Столбовой электронный отделитель с воздушной изоляцией: конструкция с автономным питанием и внешнее питание от ТН

В применении воздушных электронных секционирователей столбового типа с воздушной изоляцией, конструкции с автономным питанием (обычно сбор энергии с ТТ + суперконденсатор/литиевая батарея) и питание от внешнего ТН (трансформатора напряжения) представляют собой два принципиально разных подхода к электроснабжению.

Основная логика работы электронного секционирователя заключается в «подсчете случаев протекания тока повреждения и выполнении отключения для изоляции в бестоковой паузе после срабатывания вышестоящего выключателя/устройства АПВ». Поскольку данному типу коммутационного аппарата не требуется отключать токи короткого замыкания, его привод обычно имеет облегченную конструкцию (например, привод на постоянных магнитах или маломощный пружинный привод), что делает конструкции с автономным питанием технически весьма целесообразными.

Ниже представлено комплексное многомерное сравнение двух подходов:

1. Сравнение принципов работы

• Конструкция с автономным питанием: Использует встроенный в корпус коммутационного аппарата ТТ (трансформатор тока) для сбора энергии от тока нагрузки линии или применяет емкостное деление напряжения для извлечения мощности. В нормальном режиме работы происходит зарядка внутренних суперконденсаторов или резервных литиевых батарей; при обесточивании линии накопленная энергия поддерживает работу контроллера и выполняет команду на отключение.

• Питание от внешнего ТН: Предполагает подвеску одного или двух электромагнитных трансформаторов напряжения (ТН) на опоре, понижение высокого напряжения 10 кВ/35 кВ до 110 В/220 В переменного тока для питания контроллера, модуля связи и привода, а также поддержание резервных батарей в режиме плавающего заряда. Альтернативой является емкостной ТН (электронный трансформатор напряжения), который использует неэлектромагнитные принципы и исключает риски феррорезонанса, хотя и имеет более высокую стоимость.

Rockwill Трехфазный столбовой электронный секционирователь серии RDK с элегазовой изоляцией

2. Многомерное углубленное сравнение

Стабильность электроснабжения и адаптивность к условиям эксплуатации

• Внешний ТН (Победитель): Пока линия находится под напряжением (присутствует напряжение), он может непрерывно отдавать сотни ватт мощности, полностью не завися от величины тока нагрузки линии. Достаточное электроснабжение поддерживает частые операции включения с электроприводом, мощные терминалы FTU и высокомощную связь в реальном времени 5G/4G.

• Автономное питание (Ограниченное): Страдает от «мертвых зон сбора энергии». При сборе энергии с ТТ, когда линия работает с очень низкой нагрузкой (например, ток нагрузки ниже 5 А–10 А), собираемой энергии может быть недостаточно для поддержания энергопотребления системы, что со временем может привести к разрядке внутренних батарей. Если используется сбор микроэнергии нулевой последовательности/фазы, выходная мощность часто составляет всего несколько ватт. В случае длительных отключений устройства могут «потерять связь» из-за разрядки батарей. Однако оптимизация энергопотребления значительно варьируется в зависимости от продукта — некоторые конструкции с низким энергопотреблением могут надежно работать даже при более низких токах.

Габариты, вес и монтаж

• Автономное питание (Явный победитель): Высокая степень интеграции — настоящее «объединение первички и вторички». Корпус коммутационного аппарата чистый и компактный, не требующий дополнительного монтажа тяжелых ТН (один маслонаполненный или эпоксидный ТН обычно весит 30–50 кг). Монтаж осуществляется по принципу «подключи и работай», что значительно снижает нагрузку на опору и экономит место для установки.

• Внешний ТН (Громоздкий): Требуется раздельная установка ТН и кронштейна с прокладкой проводов со стороны высокого напряжения; вторичная сторона требует использования авиационных разъемов и длинных контрольных кабелей для подключения к контроллеру. Это приводит к загромождению верха опоры, удвоению сложности монтажных работ и увеличению времени работы на высоте.

Безопасность и риски нарушений изоляции

• Автономное питание (Победитель): Коммутационные аппараты с воздушной изоляцией изначально спроектированы с учетом экологичности и необслуживаемого режима работы. Исключение внешнего ТН устраняет потенциальную точку пробоя высоковольтной изоляции.

• Внешний ТН (Повышенный риск): В системах с изолированной нейтралью (распространенных в распределительных сетях) электромагнитные ТН подвержены феррорезонансу, что приводит к перегоранию ТН или частому перегоранию предохранителей со стороны первичной обмотки. Кроме того, внешняя изоляция ТН может стареть и пропускать ток утечки при длительном воздействии солнца и дождя на открытом воздухе. Емкостные ТН исключают риски резонанса, но они дороже, а их электронные компоненты менее устойчивы к суровым условиям окружающей среды по сравнению с электромагнитными конструкциями.

Затраты на закупку и техническое обслуживание

• Автономное питание (Ниже первоначальные, потенциально выше последующие): Исключает дорогостоящее высоковольтное оборудование ТН и монтажные расходные материалы, что приводит к снижению первоначальных затрат на закупку и строительство. Однако литиевые батареи могут иметь меньший срок службы при экстремальных перепадах температур на открытом воздухе (обычно 5–8 лет), что в дальнейшем может повлечь за собой затраты на замену. Данная проблема все чаще решается за счет использования суперконденсаторов со сроком службы более 10 лет.

• Внешний ТН (Выше первоначальные, ниже последующие): Более высокие первоначальные затраты на оборудование, но сами ТН имеют очень длительный срок службы (15–20 лет), а батареи находятся в условиях качественного плавающего заряда от сети, что обеспечивает лучшую долгосрочную необслуживаемую работу всей архитектуры электроснабжения.

Особые соображения для логики «секционирования»

Как отмечалось ранее, основное действие секционера (изоляция повреждения) происходит во время бестоковой паузы после срабатывания вышестоящего повторителя.

• Это означает, что в тот самый момент, когда ему необходимо сработать, линия обесточена—и трансформатор напряжения также не имеет питания.

• Поэтому, независимо от того, используется ли внешний трансформатор напряжения или собственный источник питания, операция отключения в конечном итоге опирается на разряд внутренних конденсаторов или аккумуляторных батарей. Внешний трансформатор напряжения не может обеспечить питание в этот критический момент—он лишь гарантирует, что аккумуляторная батарея остается полностью заряженной в нормальном режиме работы.

3. Рекомендации по выбору: что выбрать?

Заключение

Для электронных секционеров с воздушной изоляцией «конструкция с автономным питанием (сбор энергии с ТТ + суперконденсатор)» стала основным трендом, в полной мере использующим преимущества легкой конструкции и необслуживаемого режима работы. Однако в узлах основной сети с крайне нестабильными нагрузками или высокими требованиями к связи внешнее питание от ТН остается наиболее надежным резервным выбором для операторов энергосистем благодаря своей стабильности по принципу «питание, пока линия под напряжением».

Электронный секционер с воздушной изоляцией и опорной установкой серии RDK компании Rockwill является ярким примером этой концепции. Изделие координирует работу с вышестоящими реклоузерами, подсчитывая случаи протекания тока повреждения при авариях на линии и точно ведя подсчет в бестоковой зоне после отключения вышестоящего выключателя. При достижении заданного количества срабатываний (1–4 раза) он отключается в течение 180 мс для изоляции аварийного участка. Внешнее питание не требуется—встроенный ТТ одновременно питает контроллер и заряжает накопитель энергии на суперконденсаторах, обеспечивая надежное отключение даже в момент обесточивания. При временных повреждениях, когда количество срабатываний не достигает заданного значения, RDK автоматически сбрасывается без вмешательства оператора.

В узлах с нестабильными нагрузками или высокими требованиями к связи внешнее питание от ТН остается надежным резервным вариантом. Однако для новых проектов распределительных сетей и модернизации систем автоматизации фидеров серия Rockwill RDK—благодаря первично-вторичной интеграции, установке по принципу «подключай и работай» и необслуживаемому режиму работы—становится предпочтительным выбором для все большего числа пользователей.

Отредактировано из：Garca