шкаф оборудован электрическим нагревателем и клапаном давления.

Шкаф управления может быть дополнительно оснащён подключением второго ввода, модемами и антеннами для связи.

Про выбор средств измерения 

Выбор средств измерения для реклоузера – до сих пор непростая задача для любого разработчика.

Традиционно используемые измерительные трансформаторы напряжения имеют ряд недостатков: явления резонанса, гистерезиса, насыщения, остаточного намагничивания. У них значительный вес (от 26 до 29 кг) и габариты, высокая стоимость, так как они сделаны из дорогостоящего железа и электротехнической меди. Всё это побуждает производителей искать новые измерительные преобразователи.

Емкостные делители напряжения компактны и легки, но требуют использования высокоточных и стабильных высоковольтных конденсаторов. Электромагнитное экранирование таких делителей достаточно сложно в изготовлении, требуется обеспечение достаточной электрической прочности и учет паразитных ёмкостей на экран. Еще более значительные минусы емкостных датчиков — это диэлектрические потери, существенная зависимость электрической емкости от приложенного напряжения, большая зависимость входного и выходного импеданса от частоты. Как результат, они имеют меньшую точность. Некоторые производители пытаются компенсировать недостатки алгоритмической обработкой сигнала, но это ведет к невозможности проверить показания обычными средствами.

Мы остановили свой выбор на резистивных датчиках – делителях напряжения (3). Эти датчики также имеют малые размеры и вес, доступную элементную базу. Несмотря на сложность экранирования, они по сравнению с ёмкостными делителями имеют ряд преимуществ. Это гораздо более высокая точность, независимость от приложенного напряжения, линейность характеристик, стабильность во времени.

Минусы катушки Роговского для измерения тока — это слабый сигнал, нелинейная зависимость от частоты, влияющая на измерение гармоник. Высокочастотные явления, такие как удары молний или высокочастотные импульсы, возникающие при коммутации аппаратов, могут наводить в обмотке катушки Роговского маломощные высоковольтные сигналы и приводить к лишним срабатываниям. Производители решают эти проблемы применением сложных вычислительных алгоритмов РЗА, специфической цифровой обработкой сигнала. Однако работу системы измерения и защиты с такими датчиками невозможно проверить обычными тестерами РЗА.

Измерительные трансформаторы тока (8) дороже и тяжелее катушек Роговского, однако мы сделали выбор в их пользу. Плюсы измерительных трансформаторов тока – точность измерения в широком диапазоне токов, линейность по отношению к частоте, хорошая изученность, надежность и простота для профессионалов.

Выбранные для реклоузера VR средства измерения можно тестировать обычными приборами для испытаний РЗА.

Шкаф управления

Шкаф управления состоит из следующих основных модулей:

• Контроллер
  Выполняет все математические расчеты, измерения, коммуникацию.
• Источник питания c драйвером привода
  Обеспечивает бесперебойное питание для работы реклоузера независимо от наличия сетевого напряжения. Драйвер управления перманентным магнитом интегрирован в источник для уменьшения габаритов блока. Источник связан с контроллером по интерфейсу CAN для передачи информации о наличии сетевого питания, состояния АКБ и зарядного устройства.
• АКБ
  Аккумуляторная батарея 24В 18А/ч является источником резервного питания.
• Модем (опционально)
  Служит для удаленного управления и подключения реклоузера к системам SCADA.

Контроллер FTU–R200i

Контроллер является основой реклоузера, от него напрямую зависит скорость выполнения команд защиты, точность измерения, возможности внешней коммуникации и удобство управления. На рынке контроллеров существует большое количество предложений различных исполнений от простейших блоков РЗА до специальных устройств для реклоузеров.

FTU-R200i – это специализированный контроллер, обеспечивающий оптимальное сочетание характеристик, функционала, простоты и удобства управления.

Основу контроллера составляют два вычислительных модуля: цифровой сигнальный процессор (DSP) и центральный процессор (CPU).

DSP – это 32-х разрядный процессор с частотой работы 200 МГц. Данный модуль в сочетании с 16-ти битным АЦП (аналогово цифровой преобразователь) позволяет обрабатывать сигналы в реальном времени и с высокой точностью. Основные задачи DSP:

• Цифровая фильтрация аналоговых входов;
• Быстрое преобразование Фурье, вычисление векторов;
• Расчет электрических величин;
• Контроль неисправностей.

CPU – это 32-х разрядный процессор с частотой работы 240 МГц. Основные задачи CPU:

• Контроль состояния и формирования команд управления;
• Интерфейс взаимодействия реклоузер – пользователь;
• Запись, хранение, передача событий состояния и неисправностей;
• Интерфейс взаимодействия реклоузер – SCADA;
• Самодиагностика.

Удобство управления обусловлено простым и гибким пользовательским интерфейсом, включающим в себя:

• 4-х строчный 20-ти разрядный знакосинтезирующий ЖК дисплей (1);
• 4 кнопки управления меню (2);
• 4 индикатора самодиагностики (6);
• 3 индикатора состояния подключения к SCADA (5);
• кнопка сброса ошибок (3);
• кнопка теста работы индикации (4);
• кнопка запуска теста АКБ (7);
• 24 программируемых индикатора (8);
• 10 программируемых кнопок управления (11);
• кнопки «ОТКЛЮЧИТЬ» и «ВКЛЮЧИТЬ» (10).

Важно, что индикаторы и кнопки управления могут программироваться отдельно под каждую задачу. Индикацию и управление можно связать с дистанционными входами/выходами и командами реклоузера посредством логических схем, что еще больше расширяет возможности контроллера, позволяет дополнить систему специфическими датчиками (устройствами). Эта опция позволяет реализовать специальные дополнительные требования заказчика.

Стандартно на кнопках управления с индикацией выбранного режима задана следующая логика:

Настройка параметров реклоузера может осуществляться через меню непосредственно на самом контроллере, либо с внешнего компьютера с использованием программы FTUman.

Функционал

Измерение

Точность измерения и типы измеряемых величин представлены в таблице.

Реклоузер позволяет контролировать качество электроэнергии, потребляемую мощность (активную и реактивную).

Контроллер реклоузера VR измеряет гармонический состав сети, отслеживает пики потребления.

Также доступно отслеживание тока и напряжения прямой, обратной и нулевой последовательности для оперативного определения дисбаланса на линии.

Подключение к SCADA

Для подключения к SCADA в шкаф управления можно установить модемы, поддерживающие следующие физические каналы передачи данных:

• Радио канал (GPRS/GSM/радио)
• Проводной канал (Ethernet/RS485/RS232)
• Оптоволоконный канал.

Контроллер реклоузера поддерживает следующие протоколы передачи данных:

• MODBUS (RTU/TCP)
• DNP3 (serial/TCP)
• МЭК 60870-5-101
• МЭК 60870-5-104
• МЭК 61850
• SMS (GSM)

В шкафу управления предусмотрена возможность подключения до 3-х модемов. Для этого имеется гальванически развязанный источник питания 24В 1А с 3-мя выходами. Контроллер имеет функцию перезагрузки модемов при их «зависании», для этого он сбрасывает питание данного источника через заданные промежутки времени.

Контроллер принимает от системы SCADA сигналы управления, и передаёт ей измеренные параметры сети, сигналы состояния, результаты проведения самодиагностики.

Журналы событий

Запись событий происходит с отметкой по времени с точностью до 1мс. В скобках указанно максимальное количество записей для данной группы событий. При переполнении памяти происходит удаления более старого события. 

• События изменения ввода / вывода (1023)
• Функциональные рабочие события (20000)
• Системные события (255)
• Коммуникационные события (255)
• Ток повреждения (1023)
• События измерения качества электроэнергии (255)
• Ток, напряжение и мощность (6143)
• Максимальный дневной ток, напряжение и мощность (1023)
• Профиль энергии и пикового спроса (63)
• Изменение системных настроек (8)
• Изменение настроек параметров защиты (8) 

Запись осциллограмм

Позволяет сохранять:

• 8 осциллограмм повреждений сети;
• 6 осциллограмм качества электроэнергии;
• 1 осциллограмма с ручным запуском записи.

Точность записи до 128 выборок за период, длинна записи до 40 периодов сетевого напряжения.

При заполнении памяти происходит удаление более старого события.

Самодиагностика

В реклоузере предусмотрена возможность самодиагностики – контролируются все важные компоненты устройства:

• контроль состояния внутренних компонентов контроллера: память, каналы измерения, параметры настройки, связь между компонентами;
• контроль состояния связи со SCADA: если за заданный промежуток времени не происходит передача данных – контроллер перезагружает модем;
• защита от отказа выключателя коммутационного модуля: после размыкания контактов выключателя проверяется значение протекающего тока и если ток не упал до нулевого значение сигнализируется ошибка «отказ выключателя»;
• контроль параметров АКБ: через заданные промежутки времени выполняется проверка и при низком заряде АКБ записывается соответствующая ошибка;
• контроль параметров питающего напряжения: контроллер отслеживает напряжение источника питания, зарядного устройства АКБ и наличие питающего сетевого напряжения.

Определение остаточного ресурса камеры дугогасительной вакуумной (КДВ)

Остаточный ресурс КДВ реклоузера вычисляется из расчета коммутационной способности вакуумной камеры и тока отключения. Остаточный ресурс КДВ хранится в памяти контроллера. Его можно посмотреть в программе FTUman либо получить по SCADA.

Программное обеспечение FTUman

Программа быстрой настройки и управления реклоузером. Подключение к контроллеру производится через USB разъем (9) на передней панели контроллера либо Ethernet (опционально wifi).

С помощью FTUman можно:

• Проводить изменения параметров реклоузера, загружать их из сохраненного файла
• Просматривать журналы событий
• Просматривать сохраненные осциллограммы
• Редактировать и просматривать время-токовых характеристик МТЗ
• Просматривать значения измерений параметров
• Управлять работой реклоузера
• Имитировать работу релейного тестера

Функция имитации релейного тестера крайне полезна – она позволяет отработать настройки всех защит без подключения реклоузера к внешнему релейному тестеру, что упрощает и ускоряет настройку реклоузера.

Отображение состояния всех входов и выходов контроллера, аварийные режимы, состояние защит, индикация самодиагностики, состояние АКБ и зарядного устройства АКБ, а также удалённое управление реклоузером реализовано в одном окне.

Окно отображения установки реклоузера показывает какая сторона реклоузера подключена к источнику, какая фаза является задающей для измерения, состояние выключателя, величины напряжения и тока, направления потоков мощности.

Функции защиты

Максимальная токовая защита (МТЗ) (TOC код ANSI 50/51 без учета направления и 67 с учетом направления)

МТЗ является основной функцией релейной защиты, предназначена для защиты сетей от межфазных коротких замыканий. МТЗ с обратнозависимой выдержкой времени имеет 67 типов кривых время-токовых характеристик (ВТХ), включая стандартные кривые ANSI, IEC (использующиеся в РФ) и 6 пользовательских ВТХ. МТЗ имеет две зоны, при этом у каждой зоны свои корректирующие коэффициенты. Плюс имеется три МТЗ с независимой выдержкой времени. Что бы не «загрублять» уставки МТЗ реализована возможность запускать реклоузер на холодную нагрузку и функция отслеживания пусковых токов. Данный функционал позволяет решить любую задачу по токовой защите.

Защита от однофазных замыканий на землю (ОЗЗ) (GOC/SEF/IEF код ANSI 50N без учета направления и 67N с учетом направления)

В системах с изолированной нейтралью используется функция SEF (чувствительное замыкание на землю). Она определяет неисправность по соотношениям фаз между током нулевой последовательности и напряжением нулевой последовательности. Функция IEF (прерывистое замыкание на землю) определяет короткие импульсы тока замыкания и, если они повторяются через заданное время, происходит отключение. Для глухо заземлённых сетей используется функция GOC – максимальная токовая защита при замыкании на землю.

Защита минимального/максимального напряжения (ЗМН/ЗПН) (OV/UV код ANSI 59/27)

Данная группа предназначена для защиты чувствительного потребителя от перенапряжения или пониженного напряжения питающей сети. Оба этих режима являются аварийными и могут привести к повреждениям как сети, так и потребителя. В контроллере предусмотрено 4 уровня срабатывания защиты с разной временной задержкой, это позволяет точно настроить систему для каждого конкретного потребителя.

Автоматическая частотная разгрузка (АЧР) (UF код функции ANSI 81U)

Контроллер отслеживает изменение частоты и отключает потребителя при ее понижении, что обеспечивает разгрузку источника питания и защиту потребителя. В защите предусмотрено 4 уровня, как и в ЗМН.

Защита от повышенной частоты (ЗПЧ) (OF код функции ANSI 81O)

Также 4 уровня настроек позволяет реализовать защиту потребителя при повышении частоты.

Проверка синхронизации (код функции ANSI 25)

При подключении нагрузки, находящейся под напряжением, контроллер сравнивает параметры сети источника и нагрузки (уровень напряжения, фазы напряжения и частоты). Если отклонения в этих параметрах больше установленных, то включение реклоузера блокируется.

Определение обрыва линии

Обрыв линии определяется отсутствием симметрии или пониженным напряжением фаз. Когда напряжение на одной или двух фазах падает ниже установленного, запускается счетчик времени ожидания. Если за время ожидании напряжение не вернулось в норму, то срабатывает защита.

Определение расположения неисправности (код функции ANSI 21)

Для работы данной функции необходимо указать длину, сопротивление и коэффициент нагрузки для каждой линии и ее ответвлений. При возникновении аварийной ситуации реклоузер определяет расстояние до места аварии и записывает это значение в соответствующий журнал ошибок.

Эта функция позволяет сокращать время поиска неисправности и уменьшает затраты на обслуживание.

Автоматическое повторное включение (код функции ANSI 79)

Максимальное количество АПВ – 4 цикла. Контроллер позволяет настраивать максимальное количество АПВ для каждого из событий. Минимальное время повторного включения 0,1 секунды. При достижении максимального количества повторных включений контролер блокирует включение реклоузера.

Режим работы P2P

Данный режим позволяет объединить до 3-х реклоузеров в локальную сеть без подключения к SCADA. Связь между реклоузерами позволяет автоматически изолировать поврежденный участок сети при возникновении аварии.

Автоматический ввод резерва (АВР)

Функция АВР переключает нагрузку между двумя источниками питания при отключении электроэнергии. Это минимизирует перебои в подаче электроэнергии для критически важных потребителей.

Итоги

Многие согласятся, что описанных функциональных возможностей более чем достаточно для современного уровня требований к автоматическим реклоузерам. Однако это не полное описание, и потенциал реклоузера Арум VR гораздо шире. Как пример можно привести возможность использования разных наборов уставок для разных направлений протекания тока, что важно для кольцевых схем воздушных линий. Реклоузер VR уже в базовой версии имеет два ввода и готов к организации кольцевой линии.

Ведется подготовка документации: технико-коммерческий каталог, техническая информация, руководство по эксплуатации, альбом типовых проектных решений. Планируется съёмка информационного видео. И сборщики, и потенциальные заказчики получат полную информацию об аппарате, его настройках и эксплуатации.

Стоимость реклоузера будет зависеть от конкретного проекта и набора необходимых опций. По нашим оценкам она будет минимум на 30% ниже стоимости аналогичного устройства лидирующего производителя.

В России каждый год продаётся всё больше реклоузеров, и этот рынок по прогнозам специалистов будет только расти. Выводом в серийное производство реклоузера VR компания Арум рассчитывает сделать свой вклад в развитие рынка за счет предложения доступной альтернативы высокого технического уровня. Считаем, что использование современных автоматических реклоузеров вместо пунктов секционирования – это новый этап технического роста и развития воздушных сетей страны.