Требования к цифровым устройствам релейной защиты по устойчивости к внешним механическим воздействиям

30 ноября 2012 в 16:00

Основным нормативным документом, устанавливающим требования по устойчивости ЦРЗА к внешним механическим воздействиям, до сих пор остается РД [1] (табл. 1) [1]..

Таблица 1 Фрагмент таблицы из [1]

Из всего множества, категорий механического исполнения изделий (от М1 до М47), установленных в стандарте [2], в руководящем документе [1] рекомендовано всего 5 (М4, М7, М40, М41, М43), которые «привязаны» к помещениям нескольких типов, отличающихся климатическими условиями и типом строительной конструкции. Отметим, что в характеристике помещения первого типа помимо климатических условий указано «без заметных вибраций».

При таком подходе оказывается, что производитель должен выпускать несколько вариантов одного и то же устройства, отличающихся категорией механического исполнения. Для оценки возможности ограничения количества категорий механического исполнения в [1], воспользуемся информацией, содержащейся в Приложении 5 к [2, таблица 5], где предусмотрено всего два принципиально отличающихся места установки изделий:

• непосредственно на строительных конструкциях;
• в комплектных изделиях [2], в том числе и в помещениях щитов управления, релейных, блочных, групповых щитов электростанций и подстанций.

Для установки непосредственно на строительных конструкциях при высоком уровне вибрационных воздействий в стандарте рекомендовано выбирать группу механического исполнения М6 (при отсутствии источников ударных воздействий) или М7 (при наличии источников ударных воздействий незначительного уровня), М42 (при наличии ударных воздействий малозначительного уровня) или М43 (при наличии ударных воздействий заметного уровня).

Для установки в комплектных изделиях при высоком уровне вибрационных воздействий рекомендовано выбирать группу механического исполнения М5 (при отсутствии источников ударных воздействий) или М41 (при наличии источников ударных воздействий незначительного уровня).

В таблице 7 этого же приложения к стандарту [2] для электроэнергетики выделено три вида комплектных изделий:

• центральные (главные) щиты, пульты, и другие виды щитов электростанций и подстанций;
• трансформаторы мощностью 2,5 МВт и более;
• турбогенераторы, реакторы мощностью 2,5 МВт и более.

Для различных щитов в зависимости от уровня вибрационных воздействий рекомендуется выбирать группу механического исполнения М40 (при значительном уровне ударных воздействий) или М39 (при отсутствии ударных воздействий).

Для трансформаторов в стандарте рекомендованы группы механического исполнения М6 (без ударных воздействий) или М7 (при незначительном уровне ударных воздействий).

И, наконец, для турбогенераторов предусмотрены группы М5 (при отсутствии ударных воздействий) или М41 (при незначительных ударных воздействиях).

Как видно из приведенного материала, стандартом [2] рекомендован несколько иной набор групп механического исполнения, а именно М5, М6, М7, М39, М40, М41, М42, М43.

Здесь необходимо отметить, что проведенный ранее сравнительный анализ этой характеристики ЦРЗА различных производителей [3, 4, 5] показал, что в технической документации производитель указывает только одну группу механического исполнения.

Например, изделия, выпускаемые НТЦ «Механотроника» и НТЦ «Бреслер», соответствуют категории механического исполнения М7. Изделия, выпускаемые ЗАО «Радиус-Автоматика», соответствуют категории механического исполнения М6, отсутствующей в [1].

Основным аргументом в данном случае выступает экономическая нецелесообразность изменения конструкции изделия, выдерживающих механические воздействия высокого уровня, с целью «присвоения» им группы механического исполнения, предназначенных для механических воздействий незначительного уровня.

В связи с тем, что стандарт [2] допускает ограничивать количество используемых групп механического исполнения, проанализируем подробнее насколько установленные в [1] «категории исполнений» различаются по требованиям, предъявляемым к ЦРЗА. Для этого обратимся к таблице 2, в которой указаны группы механического исполнения, рекомендованные в [1] и выбранные по рекомендациям, изложенным в Приложении 5 к [2].

Таблица 2 Выбор групп механического исполнения

В связи с тем, что выпускать изделия всех исполнений экономически нецелесообразно, из таблицы 2 по нашему мнению следует исключить следую-щие группы механического исполнения:

• М4, М39, так как изделия этих исполнений рассчитаны на воздействие синусоидальной вибрации со степенью жесткости соответственно 9 и 8 по [2], меньшей чем для изделий остальных групп;
• М5, М6, М39, так как изделия этих исполнений не рассчитаны на воздействие ударов;
• М40, так как нормативным документом [1] рекомендуется к изделиям этой группы применять более жесткие требования, чем указанные в стандарте [2], а при наличии в изделиях этой группы деталей или узлов с резонансными частотами в диапазоне от 0,5 до 100 Гц следует использовать изделия, отнесенные к группам М6 или М7;
• М43, так как изделия этого исполнения не рассчитаны на воздействие многократных ударов.

Таким образом, из всего множества, приведенных в таблице 2, остаётся только два исполнения - М7 и М41.

Изделия, отнесенные стандартом к этим группам механического исполнения выдерживают не только вибрационные воздействия высокого уровня, но и многократные ударные воздействия незначительного уровня по [2] (таблица 3) независимо от места их установки.

Таблица 3. Допустимые механические воздействия для групп механического исполнения М7 и М41

К цифровым устройствам РЗА согласно [1] предъявляют также требование по стойкости к воздействию землетрясения интенсивностью 9 баллов по шкале МSK 68. Согласно Приложению 6 к стандарту [2] изделия группы механического исполнения М7 отвечают этому требованию и могут быть применены в системах управления технологическими процессами на атомных станциях при установке на уровне до 10 м над нулевой отметкой, как в качестве встроенных элементов, так и в качестве стационарных изделий, установленных непосредственно на строительных конструкциях.

В некоторых случаях, для выполнения требований по сейсмостойкости может потребоваться дополнительные испытания изделий на виброустойчивость по [6], когда в диапазоне частот синусоидальной вибрации, задаваемой условным номером дополнительных требований (обычно в диапазоне от 2 до 10 Гц или от 10 до 15 Гц), изделие должно выдерживать воздействие увеличенной амплитуды ускорения в горизонтальном и вертикальном направлениях.

Учитывая, что согласно [2] изделия группы механического исполнения М7, отвечающие дополнительным требованиям по сейсмостойкости, могут быть применены вместо изделий группы исполнения М41, представляется целесообразным в разделе 4.1 документа [1] оставить только одну группу механического исполнения – М7.

Сказанное выше позволяет предложить такую редакцию раздела 4.2 документа [1]:

4. 2 Устойчивость к внешним механическим воздействиям

4.2.1 Изделия должны соответствовать группе механического исполнения М7 и выдерживать воздействия

степени жесткости не ниже 10а по ГОСТ 17516.1-90.

4.2.2 Изделия должны соответствовать II категории сейсмостойкости по НП -031-01 (землетрясение интенсивностью 9 баллов по шкале MSK 68 при уровне установки над нулевой отметкой до 10 м по ГОСТ 17516.1-90).

4.2.3 Изделие должно быть устойчивым к воздействию ударов многократного действия со следующими характеристиками:

• пиковое ударное ускорение 70 м/с2 (7g);
• длительность действия ударного ускорения от 2 до 20 мс;
• частота ударов от 40 до 80 в минуту;
• общее количество ударов – 1200 (по 400 в каждом направлении).

4.2.4 Изделие должно быть устойчивым к воздействию синусоидальной вибрации, действующей вдоль его вертикальной оси, со следующими характеристиками:

• диапазон частот – от 0,5 до 100 Гц;
• ускорение не более 10 м2/с.

Требования по устойчивости цифровых устройств РЗА к механическим воздействиям при хранении и транспортировании будут рассмотрены в следующей работе.

Литература

1. РД 34.35.310-97. Общие технические требования к микропроцессорным устройствам защиты и автоматики энергосистем. М.: ОРГРЭС. 1997.
2. ГОСТ 17516.1 – 90. Изделия электротехнические. Общие требования в части стойкости к механическим внешним воздействующим факторам.
3. Захаров О.Г., Козлов В.Н. Цифровые устройтва центральной сигнализации. М.: НТФ «Энергопрогресс», «Библиотечка электротехника», 2009, в двух частях (вып. 8, 9).
4. Александров В.Ф., Езерский В.Г., Захаров О.Г., Малышев В.С. Частотная разгрузка в энергосистемах. М.: НТФ «Энергопрогресс», «Библиотечка электротехника», 2007, в двух частях (вып. 9, 10).
5. Захаров О.Г. Источники питания для схем с цифровыми устройствами релейной защиты. М.: НТФ «Энергопрогресс», «Библиотечка электротехника», 2011 (вып. 2).
6. ГОСТ 16962.2-90 Изделия электротехнические. Методы испытаний на стойкость к механическим внешним воздействующим факторам

[1] Вместо стандартизированного термина «группа механического исполнения» в [1] использовано словосочетание «категория исполнения».

[2] При отсутствии резонансов в месте установки встроенных элементов.