Какой лучше выбрать стабилизатор напряжения для газового котла, разбираем все за и против

Непременным условием правильной эксплуатации европейских газовых котлов марок «Аристон», «Бакси», «Беретта» «Будерус», «Висман» – является поддержание стабильного напряжения, в пределах 210-230В, для чего потребуется приобретение стабилизатора.

Сервисный центр, обслуживающий отопительное оборудование по гарантии, обычно отказывает в бесплатном ремонте, если не обеспечить соблюдения этого условия. Поэтому важно разобраться, как выбрать стабилизатор напряжения для газового котла.

Нужен ли стабилизатор напряжения для котла на газе

Современные котлы отопления снабжены чувствительной автоматикой, являющейся «сердцем» котла. Блок управления регулирует работу горелки, интенсивность циркуляции теплоносителя, при необходимости меняет рабочий режим, считывая температуру в помещении, а также выполняет другие функции.

Автоматика чувствительна к перепадам напряжения. При очередном «скачке» напряжения в сети, плата блока управления может попросту сгореть. После этого потребуется заменить весь блок управления. Ремонт, в зависимости от модели, обойдется в 30-50% от стоимости котла.

Производители энергозависимого отопительного оборудования рекомендуют подключить котел к электросети через стабилизатор. Без подключения электростабилизатора, компания, продающая отопительное оборудование, вправе отказать в проведении гарантийного обслуживания. По этой причине включать газовый котел без стабилизатора напряжения, даже для проверки работоспособности системы отопления, не рекомендуется.

Типы стабилизаторов для газовых котлов

Потребителю предлагается большой ассортимент стабилизаторов, использующих различный принцип работы и с разной степенью эффективности обеспечивающих безопасность автоматики котла. При выборе подходящего оборудования потребуется учитывать несколько важных аспектов:

Стоимость.
Быстродействие.
Длительность эксплуатации.
Диапазон входного и выходного напряжения.
Принцип работы.

Симисторные (тиристорные) стабилизаторы

На сегодняшний день симисторные стабилизаторы считаются лучше остальных аналогов, благодаря следующим техническим характеристикам:

Быстродействие не более 10-20 мс., в зависимости от модели.
Точность выходного напряжения 1-2,5%.
Диапазон входного напряжения от 120 до 280 В.
Точность контроля входного выходного напряжения с максимальной погрешностью 0,5%.
Абсолютная бесшумность в работе.
Длительный срок эксплуатации.

Принцип работы симисторного оборудования основан на использовании коммутации трансформатора с помощью электронных ключей. В результате, обеспечивается быстрое срабатывание устройства на любые изменения во входном напряжении.

Единственным недостатком моделей является относительно высокая стоимость, по сравнению с аналогами. При желании можно подобрать тиристорный стабилизатор с оптимальным соотношением цены и качества.

Одной из основных функций ступенчатого стабилизатора является поддержание работы устройства при выходе из строя одного из симисторов. В случае межобмоточного замыкания, автоматика котла сохранит свою работоспособность.

Симисторный преобразователь подойдет для сетей с постоянными скачками и перепадами напряжения.

Релейные (электронные) стабилизаторы

Релейный (электронный) стабилизатор стоит дешевле, чем предыдущая модель. Его применение ограничено подключением к электрическим сетям с незначительными скачкообразными изменениями. Релейные устройства имеют следующие характеристики:

Быстродействие 100 мс.
Точность выходного напряжения 7,5%.
Диапазон 135-315 В.

В качестве преимуществ можно отметить, что электронный стабилизатор напряжения на 220В не искажает после преобразования сетевую синусоиду. Шум во время работы незначительный или полностью отсутствует. Используется микропроцессорное управление.

Недостатком релейных моделей является сравнительно небольшой срок службы и низкое качество. Чтобы увеличить длительность эксплуатации, сравнительно недавно стали выпускать гибридные станции с использованием защитных резисторов.

Сервоприводные (электромеханические) стабилизаторы

Электромеханические (сервоприводные) стабилизаторы работают с использованием специального ползунка, передвигающего щетки по контуру с помощью электродвигателя. Благодаря этому, поочередно переключаются витки вторичной обмотки.

Преимуществами данного типа преобразователей является:

Высокая точность и плавная регулировка выходного напряжения.
Способность выдерживать длительные предельные нагрузки и сохранять стабильность работы при перегрузках.
Низкая стоимость стабилизатора.

Популярность электромеханических станций ограничивает небольшой срок эксплуатации устройства – 1 год. После этого потребуется провести сервисное обслуживание и заменить износившиеся щетки, и другие механические части конструкции. Станция «шумит» во время работы, нагревается и может стать причиной пожара.

Стабилизаторы двойного преобразования

Инверторный стабилизатор является практически идеальным. Недостатки (помимо высокой стоимости) отсутствуют. Инверторное стабилизирующее устройство очень точно и быстро реагирует на скачкообразные явления в сети. Обеспечивает плавную регулировку выходного напряжения.

Принцип работы основан на использовании двойного преобразования. Переменный ток трансформируют в постоянный. После этого происходит преобразование обратно в переменный ток, но уже со стабильной частотой. На выходе получается напряжение с устойчивой синусоидой, что благоприятно влияет на автоматику и процессор котла.

Во время подбора подходящей модели, необходимо принять во внимание следующие особенности стабилизатора двойного преобразования:

Отсутствие электромеханических помех.
Долговечность.
Рабочий диапазон входного напряжения 120-300 В.
Быстродействие – прибор без задержек реагирует на любой всплеск или падение напряжения и выравнивает его.
Дороговизна – стоимость устройства от 15 до 60 тыс. руб. Некоторые хозяева газовых котлов принимают решение, о том, что целесообразнее будет приобрести ИБП, чем покупать стабилизатор.
Низкий КПД – составляет всего 90%, что по сравнению с остальными моделями достаточно мало.

Стабилизаторы с ШИМ

Принцип работы стабилизатора с широтно-импульсной модуляцией основан на применении специального генератора импульсов. Параметры волн напряжения постоянно меняются, в зависимости от разницы между входным и выходным напряжением. В результате обеспечивается стабильность частоты тока на выходе.

Главным преимуществом ШИМ станции считается возможность полной синхронизации с потребляющей электричество техникой. ШИМ стабилизатор напряжения, применяемый для газовых котлов, выполняет защитные функции, а также создает условия для максимальной работоспособности процессора. Данный тип преобразователя наиболее востребован в условиях подключения котла к электросети с низким напряжением.

Феррорезонансные стабилизаторы

Феррорезонансные модули используют принцип насыщения магнитных трансформаторных сердечников. В начале 60-х годов прошлого века, устройства устанавливались для стабилизации работы бытовой техники.

Феррорезонансный стабилизатор напряжения для работы с газовым котлом в бытовых целях практически не используется. Станции ставят в котельные большой мощности.

В качестве преимуществ преобразователей можно выделить:

Высокая точность выходного напряжения, погрешность не более 1-3%.
Скорость реагирования.

В качестве недостатков: высокая стоимость устройства. За стоимость феррорезонансного стабилизатора можно приобрести ИБП с равными показателями мощности.

Сколько фаз должно быть у стабилизатора

Выбор одно- или трехфазного стабилизатора напряжения для газового котла, в первую очередь зависит от параметров электрической проводки, подведенной к жилому дому. Если питание сети однофазное, потребуется соответствующий преобразователь.

При трехфазной электросети потребуется поставить либо один стабилизатор, предназначенный для подключения трех фаз, либо три однофазных, что обеспечит более стабильное выходное напряжение.

Однофазные стабилизаторы

Однофазные стабилизаторы в основном используются в бытовых целях. Устанавливаются в квартирах и частных домах. Допускается подключение к электросети с номинальным напряжением в 220 В. Бытовые приборы предназначены для выпрямления полной максимальной мощности до 135 кВа.

Допускается использование однофазных преобразователей и в промышленных целях. В таком случае на трехфазную сеть потребуется одновременное подключение сразу трех выпрямителей. Такое решение может быть оправданным, если учесть, что однофазные устройства выдают ток с более устойчивой частотой и синусоидой.

Трехфазные стабилизаторы

Трехфазные стабилизаторы в основном используют в промышленных целях. Допускается подключение выпрямителя к котлам с большой производственной мощностью. Условия эксплуатации рекомендуют применение трехфазных модулей для электросети с номинальной мощностью 380 и 400 В.

Подключить трехфазное устройство можно и в бытовых целях, при условии, что к частному дому подведена сеть с напряжением в 380В. Но в целом, для газового котла небольшой мощности, необходимость в установке трехфазной модели отсутствует.

Какой стабилизатор нужен для газового котла

Для газового котла лучше стабилизатор напряжения, соответствующий нескольким основным критериям:

Время отклика – этот параметр указывается в технической документации и измеряется в мс (миллисекундах). Чем меньше коэффициент, тем лучше это для автоматики котла. По сути, время отклика означает то, за какой промежуток, стабилизатор, при очередном скачке, сможет откорректировать напряжение.
Диапазон напряжения на входе – параметр, указывающий границы, в пределах которых выпрямитель сможет работать. По достижении предельных значений, прибор попросту отключит газовый котел. Частые отключения в период отопления могут привести к размерзанию труб. Поэтому, лучший стабилизатор напряжения для газового котла, должен иметь разбежку, в приблизительно 140-260 В.
Уровни коррекции – от этого коэффициента зависит точность поддержания и стабильность напряжения на выходе. Чем больше уровней коррекции имеет прибор, тем лучше он справляется с поставленными задачами.
Диапазон рабочих температур – требованием к стабилизатору является сохранение работоспособности при температуре окружающей среды от +5 до +40°С. Для промышленных устройств предусмотрено наличие специального кожуха, делающего возможным эксплуатацию даже при минусовых значениях.

Еще одним важным критерием является тип установки. Для газовых котлов в основном используются навесные модели, имеющие небольшой вес. Напольные (полочные) устройства предназначены для трехфазных котлов большой мощности. Оптимальным решением будет приобрести модуль с универсальными креплениями.

Если учесть все вышеуказанные требования, становится очевидным, для газового котла нужен электронный или релейный, или как вариант инверторный тип стабилизатора. Только такие модели могут полностью справиться с нагрузкой и скачками напряжения в сети, а также обеспечить работоспособность автоматики.

Как рассчитать мощность стабилизатора напряжения

Необходимая минимальная мощность стабилизатора на 220В рассчитывается следующим образом:

Необходимо узнать электрическую мощность автоматики котла и циркуляционного насоса. Коэффициент приводится в технической документации.
Получить суммарную мощность всех подключаемых к станции точек электропотребления.
Умножить полученную сумму на 1,3 – это позволит учесть пусковой ток. При включении циркуляционного насоса, фактическое потребление электричества может возрасти в три раза.

Как показывает практика, правильно самостоятельно рассчитать фактическую мощность, потребителю удается достаточно редко. Поэтому, с вопросом, как рассчитать электрическую мощность стабилизатора напряжения для подключения газового котла, можно обратиться к консультанту при приобретении станции, либо воспользоваться специальным онлайн калькулятором.

Как правильно подключить стабилизатор к газовому котлу

Существуют правила установки стабилизатора, выполнение которых необходимо для обеспечения длительной и безопасной эксплуатации устройства. Подробные требования описаны в технической документации.

Основные правила следующие:

Стабилизатор напряжения должен располагаться в сухом месте. Категорически запрещается монтаж устройства в комнатах с повышенной сыростью: гаражах, ванных комнатах и т.д.
Модуль нельзя располагать в непосредственной близости от горючих и легковоспламеняющихся веществ.
Обязателен свободный доступ свежего воздуха к корпусу устройства. По этой причине устанавливать модуль в шкаф запрещается.

Подключение к электросети осуществляется через обычную бытовую розетку с заземлением. Бытовые настенные стабилизаторы напряжения для газовых отопительных котлов крепят в непосредственной близости от отопительного оборудования. Подключение к котлу выполняется через специальную розетку на корпусе.

Основы эксплуатации

Многие владельцы автомобилей бывают искренне удивлены, когда узнают, что аккумулятор тоже требует « техобслуживания». Это прискорбно, потому что капелька заботы и внимания могут сберечь кучу времени и денег.

Уход за аккумулятором чрезвычайно прост и практически сводится лишь к регулярным проверкам уровня электролита. Низкий уровень может свидетельствовать об излишней зарядке, что обычно вызвано неисправностью генератора. Если же электролита недостает только в одном из элементов, то выход из строя всего аккумулятора уже не за горами. В теплую погоду он еще кое-как поработает, но первые же холода его прикончат.

Доливая аккумулятор, помните об одной особенности. Во время зарядки уровень электролита несколько превышается, поэтому доливать следует с учетом этого эффекта. А что может сотворить кислота, попавшая на корпус батареи или на детали кузова, мы все прекрасно знаем.

Заботливые владельцы в процессе эксплуатации контролируют заряженность аккумуляторных батарей.

Периодически, желательно не реже одного раза в 2-3 месяца, даже при безотказной работе, необходимо проверять уровень напряжения на клеммах аккумуляторной батареи при неработающем (напряжение разомкнутой цепи — НРЦ) и при работающем двигателе, а также наличие утечки в системе электрооборудования автомобиля.

Все аккумуляторные батареи при работе теряют часть воды из электролита. В итоге снижается резервный уровень электролита над пластинами и увеличивается концентрация кислоты в электролите (повышается плотность электролита), что отрицательно влияет на ресурс батареи. Скорость потери воды решающим образом зависит как от применяемых для производства аккумуляторной батареи материалов, так и от состояния электрооборудования автомобиля. В зависимости от сочетания всех этих факторов она может отличаться в 10 и даже в 30 раз. Поэтому снижение уровня электролита до критического возможно и за 1-3 месяца (при неисправном регуляторе напряжения) и за 2-4 года. Так что при применении классических свинцовых обслуживаемых батарей приходится мириться с проверкой уровня электролита не реже 1-2 раза в месяц и доливкой дистиллированной воды, а также сравнительно высокой скоростью саморазряда — до 14% за месяц, которая прогрессирует в процессе эксплуатации и после 1,5-2 лет работы увеличивается в 3-4 раза. Поэтому при долгом бездействии таких аккумуляторных батарей их необходимо подзаряжать каждые 1-2 месяца.

Чтобы исключить разряд батареи во время длительной стоянки автомобиля , рекомендуется отключать ее от сети, поскольку, в результате утечки тока в системе электрооборудования, АКБ может разрядиться настолько, что не сможет запустить двигатель. Если же и при отключении от бортовой сети батарея быстро разряжается, это говорит о повышенном саморазряде для старой батареи или о внутреннем дефекте (коротком замыкании) для новой батареи. Причинами повышенного саморазряда могут быть как дефект изготовления, так и нарушения условий эксплуатации или естественный износ батареи (см. следующий раздел). Надо стараться не допускать повторение глубоких разрядов аккумуляторной батареи, составляющих более 40-50% от ее емкости — после них АКБ не сможет полностью зарядиться от генератора.

Возможных причин глубоких разрядов аккумуляторных батарей три:

Первая причина — утечка тока в электросети (к примеру из-за некачественной проводки).

Вторая причина — неисправность генератора или регулятора напряжения.

И, наконец, третья причина — долговременное использование потребителей сети при неработающем двигателе.

Причины ухудшения работы и выхода из строя АКБ

В подавляющем большинстве случаев ухудшение работы или выход из строя аккумуляторной батареи происходит, если:

имеет место дефект производства (гарантийный случай);

нарушены условия эксплуатации батареи (ускоренный износ);

батарея полностью исчерпала свой естественный ресурс.

Производственные дефекты

Качество АКБ обеспечивают при ее разработке и изготовлении. На заключительном этапе производства все батареи, в зависимости от состояния поставки (залитая и заряженная или сухозаряженная), подвергают контрольным проверкам. Дефекты, которые не удалось выявить на заключительном этапе производства, обнаруживаются на начальном этапе эксплуатации — в первые 3-8 месяцев.

Снижение работоспособности в режиме пуска двигателя либо полный отказ батареи при достаточных плотности электролита и величинелапряжения разомкнутой цепи (НРЦ), как правило, связаны с наличием производственных дефектов (они перечислены в предыдущей главе).

Батареи с производственными дефектами, в случае их выявления в течение гарантийного срока, подлежат замене на годные в установленном инструкцией порядке.

Ускоренный износ

Ускоренный износ батареи всегда происходит вследствие нарушения условий ее эксплуатации, указанных в гарантийном талоне. Наиболее распространена эксплуатация в условиях перезаряда или недозаряда .

Перезаряд происходит при эксплуатации батарей на автомобилях, уровень зарядного напряжения которых превышает 14,5 В. Дело в том, что по мере повышения степени заряженности выше 75-80%, наряду с основным процессом заряда электродов АКБ, начинается вторичный процесс: разложение воды на водород и кислород. Причем, его скорость быстро растет с ростом зарядного напряжения на выводах батареи выше 14,5 В. Перезаряд является следствием нарушения режима работы регулятора напряжения по причине выхода из строя отдельных его элементов. В некоторых случаях, как показала практика, величина зарядного напряжения при неисправном регуляторе достигает 17-18 В. Это приводит к ускоренной потере воды и коррозии положительных токоотводов (решеток) батареи.

Под действием перезаряда уровень электролита быстро уменьшается. Поэтому его необходимо своевременно довести до нормы доливкой, в аккумуляторы только дистиллированной воды. Доливать в аккумуляторы электролит категорически запрещается. Затем необходимо незамедлительно найти причину повышения напряжения и устранить неисправность в системе электрооборудования автомобиля.

При длительном перезаряде или при значительном превышении зарядного напряжения (выше 15,5 В) потеря воды бывает так велика, что оголяются верхние кромки пластин и сепараторов. Это часто приводит к взрыву батареи (см. заключительную часть страницы ).

Эксплуатация батареи на автомобиле, у которого уровень зарядного напряжения меньше 13,8 В, приводит к прогрессирующему недозаряду. При этом работоспособность батареи постепенно ухудшается, так как степень ее заряженности снижается пропорционально времени эксплуатации, пока не достигнет величины, соответствующей уровню зарядного напряжения. Например, при зарядном напряжении 13,6 В и средней интенсивности эксплуатации степень заряженности батареи при положительной температуре составит около 65%, а при отрицательной — менее 50%. Напомним, что степень заряженности батареи зимой составляет 70-75%, если напряжение на клеммах батареи равно 13,9-14,3 В при работающем двигателе и включенном ближнем свете.

Нередко причиной снижения уровня зарядного напряжения и, следовательно, степени заряженности АКБ, становится ослабление натяжения ремня привода генератора. Поэтому не реже 1-го раза в месяц рекомендуется проверять натяжение ремня и, при необходимости, производить регулировку согласно инструкции по эксплуатации автомобиля.

Длительная эксплуатация батарей при степени заряженности 50-60% приводит к быстрой потере работоспособности из-за ускоренного оплывания активной массы аккумуляторных электродов. Кроме того, при низких температурах электролит в сильно разряженных АКБ может замерзнуть, что приведет к разрушению корпуса батареи и полному выходу ее из строя.

Ускоренный износ может быть настолько велик, что батарея выходит из строя еще в период гарантийного срока, вследствие неблагоприятных условий эксплуатации из-за неисправностей изделий электрооборудования автомобиля или нарушения требований инструкции по эксплуатации батарей.

Выход из строя АКБ в период гарантийного срока вследствие ускоренного износа не относится к гарантийным отказам. Поэтому такие батареи не подлежат замене на новые по гарантийным обязательствам производителей батарей.

Отдельно отметим несколько самых распространенных современных причин ускоренного износа автомобильного аккумулятора:

1. Дополнительное оборудование.

П ричина большинства неисправностей связана не с собственными его дефектами, а с наличием дополнительного оборудования, например, сигнализации и телефона. Эти устройства особенно любят преподносить « сюрпризы» во время длительных стоянок автомобиля.

Однако, если Ваш аккумулятор вдруг начал барахлить, не спешите его выбрасывать. Опыт показывает, что огромное количество автомобильных аккумуляторов, считавшихся неисправными, были просто-напросто разряжены. Попробуйте зарядить разряженный аккумулятор, причем как можно скорее. Чем дольше аккумулятор остается незаряженным, тем сильнее сульфатация пластин, и тем проблематичнее будет его восстановление.

2. Холостой режим

Простаивание автомобиля зимой в « пробках» — настоящая проблема для аккумулятора. Работающие одновременно вентилятор, фары, обогреватель заднего окна и стеклоочистители способны забрать больше тока, чем производит генератор.

Подсчитано, что за 45 минут такой работы средний аккумулятор может истощиться настолько, что повторный запуск выключенного двигателя окажется уже невозможным. Для восстановления потребуется не меньше 30 минут нормальной езды, прежде чем можно будет снова остановиться.

Казалось бы, следует просто убрать аккумулятор подальше от двигателя, но это ведет к дополнительным расходам. Придется тянуть к стартеру более длинный провод, который будет « съедать» часть энергии, что потребует увеличить мощность аккумулятора. К тому же этот « ящик с кислотой» окажется тогда близко к пассажирскому отсеку, что небезопасно.

Ухудшение свойств АКБ в результате старения

Вследствие естественного износа в процессе эксплуатации изменяются основные параметры АКБ. Под воздействием коррозии уменьшается сечение основных конструкционных элементов решетки положительного электрода. Это приводит к увеличению внутреннего сопротивления батареи, то есть к некоторому снижению разрядного напряжения даже когда она полностью заряжена.

Емкость аккумуляторной батареи в процессе эксплуатации постепенно снижается . Это происходит от того, что при чередующихся зарядах и разрядах, которые имеют место во время работы батареи на автомобиле, положительная активная масса постепенно оплывает вследствие деструкции, и ее количество, участвующее в химической реакции, уменьшается. Ускоряет процесс оползания положительной активной массы частое повторение глубоких разрядов, причина которых либо в утечке тока в электросети, либо в недозаряде по причине неисправности генератора или регулятора напряжения. Особенно быстро снижается емкость при глубоких разрядах у батарей с решетками положительных электродов из свинцово-кальциевых сплавов.

Емкость отрицательных электродов также снижается, если батарея длительное время эксплуатировалась при повышенном зарядном напряжении и плотность электролита поднялась выше 1,3-1,31 г/смі. Кроме того, как уже было сказано ранее, длительная эксплуатация батареи при низкой степени заряженности (40 -60%) приводит к ускоренному оплыванию активноймассы на обоих электродах.

По мере износа аккумуляторной батареи увеличивается скорость ее саморазряда и расход воды при эксплуатации . Через год использования АКБ эти величины возрастают в 1,5-2 раза, а через два года — в 2-4 раза. Скорость увеличения саморазряда и расхода воды максимальная у батарей традиционного исполнения, а минимальная — у батарей с токоотводами из свинцово-кальциевого сплава. Из всего вышесказанного напрашивается очень важный вывод: по мере старения батарея требует к себе более внимательного отношения. Так, например, при нормальной эксплуатации со средней годовой интенсивностью пробега 15-20 тыс. км, достаточно проверять состояние АКБ один раз в год, лучше всего осенью перед началом зимней эксплуатации. После двух лет работы (30 -40 тыс. км пробега) желательно проверять состояние аккумуляторной батареи не реже одного раза в 3-4 месяца. Если же батарея проработала более трех лет (45 -60 тыс. км), контроль ее состояния в зимний период желательно проводить ежемесячно.

Критерием пригодности аккумуляторной батареи, проработавшей в условиях эксплуатации в течение продолжительного времени, может служить тестовый разряд, который возможно выполнять в специализированных сервисных центрах. Полностью заряженную батарею подвергают разряду при положительной температуре током, равным половине тока холодной прокрутки по EN или SAE.

Если на 30-й секунде разряда напряжение на выводах больше 9,6 В, батарея пригодна для дальнейшего использования. Если же оно меньше или равно 9,6 В, значит аккумуляторная батарея исчерпала свой ресурс и подлежит замене.

За счет чего можно увеличить ресурс АКБ

Ресурс стартерной аккумуляторной батареи, как химического источника тока, определяется в основном режимом ее использования, при котором происходят процессы износа находящихся в ней электродов (пластин). Понимание этих процессов позволяет обеспечить высокий срок безотказной работы АКБ на автомобиле.

Конкретное исполнение аккумуляторной батареи имеет определенный конструктивно-технологический (с учетом легирующих добавок к свинцу) ресурс, расходуя который мы получаем ее реальный срок службы. Каким же способом правильно распорядиться заложенным ресурсом электродов, чтобы АКБ работала долго?

Известно, что решетка положительных пластин подвергается окислению атомарным кислородом (электрокоррозия) при разложении воды в заключительной (после 85% заряженности) стадии заряда. Наиболее интенсивно процесс разрушения решеток положительных пластин аккумуляторной батареи происходит от зарядного тока при 100% заряженности (режим перезаряда). Этот процесс преобладает в работе АКБ в летнее время эксплуатации, а также при повышенной настройке регулятора напряжения. Интенсивное разрушение пластин при работе происходит в условиях, когда длительное время стартерная аккумуляторная батарея работает с низкой степенью заряженности (40 -60%). При этом активное вещество с пластин оплывает в шлам, снижая емкость батареи, мощность ее разряда и срок надежной работы. Нормальная работа аккумуляторной батареи нарушается при снижении уровня электролита ниже минимальной отметки (оголение верхних кромок пластин).

Недопустимо производить доливку электролитом или водой непроверенного качества, хранить АКБ в разряженном состоянии, допускать образование льда в зимнее время, подвергать глубоким периодическим разрядам. Таким образом, наибольшую надежность работы аккумуляторной батареи можно достичь, обеспечивая регулярный контроль ее состояния в соответствии с инструкцией по эксплуатации, разработанной производителем.

Наиболее простые и достаточно надежные методы проверки состояния АКБ — измерение плотности электролита и измерение напряжения на полюсных выводах. Если полюсные выводы практически доступны для очистки их от окислов и подключения прибора у всех аккумуляторных батарей, то возможность измерить плотность электролита в банках АКБ имеется не у всех типов.

Ниже приведены несколько основных правил и требований, соблюдение которых повышает ресурс батареи:

плотность электролита в ячейках АКБ (при нормальном уровне его над пластинами) должна быть не ниже 1,24 г/смі (+25°C), а напряжение разомкнутой цепи (НРЦ) — не ниже 12,5 В;

полюсные выводы необходимо периодически очищать от окислов;

АКБ на автомобиле должна быть надежно закреплена на установочной площадке;

пуск карбюраторного двигателя должен проводиться с длительностью попыток 5-10 сек; повторяющиеся попытки пуска должны проводиться с интервалом 30-60 сек.;

разряженная при неудачном пуске двигателя аккумуляторная батарея должна быть как можно скорее заряжена;

в зимнее время АКБ полезно обогревать теплом от двигателя, чтобы эффективнее происходил ее заряд от генератора. Для этого часть радиатора (со стороны АКБ) целесообразно закрывать от встречного холодного потока воздуха.

Состояние аккумуляторной батареи в значительной мере зависит от исправной работы электрооборудования. В первую очередь сюда необходимо отнести генератор, регулятор напряжения и стартер. При неисправной электропроводке состояние батареи в любой момент может оказаться таким, что она не сможет обеспечить пуск двигателя. Изношенные контакты в замке зажигания, реле включения стартера, состояние выпрямительного блока генератора могут быть выявлены диагностированием. Их своевременная замена позволяет предохранить АКБ от возможных глубоких разрядов токами « утечек», негативно влияющих на последующий срок службы АКБ. Батареи на кальциевых электродах особенно негативно воспринимают глубокие периодические разряды. Эта особенность, неизвестная широкому кругу автовладельцев, приводит иногда к недоумению, почему срок службы у аккумуляторной батареи (самой современной) оказывается очень коротким.

Из сказанного следует, что ресурс стартерной АКБ (как запас прочности и надежности), заложенный в ее деталях и соединениях при изготовлении, в процессе работы не может быть изменен в сторону увеличения, а контроль условий, которые наихудшим образом влияют на снижение ресурса АКБ, создает возможность обеспечить достаточную продолжительность безотказной работы. Важно помнить, что показатели АКБ не остаются постоянными, а скорость их снижения может регулировать владелец автомобиля.

Особенности зимней эксплуатации АКБ

Исполнение стартерных батарей — общеклиматическое, допускающее их круглогодичную эксплуатацию в широком диапазоне изменения температуры окружающего воздуха. Температура в подкапотном пространстве автомобиля в значительной мере дополняется теплом от двигателя, выделяющимся при его работе.

Предельные значения температуры окружающего воздуха (от −40°C до 60°C для АКБ, герметизированных мастикой, и от −40°C до 70°C для АКБ с общей крышкой) определены для работы батарей по условиям сохранения их как изделий (прочность материалов). Однако длительное воздействие предельных температур способствует снижению работоспособности и ресурса стартерной батареи. Наиболее резко снижается работоспособность АКБ в режиме пуска двигателя в зимнее (холодное) время.

Зимняя эксплуатация АКБ сопровождается следующими факторами:

Понижается температура электролита (возрастает его вязкость, снижается скорость его диффузии в поры активного материала пластин, уменьшается электропроводность) и по этой причине снижается эффективность процесса заряда от генератора при тех же величинах зарядного напряжения на автомобиле.

Запуск холодного двигателя требует большей мощности и энергии от АКБ за счет увеличения значений разрядного тока и более продолжительной работы стартера. Это приводит к более глубокому разряду АКБ, снижению ее заряженности.

Увеличивается число включенных в работу потребителей электроэнергии как для комфорта в салоне, так и для безопасного движения, питание которых происходит от генератора, а при холостых оборотах двигателя — от АКБ.

Сокращение продолжительности светового дня вызывает необходимость более продолжительной работы приборов освещения, что снижает возможность генератора для эффективной подзарядки аккумуляторной батареи.

Ухудшение дорожных условий приводит к снижению динамики движения автомобиля, что уменьшает отдачу энергии генератором. Это, в свою очередь, сокращает возможность полного заряда аккумуляторной батареи.

Влияние перечисленных факторов на снижение заряженности АКБ объективно усиливается в значительно большей мере, если генератор автомобиля по причинам износа деталей не обеспечивает отдачу номинальных показателей (ток нагрузки). Владелец автомобиля, как правило, после многолетней эксплуатации не проверяет генератор на отдачу и, в результате, в зимнее время оказывается перед фактом наполовину разряженной АКБ, не способной запустить холодный двигатель.

Изменения температуры и высокая влажность окружающего воздуха под капотом в зимнее время способствуют ухудшению работы изделий электрооборудования, на возникновение « утечек» по влажным проводам, способствующих повышению разряда батареи. При этом снижается ее работоспособность в пусковом режиме.

Для устранения негативных последствий зимних условий на состояние заряженности аккумуляторной батареи полезно проводить следующие мероприятия:

контролировать натяжение ремня привода генератора, при котором, согласно инструкции на автомобиль, обеспечивается полная отдача энергии для питания включенных потребителей и подзаряд АКБ;

не допускать длительную работу включенных потребителей на автомобиле при неработающем двигателе;

периодически контролировать отсутствие « утечки» тока от АКБ на различные изделия электрооборудования. Если условия хранения (стоянки) автомобиля позволяют отключать аккумуляторную батарею, то это целесообразно делать при длительном бездействии (снимать один наконечник);

« массовый» провод от АКБ полезно дополнительно подсоединить к двигателю с целью уменьшения потерь напряжения на стартере при пуске двигателя, поскольку переходы напряжения от клеммы на кузов, с кузова на двигатель и стартер при пусковом токе приводят к его снижению, а также к потере мощности, потребляемой от АКБ;

периодически контролировать плотность электролита (при наличии пробок на крышке АКБ), а при отсутствии такой возможности — измерять напряжение на полюсных клеммах батареи через 8-10 часов после остановки двигателя. Если значение напряжения разомкнутой цепи (НРЦ) будет менее 12,6 В, то аккумуляторную батарею целесообразно подзарядить.

Выполнение перечисленных мероприятий в зимних условиях позволит исключить отказы в работе стартерных АКБ, сохранить их ресурс на длительный срок работы.

Как определить, что АКБ пора менять?

У каждой АКБ есть свой конструктивный ресурс. Его использование индивидуально для каждого автомобиля. Безотказность работы батареи зависит от технических показателей электрооборудования, режима и условий эксплуатации машины. Отказ АКБ в работе может наступить по причине низкой заряженности, при которой ее работоспособность недостаточна для пуска двигателя. Необходимо отметить, что именно в этом режиме работы большинство водителей оценивают ее пригодность. Но при наступлении отказа приговаривать батарею к замене следует только после тщательной проверки ее показателей — замера плотности электролита, наличия его над пластинами, замера напряжения на полюсных выводах АКБ без нагрузки и с нагрузкой (на нагрузочную вилку-пробник, либо на стенде). Если плотность электролита во всех ячейках АКБ нормальная или близка к норме (1 ,25-1,28 г/смі), то необходимо проверить на обрыв цепи внутри АКБ. Если обрыва нет, значит отказ в пуске двигателя произошел по другим причинам (например, из-за стартера или проводки). При низкой плотности электролита во всех ячейках батарею следует зарядить до стабилизации плотности. Время заряда будет зависеть от величины тока, а значение плотности электролита у заряженной батареи при нормальном уровне электролита должно быть 1,27±0,1 г/смі. Проверку заряженной АКБ можно осуществить в режиме пуска двигателя (в техцентре ее проверяют на стенде). Если АКБ работоспособна (уверенно крутит стартер), менять ее рано. Когда измерение плотности электролита показало, что в одной из ячеек она очень низкая, при подзарядке в этой ячейке нет « кипения» электролита, а его плотность не повышается, АКБ следует менять. При малом сроке эксплуатации такое возможно из-за заводского дефекта, а по истечении более 2-3 лет работы — вследствие естественного износа. Одновременно все шесть аккумуляторов в АКБ достигают состояния низкой работоспособности (кроме глубокого разряда) при длительной работе в режиме избыточного заряда (перезаряда) — это происходит при нарушении работы регулятора напряжения, а также при высокой интенсивности использования автомобиля (режим « такси»). В этом состоянии изношенные электроды обладают повышенным сопротивлением в режиме пуска (при наличии нормальной плотности электролита), напряжение АКБ резко снижается за одну-две попытки пуска двигателя, после чего наступает отказ. Электролит в ячейках АКБ приобретает темный (иногда красноватый) цвет, связанный с разрушением активного вещества пластин. В этом случае АКБ также необходимо менять. Сложнее проводить диагностику батарей, не имеющих пробок заливных горловин. При отказе измерение напряжения на полюсных выводах АКБ (НРЦ) не дает ответа о причинах его снижения: глубокий разряд или дефект. Поэтому аккумуляторную батарею надо сначала зарядить. Если заряд возможен в режиме инструкции по эксплуатации, а напряжение в конце заряда достигло рекомендованных величин (15 ,5-16,0 В), АКБ проверяют на автомобиле в режиме пуска двигателя. Возможна также проверка в техцентре или гарантийной мастерской на стенде, либо специальными приборами, например, BAT 121 фирмы Bosch. По результатам испытания принимают решение о пригодности АКБ для ее дальнейшего использования.

Появление льда в ячейках АКБ

У свинцовых стартерных АКБ два жестко фиксированных состояния: разряженное и заряженное. При переходе от одного состояния в другое, показатели напряжения и плотности электролита линейно изменяются в определенных пределах (рис. 4 и следующий раздел ). Напряжение на полюсных выводах АКБ (НРЦ) в заряженном состоянии составляет 12,7-12,9 В, а в разряженном — 12 В и ниже. При неисправностях электрооборудования автомобиля несанкционированный разряд может приводить к тому, что напряжение на полюсных выводах ниже 6 В.

При разряде активных материалов с участием серной кислоты на электродах образуется сульфат свинца, концентрация электролита уменьшается, вследствие чего происходит снижение его плотности. Чем глубже происходит разряд АКБ, тем ниже плотность электролита. В электроды конструктивно заложено такое количество активного материала, которое необходимо для обеспечения заданных электрических характеристик АКБ. Соответственно, в объеме электролита содержится количество серной кислоты, необходимое для полного использования в реакции активного вещества пластин.

Так что в конце полного разряда АКБ серной кислоты в электролите очень мало. В конце глубокого разряда плотность электролита достигает значения близкого к плотности воды (1 ,08 г/смі). Известно, что электролит плотностью 1,28 г/смі замерзает при температуре −65°C, плотностью 1,20 г/смі — при −28°C, а плотностью 1,1 г/смі — при −7°C (рис. 4). Изготовители АКБ считают недопустимым использовать в зимнее время АКБ с заряженностью ниже 75% (плотность электролита 1,24 г/смі, НРЦ −12,6 В). Это продиктовано необходимостью поддержания работоспособности АКБ, исключения возможности появления льда внутри нее, уменьшения вредного влияния глубокого разряда при зимней эксплуатации на ресурс АКБ, связанного с разрушением пластин. Получается, что если произошло замерзание АКБ (лед во всех ячейках), значит она разрядилась в процессе работы ниже допустимого значения (нет контроля плотности электролита, неисправно электрооборудование, снизилась мощность генератора — причин много). Бывают случаи, когда замерзает только одна ячейка из шести. Это возможно, когда у АКБ дефект (короткое замыкание) в одной ячейке, из-за которого в ней снижается плотность электролита и он застывает при низкой температуре окружающего воздуха. При этом в других ячейках АКБ электролит может не застыть, так как его плотность осталась нормальной. Этот случай образования льда вызван производственным дефектом и относится к гарантийным случаям, а не к режиму эксплуатации. Такую АКБ не следует эксплуатировать — она подлежит вскрытию для установления дефекта и замене. Зимой доливать дистиллированную воду в АКБ для восстановления уровня электролита над блоками пластин следует только перед выездом автомобиля, либо при стационарном подзаряде АКБ. Это исключает возможность образования льда в ячейках АКБ вследствие замерзания долитой воды до того, как она успеет перемешаться с холодным электролитом.

О причинах взрыва

У свинцовых стартерных аккумуляторных батарей, применяемых на автомобильной и тракторной технике различных типов, есть одна малоизвестная неприятная особенность, которую обязательно необходимо учитывать при эксплуатации. Дело в том, что в процессе заряда на его заключительной стадии, в батарее начинается электролитическое разложение воды, содержащейся в электролите. При этом выделяются газы: водород и кислород. Часть выделяемого кислорода окисляет решетку положительных пластин, что приводит к ускорению ее коррозии. Это снижает электропроводность и сокращает срок службы батареи. Водород и большая часть выделившегося кислорода выходят из электролита на поверхность, создавая видимость его кипения, и скапливаются под крышками в каждой ячейке аккумуляторной батареи. Если отверстия в пробках не забиты грязью и нет других препятствий, через них эта смесь газов выходит наружу и легко рассеивается в окружающую среду. Соотношение кислорода и водорода таково, что представляет собой смесь, которая при наличии искры или открытого пламени горит во взрывном режиме. Сила взрыва и его последствия целиком зависят от количества (объема) газа, скопившегося к этому моменту. Например, при повышенном значении зарядного напряжения от генератора (нарушена работа регулятора напряжения) увеличивается интенсивность образования газа внутри аккумуляторной батареи и, следовательно, его выделение. При низком уровне электролита (нет регулярных доливок) увеличивается газовый объем под крышками ячеек.

Скоплению газа около аккумуляторной батареи может способствовать утепление, применяемое некоторыми водителями, забывающими при этом о необходимости свободного удаления газовой смеси.

В таком состоянии (режиме работы) появление искры от неисправной электропроводки либо открытого огня (сигареты) опасно для аккумуляторной батареи — происходит взрыв и ее разрушение. Детали АКБ при разрушении могут причинять повреждения окружающим предметам и людям. Возникновение искры возможно также от проводов в местах их соединения с полюсными выводами аккумуляторной батареи. Если длительное время полюсные выводы АКБ и внутренняя поверхность наконечников не очищались от окислов, нарушается нормальный электрический контакт.

Образование искры возможно также между деталями внутри АКБ, когда уровень электролита ниже верхних кромок пластин.

Таким образом, нарушение техники безопасности и режима обслуживания АКБ, длительная эксплуатация батареи на автомобилях с отклонениями технических показателей у изделий электрооборудования, служат причинами скопления выделяющегося « гремучего» газа и провоцируют возникновение взрыва, приводящего к разрушению корпуса свинцовых стартерных аккумуляторных батарей.

Итак, коротко о безопасности:

Меры безопасности при запуске от внешнего источника

Никогда не курите во время запуска двигателя от внешнего источника.
Заправьте свободные части одежды и снимите с себя металлические украшения и предметы.
Убедитесь, что автомобили не соприкасаются друг с другом.
Не прикасайтесь сами к кузову автомобиля.
Выключите все перед тем, как отсоединять кабель.

Вопросы безопасности

Помните, что опасность возгорания кислорода и водорода, выделяющихся во время зарядки (а также после ее завершения), вполне реальна.
Хотя большинство серьезных производителей оборудуют крышки аккумуляторов ограничителями пламени, призванными предотвратить его попадание внутрь аккумулятора, подобная вероятность по-прежнему сохраняется. Как говорится, береженого Бог бережет.
Помните также, что искра возникает не только при отсоединении клеммы. Статического электричества от синтетической одежды может оказаться достаточно, чтобы вызвать взрыв.
Взрыв аккумулятора можно сравнить по мощности с выстрелом из ружья калибра 12 мм. Результат представляет собой жуткое зрелище, и происходит это чаще, чем вы можете себе представить. Например, в осторожной Америке в год бывает более десяти тысяч подобных случаев.
При том, что взрыв, вероятно, не будет смертельным, он может серьезно травмировать Вас, особенно лицо, так как осколки пластика разлетаются во все стороны. Поэтому всегда следует быть в защитных очках.
Следующий момент, на который следует обратить внимание, — вибрация. После высокой температуры и электрической перегрузки, это — основная причина износа батарей. Механизм данного воздействия прост: любая « болтанка» постепенно стряхивает активное вещество с пластин. Поэтому проследите, чтобы аккумулятор был прочно закреплен.
И, наконец, проверьте клеммы. Они должны быть чистыми и хорошо затянутыми во избежание искрения. Некоторые смазывают клеммы густой смазкой, другие считают, что это только способствует накоплению грязи, так что выбор за вами.

РОССИЙСКОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО ЭНЕРГЕТИКИ
И ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ « ЕЭС РОССИИ»

ДЕПАРТАМЕНТ НАУЧНО - ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ И РАЗВИТИЯ

РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО МОДЕРНИЗАЦИИ ,
РЕКОНСТРУКЦИИ И ЗАМЕНЕ
ДЛИТЕЛЬНО ЭКСПЛУАТИРУЮЩИХСЯ
УСТРОЙСТВ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ
И ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКИ ЭНЕРГОСИСТЕМ

РД 153-34.0-35.648-01

Москва 2001

Разработано Открытым акционерным обществом «Фирма по наладке, совершенствованию технологии и эксплуатации электростанций и сетей ОРГРЭС» Исполнитель В.А. БОРУХМАН Утверждено Департаментом научно-технической политики и развития РАО «ЕЭС России» 28.08.2001 г. Первый заместитель начальника А.П. ЛИВИЙСКИЙ Срок первой проверки настоящего РД - 2006 г., периодичность проверки - один раз в 5 года. Ключевые слова: устройства РЗА, реконструкция, модернизация, замена.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО МОДЕРНИЗАЦИИ , РЕКОНСТРУКЦИИ И ЗАМЕНЕ ДЛИТЕЛЬНО ЭКСПЛУАТИРУЮЩИХСЯ УСТРОЙСТВ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ И ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКИ ЭНЕРГОСИСТЕМ

РД 153-34.0-35.648-01

Введено впервые

Дата введения 2001-12-01

год - месяц - число

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время в энергосистемах России в эксплуатации находится более 1,5 млн. устройств релейной защиты и электроавтоматики (РЗА). Подавляющую часть этих устройств составляют электромеханические устройства. Около 12 лет назад началось внедрение в эксплуатацию микроэлектронных и около пяти лет - микропроцессорных устройств РЗА. Доля их пока еще невелика и составляет на начало 2000 г. около 1,2 %. Более одной трети эксплуатируемых устройств РЗА физически и морально устарело и требует замены. Недостаточное финансирование на реконструкцию и замену приводит к постоянному увеличению количества устаревших устройств. Анализ статистических данных показывает рост количества случаев неправильной работы устройств РЗА из-за старения. Вместе с тем каких-либо отраслевых документов по вопросам реконструкции и замены устаревших устройств в настоящее время нет. Настоящие Рекомендации предназначены для помощи энергосистемам в реконструкции и замене устройств РЗА, выработавших ресурс или морально устаревших. В разработке Рекомендаций приняли участие специалисты ОАО «ЧЭАЗ» Г.П. Варганов, А.А. Климов и Р.З. Розенблюм, частично использованы материалы доклада К.М. Добродеева (Нижегородскэнергосетьпроект) на совещании руководящего персонала служб РЗА энергосистем ОЭС Средней Волги и МЭС Волги в октябре 1999 г., а также отзывы ряда организаций по первой редакции Рекомендаций.

1 СУЩЕСТВУЮЩЕЕ ПОЛОЖЕНИЕ

Ориентировочные оценки по выборочному обследованию ряда энергосистем показывают, что около 10 % всех устройств эксплуатируется более 35 лет, 20 % - 25 - 30 лет, 50 % - 15 - 25 лет и 20 % - менее 15 лет. По данным годовых отчетов энергосистем за 1999 г. наибольший процент устройств РЗА, проработавших 25 лет и более, имеют следующие энергосистемы: Амурэнерго - 54 %, Белгородэнерго - 40 %, Комиэнерго - 60 %, Красноярскэнерго - 40 %, Курганэнерго - 46 %, Саратовэнерго - 39 %, Сахалинэнерго - 45 %, Татэнерго - 35 %. На некоторых электростанциях количество устройств, проработавших 25 лет и более, достигает 100 % (Черепетская ГРЭС и др.). В среднем в настоящее время в энергосистемах в эксплуатации находится более 35 % электромеханических устройств, которые эксплуатируются не менее 25 лет, превысив более чем в два раза средний срок службы 12 лет, установленный техническими условиями на электромеханические устройства и релейную аппаратуру (приложение А). При этом значительно превышены и установленные действующими стандартами средние сроки службы контрольных и радиочастотных (ВЧ) кабелей - 20 лет для контрольных кабелей с резиновой и пластмассовой изоляцией, проложенных на улице, и 25 лет - в помещении (ГОСТ 1508-78); для ВЧ кабелей - 13 - 15 лет в зависимости от марки кабеля (ГОСТ 11326.0-78). Как показывает опыт эксплуатации, фактический средний срок службы электромеханических устройств составляет примерно 25 лет. Это подтверждается, в частности, практически постоянным процентом правильной работы устройств РЗА в течение многих лет. Подавляющая часть микроэлектронных устройств пока еще не выработала установленный средний срок службы - 12 лет. Из-за отсутствия достаточного опыта более длительной эксплуатации этих устройств предлагается после 12 лет эксплуатации провести техническое обследование состояния устройства, совмещенное с очередным профилактическим восстановлением, по результатам которого можно будет определить допустимость продления срока эксплуатации на последующие 3 года. Следующее продление срока еще на 3 года допустимо при положительных результатах очередного технического обследования. До накопления опыта эксплуатации предлагается считать допустимым продление срока службы этих устройств до 18 лет. Значительное превышение фактического срока службы электромеханических устройств над установленными техническими условиями может быть объяснено двумя основными причинами. Во-первых, средний срок службы устанавливается изготовителем с учетом срока службы комплектующих изделий и возможной работы устройства при оговоренных в ТУ предельных значениях климатических и механических внешних воздействий. Устройства РЗА в большинстве своем обычно эксплуатируются в более легких условиях. Во-вторых, принятая система технического обслуживания дает возможность при проведении периодических проверок выявлять и устранять путем регулировки, ремонта или замены отдельных электромеханических, полупроводниковых или электронных элементов возникшие к моменту проведения проверки отказы устройства, предотвращая переход их в отказы функционирования при возникновении требования к срабатыванию. Так, например, в Ростовэнерго в 1998 г. произошло 87 случаев неправильных действий устройств РЗА, а при техническом обслуживании в том же году выявлено и устранено 68 дефектов, которые могли привести к отказам. В Иркутскэнерго в том же году произошло 60 неправильных действий, а выявлено и устранено при техническом обслуживании 162 дефекта. В Карелэнерго в 1999 г. выявлено при техническом обслуживании 26 дефектов при 27 случаях неправильной работы. Хотя по статистической отчетности процент случаев неправильной работы устройств РЗА остается из года в год практически на одном уровне, энергосистемы отмечают, что поддержание в работоспособном состоянии электромеханических устройств, проработавших 25 лет и более, обеспечивается за счет повышения затрат на их техническое обслуживание из-за необходимости проведения дополнительных регулировок, ремонта или замены отдельных реле и другой аппаратуры, контрольных и высокочастотных кабелей. По мере имеющихся возможностей производится и замена выработавших ресурс и устаревших устройств РЗА, аппаратуры ВЧ каналов, контрольных кабелей. Однако замена устройств РЗА и их элементов происходит в энергосистемах в настоящее время в недостаточном объеме из-за отсутствия необходимого финансирования. Вопрос замены устройств РЗА, выработавших срок службы, будет обостряться с каждым годом, если уже сейчас не начать их планомерную замену или реконструкцию. Тем более, что наблюдается рост доли случаев неправильной работы устройств из-за старения в общем количестве случаев неправильной работы, не связанных с действиями или ошибками эксплуатационного персонала, персонала проектных или наладочных организаций и с любыми внешними воздействиями. Так, если доля этих случаев за 1993 - 1998 гг. составила в среднем 9,7 %, то в 1999 г. - 11 %. На основе годовых отчетов энергосистем за 1998 - 1999 гг. составлен перечень связанных со старением характерных дефектов и неисправностей аппаратуры и устройств РЗА, вызвавших неправильную работу устройств или обнаруженных при их техническом обслуживании (приложение Б). Приведенный перечень является далеко не полным, так как большая часть устраняемых дефектов в отчеты не попадает. В целях обоснования и облегчения планирования реконструкции или замены устройств РЗА, превысивших средний срок службы, ОРГРЭС совместно с ЧЭАЗ разработаны основные критерии для замены физически или морально устаревших устройств РЗА и рекомендации по их реконструкции и замене.

2 Основные критерии, определяющие необходимость замены устройств РЗА, выработавших срок службы или морально устаревших

2.1 Техническое перевооружение энергообъекта или его части - замена защищаемого основного оборудования (генератора, трансформатора, выключателей и др.), внедрение АСУ ТП (необходима установка как минимум одного микропроцессорного устройства на каждом присоединении). 2.2 Несоответствие технических характеристик или функциональных возможностей устройства требованиям к селективности, быстродействию, чувствительности, резервированию при действующих или предусматриваемых в ближайшей перспективе схемах или режимах работы энергообъекта или прилегающей сети. 2.3 Невозможность восстановления требуемых характеристик устройства при проведении технического обслуживания. 2.4 Эксплуатация электромеханического устройства более 25 лет, микроэлектронного - более 12 лет (или 15 - 18 лет при подтверждении техническим обследованием удовлетворительного состояния устройства). 2.5 Фактический износ значительной части аппаратов электромеханического устройства до состояния, требующего их замены; значительное превышение большей частью аппаратов количества срабатываний, нормируемых НД. 2.6 Неудовлетворительное состояние изоляции контрольных кабелей, монтажных проводов по механической (высыхание, трещины, хрупкость) или электрической прочности или по уровню сопротивления изоляции; существенные изменения внешнего вида значительной части монтажных проводов устройства, катушек, изоляционных трубок и т.д. 2.7 Рост количества случаев изменения характеристик и (или) повреждений элементов устройства, выявленных при проведении технического обслуживания и при анализе случаев неправильной работы. 2.8 Рост относительного числа отказов функционирования (процента неправильной работы устройства). 2.9 Прекращение выпуска устройств и запасных частей к ним.

3 ИСХОДНЫЕ УСЛОВИЯ, ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ И НАПРАВЛЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО ПЕРЕВООРУЖЕНИЯ УСТРОЙСТВ РЗА

В настоящее время определяющим исходным условием технического перевооружения устройств РЗА следует считать наличие в эксплуатации 35 %, или 500 тыс. устаревших устройств, подлежащих реконструкции или замене. При этом их количество увеличивается с каждым годом, так как замена выработавших ресурс и устаревших устройств происходит в недостаточном объеме из-за ограниченных финансовых возможностей эксплуатирующих организаций. Основным направлением технического перевооружения устройств РЗА в энергетике должно являться внедрение микропроцессорных устройств, обладающих существенными преимуществами перед электромеханическими и микроэлектронными аналогами. Однако из-за финансовых ограничений, высокой стоимости микропроцессорных устройств, особенно импортных, большого количества подлежащих замене устройств в течение ряда лет наряду с внедрением микропроцессорных устройств взамен устаревших нельзя будет исключить применение для их замены или модернизации выпускаемых в настоящее время электромеханических и микроэлектронных устройств и аппаратуры. Кроме того, опыт внедрения импортных микропроцессорных устройств РЗА показывает, что отличие в технической идеологии этих устройств от принятой в России, невысокое качество перевода технической документации, ошибки в тексте и схемах функций вызывают определенные трудности при их внедрении и требуют в ряде случаев внесения изменений в их конфигурацию. В последнее время разработаны, серийно выпускаются и внедряются в энергосистемах отечественные микропроцессорные устройства для присоединений 6 - 35 кВ, например, серии БМРЗ (НТЦ «Механотроника»), серии «Сириус» и «Орион» (НПФ «Радиус»). Совместным предприятием «АББ Реле-Чебоксары» для этих присоединений выпускаются устройства серии S РАС-800. В НПП «ЭКРА» разработан и принят приемочной комиссией шкаф ШЭ2607 с терминалами БЭ2704 версий 010 и 020 (резервные защиты линий 110 - 220 кВ); первая партия этих шкафов уже находится в эксплуатации. Ведется разработка терминалов основных защит линий и защит трансформаторов 110 - 220 кВ. Разработка и выпуск терминалов устройств РЗА присоединений 500 - 750 кВ предусмотрена в НПП «ЭКРА» на ближайшую перспективу. Отечественные микропроцессорные устройства реализуют принятую в России техническую идеологию в области релейной защиты и значительно дешевле импортных, что облегчает их внедрение и обеспечивает снижение затрат на перевооружение энергообъектов. При необходимости замены устройств РЗА присоединений 330 - 500 кВ, основных защит линий и защит трансформаторов 110 - 220 кВ до появления соответствующих отечественных микропроцессорных устройств могут быть использованы имеющие экспертное заключение микропроцессорные устройства иностранных фирм (АББ, Сименс, Альстом и др.) или отечественные электромеханические или микроэлектронные устройства. Целесообразно на каждом предприятии иметь периодически пересматриваемый перечень подлежащих замене устройств РЗА в порядке очередности замены с учетом срока их эксплуатации, защищаемого оборудования, возможных последствий отказа или ложной работы, наличия отечественных микроэлектронных аналогов и др. Внедрение микропроцессорных устройств РЗА требует как повышения квалификации релейного персонала, так и оснащения служб РЗА современными автоматизированными устройствами для их технического обслуживания, такими, например, как «Ретом» НПП «Динамика», УАП НПП «ЭКРА», «Уран» НПФ «Радиус». Следует отметить, что внедрению микропроцессорных устройств должны предшествовать специальные испытания для оценки электромагнитной обстановки (ЭМО) на энергообъекте и проведения при необходимости мероприятий, обеспечивающих ее совместимость с уровнем помехозащищенности устройств. Необходимость таких испытаний вызывается тем, что до последнего времени при проектировании энергообъектов, в частности, их заземляющих устройств вопросы электромагнитной совместимости не учитывались. Достаточно большое число случаев в эксплуатации выхода из строя элементов микроэлектронных устройств и элементов электроники электромеханических устройств РЗА, по всей видимости, объясняется в значительной степени тем, что при их внедрении оценка ЭМО, как правило, не проводилась. Поэтому оценку ЭМО целесообразно провести также и на тех энергообъектах, где внедрены микроэлектронные устройства, особенно учитывая предстоящее внедрение микропроцессорных устройств.

4 РЕКОМЕНДАЦИИ ПО МОДЕРНИЗАЦИИ, РЕКОНСТРУКЦИИ И ЗАМЕНЕ УСТРОЙСТВ РЗА, ВЫРАБОТАВШИХ УСТАНОВЛЕННЫЙ СРОК СЛУЖБЫ

4.1 При техническом перевооружении основного оборудования объекта или его части должна производиться замена всех выработавших срок службы устройств РЗА этого оборудования, включая кабели вторичных цепей, а также тех устройств, состояние которых соответствует хотя бы одному из критериев пп. 2.2 - 2.9 . 4.2 При техническом перевооружении по п. 4.1 следует, как правило, применять микропроцессорные устройства РЗА преимущественно отечественного производства необходимого качества. 4.3 Для замены устройств РЗА присоединений 330 - 500 кВ, генераторов, основных защит линий и защит трансформаторов 110 - 220 кВ до появления соответствующих отечественных микропроцессорных устройств могут быть использованы имеющие экспертное заключение микропроцессорные устройства иностранных фирм (АББ, Сименс, Альстом и др.) или в отдельных случаях однотипные с заменяемыми отечественные электромеханические или микроэлектронные устройства (приложение В). 4.4 При решении вопроса очередности перевооружения устройств РЗА целесообразно наряду с другими факторами учитывать наличие отечественных микропроцессорных аналогов. 4.5 Замена устройств РЗА на объектах, где предусматривается техническое перевооружение основного оборудования, должна быть предусмотрена проектом перевооружения с учетом срока эксплуатации и фактического состояния устройств. 4.6 На энергообъектах, где техническое перевооружение основного оборудования не предусматривается в ближайшие годы, а состояние устройств требует замены, в условиях ограниченного финансирования целесообразно рассмотреть вопрос об их замене на однотипные электромеханические или микроэлектронные устройства. В устройствах, находящихся в относительно удовлетворительном состоянии, с целью продления срока службы следует при необходимости заменить наименее надежные блоки, реле, кабели или другие элементы устройств.

Приложение А

(справочное )

СРЕДНИЕ СРОКИ СЛУЖБЫ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ РЗА

Аппараты и элементы устройств РЗА	Средний срок службы, лет	Нормативный документ, определяющий срок службы	Примечание
1. Реле электромеханическое		Технические условия	На все реле ОАО « ЧЭАЗ »
2. Реле статическое		Технические условия	На все реле ОАО « ЧЭАЗ »
3. Реле магнитоэлектрическое		ТУ 25-04-2489-75
4. Монтажный провод		ГОСТ 17515-72 , ГОСТ 6323-79	НВ, ПВ
5. Автомат оперативного тока		ТУ 16-522.139-78	АП 50
6. Блок испытательный		ТУ 16-526.115-75	БИ 4, БИ 6
7. Ключи и переключатели		ТУ 16-526.128-78 ИГУЛ.642 313.010 ТУ	ПМОВ, ПМОФ, ПКУ -3, ПК 16
8. Накладки оперативные		-
9. Рубильники		ТУ 16-525.018-74	Р 16
10. Зажимы соединительные		ТУ 16 -91, ТГФР.687022.035 ТУ	ЗН 24

Приложение Б

(справочное )

ПЕРЕЧЕНЬ ХАРАКТЕРНЫХ ДЕФЕКТОВ И НЕИСПРАВНОСТЕЙ УСТРОЙСТВ И АППАРАТУРЫ РЗА, СВЯЗАННЫХ СО СТАРЕНИЕМ

Тип реле, аппарата, устройства, кабеля	Характер дефекта	Срок эксплуатации, лет

РВ -73, РВ -100, РВ -200	Застревание (износ) часового механизма, подгорание мгновенных контактов, деформация диамагнитной шайбы, обрыв или сгорание обмотки, ослабление крепления колодки неподвижного контакта
ЭВ -100, ЭВ -200	Застревание (износ) часового механизма, излом пружины, сгорание обмотки
РВМ -12, РВМ -13	Застревание часового механизма, разброс времени срабатывания, окисление и износ подпятников, излом контактов
РП -8, РП -9, РП -23, РП -25, РП -222	Обрывы или витковые замыкания обмоток, излом подвижных контактов, дефекты паек, нарушения контакта, увеличение напряжения срабатывания и возврата, сгорание обмоток, излом возвратных пружин, черный налет внутри паек	20 и более
РП -232, РП -252, РП -255	Обрыв обмотки, витковое замыкание токовой обмотки, износ и залипание контактов, пробой между обмотками	25 и более
РП -252, РП -256, РП -321, РП, РП -341	Пробой диодного моста
РТ -40	Излом подпружинивающей шайбы, излом возвратной пружины, вибрация контактов, подгорание размыкающего контакта, разрушение подпятника, нарушение паек выводов катушки	10 и более
РН -50, РНН -57	Пробой диодного моста, излом шайбы регулировочного механизма, уход параметров из - за изменения характеристик сердечника, витковые замыкания обмотки	10 и более
РПВ -58, РПВ -258	Обрывы обмоток выходного реле и реле времени, повреждение или потеря емкости конденсатора, нарушение пайки в цепи заряда конденсатора, застревание часового механизма реле времени, повреждение выпрямительного моста
ИТ -80, ИТ -85, РТ -80	Износ оси и подпятников, деформация и застревание диска, сваривание контактов
РЧ -1, РСГ -11	Повреждение транзисторов, стабилитронов и электролитических конденсаторов, нарушение изоляции обмоток
РНТ -265, РНТ -565, ДЗТ -11, ДЗТ -21	Излом пружинящей шайбы выходного реле, нарушение паек, загрязнение магнитной системы и подпятников. Нарушение контакта в уравнительной обмотке, уход параметров из - за изменения характеристик сердечников, обрыв в цепи тока, повреждение проводника в реле
РТВ, РТМ	Застревание сердечника, износ зубьев РТВ, замыкание на корпус переключателя отпаек РТВ, повреждение бойка, обрыв обмотки, коррозия сердечника и часового механизма, окисление контактов, излом провода в месте подключения к обмотке, расцепление сердечника с часовым механизмом, разброс времени срабатывания
МЭР -237 (в устройствах разных типов)	Залипания контактов, нарушение контакта на цоколе, износ подвижной части, пробой контактов из - за перенапряжений, разрегулировка контактов
В F - 80/ Q	Трещина в колбе геркона, износ резиновой прокладки, пробой контактов из - за перенапряжений, разрегулировка
RS -1000, URF -25/ 10	Смещение колбы геркона, повреждение колбы геркона
РГЧЗ -66	Физический износ, ослабление возвратной пружины, замыкание на зажимах	35 и более
ПГ -22, ПГЗ -22	Физический износ, негерметичность поплавка	35 и более
РБМ -271, РБМ -275, РБМ -278	Потеря контакта (маслянистый налет на контактах), значительное увеличение мощности срабатывания, повреждение изоляции между обмотками
РТЗ -50	Витковые замыкания, ложные срабатывания
РТФ -6 М, РТФ -7	Повреждение стабилитрона, изменение настройки фильтра
РЭ -515, РЭ -814, РЭВ -515, РЭВ -814, РЭВ -816, РЭВ -883	Обрывы и витковые замыкания обмоток, сгорание обмоток	20 и более
РУ -1, РУ -11, РУ -21, РЭУ -11	Обрывы и витковые замыкания обмоток, сгорание обмоток, самопроизвольные срабатывания, повреждения механизма возврата	10 и более
БК -401, БК -402, БК -403	Пробой конденсаторов, пробой диодов КД 202 М, обрыв резисторов ПЭВ -5
БПЗ -401, БПНС	Пробой выпрямительного моста КЦ 405 А, пробой конденсатора МБГО -0-2-160 В -30 мкФ, пробой сглаживающего конденсатора	25 и более
КРС -1, КРС -2	Повреждение реле - повторителя нуль - индикатора, пробой стабилитрона Д 815 В
КЗ -10	Обрыв провода контакта РМ
ДЗЛ -1, ДЗЛ -2	Нарушение контакта реле РП -7, потеря емкости конденсатора 1 С 4 в цепи тормозной обмотки	25 и более
ШДЭ 2802	Повреждение микросхем К 553 УД 2, К 511 ЛА 2 в блоке Л 1030
Электромагниты включения и отключения разных типов	Затирание сердечника ЭО, обрыв обмотки, витковое замыкание обмотки ЭВ и ЭО
Контактор включения	Сгорание катушки, пробой изоляции контактов на землю
УПЗ -70	Выход из строя электронных ламп, потеря контакта в цоколе лампы, пробой диодного моста, нарушение изоляции трансформатора ТР -2 УМ, перегрев платы задающего генератора, нарушение паек, повреждения конденсаторов, обрыв цепи в блоке реостатов	20 и более
ПВЗ -90 М	Повреждения блоков БП, АК, БР, ГСЧ, МУС; потеря емкости конденсаторов
АВЗК -80	Пробой защитных диодов в блоке МУС
АНКА - АВПА	Повреждение транзисторов КТ 315 Г, КТ 608 Б, КТ 809 А; потеря емкости электролитических конденсаторов, разрушение от нагрева втулок крепления резисторов в блоке реостатов, повреждение разъемов, обрыв дорожки печатной платы, потеря контакта в цоколе кварцевого генератора
Ключи, переключатели, рубильники	Изменение характеристик контактных пружин, появление усталостных трещин, разрушение контактов и латунных губок
Контрольные кабели АКВВГ, КВВГ и др.; ВЧ кабели	Снижение сопротивления изоляции, пробои изоляции на землю и между жилами, обрыв жил, механическое разрушение изоляции	20 и более

Приложение В

( справочное )

ПЕРЕЧЕНЬ АНАЛОГОВ ЧЭАЗ И ВЧ АППАРАТОВ ДЛЯ ЗАМЕНЫ, МОДЕРНИЗАЦИИ И РЕКОНСТРУКЦИИ УСТРОЙСТВ РЗА

Наименование изделия	Тип изделия	Тип аналога	Примечание

1. Реле максимального тока	РТ 40	РТ 40	Возможно РСТ 11-14
2. Реле максимального тока	РТ 80, РТ 90	РТ 80, РТ 90	Без замены
3. Реле максимального тока	РТ 40/ Р, РТ 40/ Д, РТ 40/ Ф	РТ 40/ Р, РТ 40/ Д, РТ 40/ Ф	Без замены
4. Реле дифференциальные	РНТ 565 - 567/2	РНТ 565 - 567/2	Возможно РСТ 15, РСТ 16, РСТ 23
5. Реле дифференциальные	ДЗТ 11	ДЗТ 11	Возможно РСТ 23
6. Реле тока с повышенной чувствительностью	РТ З 50	РТ З 51
7. Реле тока обратной последовательности	РТФ 1 М	РТФ 8
8. Реле тока обратной последовательности	РТФ 7/1, РТФ 7/2	РТФ -9
9. Реле напряжения	РН 53, РН 54	РН 53, РН 54	Возможно РСН 14 - РСН 17
10. Реле напряжения	РН 58	РСН 14, РСН 15
11. Реле напряжения	РН 73, РН 74	РСН 12, РСН 18
12. Реле напряжения	РН 51	РН 51	Возможно РСН 11
13. Реле напряжения нулевой последовательности	РНН 57	РНН 57	Без замены
14. Реле сдвига фаз	РН 55	РН 55	Возможно РСНФ 12
15. Реле сдвига фаз	РСФ 11	РСНФ 12
16. Реле напряжения обратной и прямой последовательностей	РНФ 1 М	РСН 13-1
16. Реле напряжения обратной и прямой последовательностей	РНФ 2	РСН 13-2
17. Реле времени на срабатывание	РВ 100, РВ 200	РСВ 160, РСВ 260
18. Реле времени на возврат	РВ 215 - РВ 245	РСВ 255
19. Реле времени	ВЛ	РСВ 01-1, РСВ 01-3, РСВ 01-4	ВЛ производства Украины
20. Реле времени сериесное	РВМ 12, РВМ 13	РСВ 13
21. Реле промежуточное	РП 23	РП 16-1
22. Реле промежуточное	РП 25	РП 16-7
23. Реле промежуточное	РП 232, РП 233	РП 16-4, РП 16-2
24. Реле промежуточное	РП 220	РП 17
25. Реле промежуточное	РП 250	РП 18
26. Реле повторного включения	РПВ 58, РПВ 69	РПВ 01
27. Реле повторного включения	РПВ 258	РПВ 02
28. Реле направления мощности	РБМ 170, РБМ 270	РМ 11, РМ 12
29. Реле активной и реактивной мощности	РБМ 275, РБМ 276	РСМ 13
30. Реле частоты	РЧ 1, РЧ 2	РСГ 11
31. Реле разности частот	ИРЧ 01	РГР 11
32. Защита при однофазных замыканиях на землю	ЗЗП 1	ЗЗН
33. Блоки испытательные	БИ 4, БИ 6	БИ 4 М, БИ 6 М
34. Блокировки при качаниях	КРБ 125, КРБ 126	БЭ 2603, БЭ 2604
35. Комплекты продольной дифференциальной защиты	ДЗЛ 1	ДЗЛ 2
36. Блок защиты статора генератора	ЗЗГ 1	БРЭ 1301.1
37. Блок защиты генераторов от перегрузок	РТФ 6 М, РЗР 1 М	БЭ 1101 ¸ БЭ 1103
38. Блок защиты цепей возбуждения генераторов	КЗР 3 с ВУ 2	БЭ 1104, БЭ 1105
39. Блоки реле сопротивления	КРС 2, КРС 3	БРЭ 2801
40. Панель дистанционной и токовой защиты	ЭПЗ 1636-67	ЭПЗ 1636-67	Возможно ШДЭ 2801 - ШДЭ 2804
41. Панель дистанционной защиты	Д З 503	ПДЭ 2001.01
42. Панель дифференциально - фазной защиты	ДФЗ 201	ДФЗ 201	Возможно ПДЭ 2802
43. Панель дифференциально - фазной защиты	ДФЗ 503, ДФЗ 504	ПДЭ 2003.01
44. Панель ОАПВ	ОАПВ 503	ПДЭ 2004.03
45. Панель дистанционной защиты	П З 4	П З 4 М
46. Панель дистанционной защиты	ПЭ 2105	ПЭ 2105 М
47. Номенклатурные панели защиты на электромеханических реле	ЭПЗ 1637-73	ЭПЗ 1637-91
	ЭПЗ 1638-73	ЭПЗ 1638-91
	ЭПЗ 1639-73	ЭПЗ 1639-91
	ЭПЗ 1643-73	ЭПЗ 1643-91
	ЭПЗ 1651-73	ЭПЗ 1651-91
	ЭПЗ 1652-73	ЭПЗ 1652-91
	ЭПЗ 1638-73	ЭПЗ 1638-91
	ЭПО 1053-72	ЭПО 1053-91
	ЭПО 1054-72	ЭПО 1054-91
	ЭПО 1055-72	ЭПО 1055-91
	ПА 115-74	ПА 115-91
48. Комплекс панелей защиты и автоматики ВЛ 500 - 750 кВ	Д З 750	ПДЭ 2001.01
	Д З 751	ШЭ 2703
	ПДЭ 2001	ШЭ 2703
	Т З 750	ПДЭ 2002.01
	Т З 751	ШЭ 2704
	ПДЭ 2002	ШЭ 2704
	НДЗ 750	ПДЭ 2003.01
	НДЗ 751	ШЭ 2705
	ПДЭ 2003	ШЭ 2705
	АПВ 750	ПДЭ 2004.02
	АПВ -751	ПДЭ 2004.03
	ПДЭ 2004.01
	ПДЭ 2004.02
	УРОВ 750	ПДЭ 2005.01
	УРОВ 751	ПДЭ 2006.01
	ПДЭ 2005	ШЭ 2701
	ПДЭ 2005	ШЭ 2703
	ДЗШ 750	ПДЭ 2006.01
	ДЗШ 751	ШЭ 2303
	ПДЭ 2006	ШЭ 2303
49. Высокочастотные аппараты устройств РЗА и телеотключения	УПЗ -70	ПВЗУ - М
	ПВЗД, ПВЗК	ПВЗУ - Е
	АНКА - АВПА	АКАП - В

Одно из самых распространенных заблуждений применительно к СКС заключается в том, что длина линий и каналов не должна превышать ограничений, определяемых стандартами. Строго говоря, это не совсем так. Стандарты ISO/IEC 11801 и EN 50173 допускают наличие в СКС линий увеличенной длины . Такие линии рекомендуется тестировать на соответствие параметров, определенных для стандартных линий. Кроме того, стандарты определяют предельные длины каналов для различных категорий среды передачи и классов приложений. Например канал категории 5 ограничен длиной 100 метров для приложений класса D и 3000 метров - для для приложений класса А.

Другими словами, чем лучше среда передачи и ниже требования приложений, тем на большее расстояние можно передать сигнал. С этой точки зрения увеличение длины каналов более 100 метров для сетевых протоколов своего класса свидетельствует о качестве СКС и может обеспечить пользователям технические, эксплуатационные и инвестиционные преимущества.

Потребности в резерве

Кабельные системы являются частью инфраструктуры зданий. Стандарты предусматривают возможность эксплуатации структурированных кабельных систем (СКС) в течение десяти и более лет без замены. Развитие информационных технологий, приводящее к экспоненциальному росту трафика в локальных сетях, что сокращает срок службы кабельных систем.

Объем данных в локальных сетях удваивается каждые два года. Протоколы, увеличивающие скорость передачи данных в десять раз, появляются через четыре-пять лет. В ближайшие годы ожидается принятие стандартов структурированных кабельных систем (СКС) категории 6 и 7 с полосой 200 и 600 МГц.

В результате системы без резерва функциональных параметров могут морально устареть так же быстро как, например, сетевые и периферийные устройства. Однако замена кабельных систем, интегрированных в инфраструктуру зданий, это более дорогое и трудоемкое занятие, чем модернизация компьютеров.

Заказчики, которые выбирают СКС категории 5 , получают многолетние гарантии. Для систем, исчерпавших свои возможности, смысл таких гарантий ставится под сомнение простыми вопросами. Что представляют собой системы, установленные десять лет назад? Обеспечивают ли они реальные потребности реальных предприятий? Сколько раз за десять лет заказчикам приходилось менять кабельную проводку?

Все эти вопросы сводятся к проблеме срока службы современных кабельных систем. Не телефонной проводки, требования к которой не меняются десятилетиями, а универсальной кабельной инфраструктуры для передачи всех типов сигналов, создаваемой в соответствии с общепризнанными стандартами.

Эту проблему необходимо решать с учетом тенденций разработки новых стандартов и технологий. Анализ истории предприятия и прогноз увеличения нагрузки в сетях позволит спрогнозировать во многих случаях требуемый запас прочности кабельной системы. Для его оценки следует внимательно рассмотреть резерв функциональных параметров СКС.

Использование резерва

Кабельные системы призваны обеспечить работу протоколов, которые появятся в обозримом будущем, благодаря резерву параметров. Если резерв существует, его можно использовать одним из двух способов:

через несколько лет при переходе на новые приложения;
с начала эксплуатации.

Преимущество выбора избыточных систем заключается в возможности избежать замены разъемов, кабелей или системы в целом. Такая замена даже через три-пять лет будет свидетельством грубого просчета при выборе СКС и потребует непредвиденных и неоправданных расходов.

Дальновидные заказчики могут избежать этого, установив, например, систему категории 6. Однако при этом часть инвестиций в кабельную инфраструктуру оказывается замороженной на несколько лет. Кроме того, пока не решены проблемы совместимости , что также может потребовать дополнительных расходов заказчиков.

Существует и другой вариант - использование всех возможностей среды передачи с первого дня эксплуатации. Решение - увеличение длины каналов для действующих приложений. Избыточные характеристики базовых линий и каналов обеспечивают максимум преимуществ заказчикам, а не производителям. При этом СКС полностью соответствует стандартам, что гарантирует работу более скоростных приложений в будущем.

Проектирование систем с учетом возможностей среды передачи позволяет сократить число сетевых устройств и уменьшить инвестиции в активное оборудование. Кроме того, требуется меньшее число / размер коммутационных шкафов, меньшая площадь телекоммуникационных помещений.

Дополнительная экономия в процессе эксплуатации достигается применением принципов построения централизованных систем. Сетевая аппаратура и серверы устанавливаются в одном месте - центре сети, имеющей физическую топологию типа «звезда». Остальные распределительные пункты являются пассивными, не требуют кондиционирования и обслуживания.

Переконфигурации рабочих мест выполняются в одном месте. Упрощается и удешевляется создание рабочих групп, особенно в случаях, когда участники групп работают на разных этажах. Снижаются расходы на администрирование. Эксплуатация таких систем требует меньше материальных и финансовых ресурсов.

Категории и классы приложений

Стандарты ограничивают длину канала для приложений соответствующего класса величиной 100 метров. Среда передачи категории 5 (100 МГц) предназначена для работы приложений класса D, категории 3 (16 МГц) - для класса С. В современных стандартах нет спецификаций кабельных систем низших категорий, однако приложения, для которых необходим меньший диапазон частот, существуют.

Низкоскоростные протоколы передачи данных, требующие полосу частот до 1 МГц относятся к классу В, а речевые приложения, например цифровые и аналоговые абонентские телефонные каналы - к классу А (0,1 МГц). В международном стандарте ISO / IEC 11801 приводится таблица максимально допустимой длины каналов в зависимости от категорий и классов приложений.

В примечаниях к таблице говорится о том, что длина канала 100 метров включает базовую линию длиной 90 метров и 10 метров соединительных кабелей. Если длина канала превышает 100 метров, необходимо учитывать ограничения сетевых протоколов.

В канале допускается не более трех разъемов. Установка дополнительного разъема в виде точки перехода возможна только за счет бюджета базовой линии. Иными словами, если производитель элементов СКС гарантирует резерв параметров, допускается дополнительное разъемное соединение.

Такие оговорки не случайны. Именно кабельные разъемы создают максимум проблем и ограничений и не позволяют в полной мере использовать возможности увеличения длины каналов.

Фактически категория 5 не обеспечивает требуемых параметров для работы современных протоколов - Fast Ethernet, АТМ 155. Реальная длина канала категории 5, при которой проблемы не проявляются - около 60 метров.

Базовая линия категории 5, на которую чаще всего распространяются гарантии, имеет всего два разъема. При этом базовая линия также имеет недостаточное отношение сигнал / шум даже при передаче сигналов на расстояние 90 метров.

Увеличение длины каналов

Отказ от традиционных коннекторов и разработка принципиально новой технологии производства и монтажа разъемов, позволило компании ITT NS&S , Великобритания, увеличить длину каналов, число разъемов и гарантировать при этом работу всех действующих протоколов.

На рисунке 1 показан вариант увеличения длины канала для экранированной системы ISCS компании ITT NS&S. Такое решение ни в чем не противоречит стандартам. Длина базовых линий (кабели с черными разъемами на обоих концах) не превышает 90 метров. Переход к традиционным каналам не требует изменений кабельной инфраструктуры, к которой относятся только фиксированные и коммутационные кабели.

Рис. 1. Стандартная СКС. Модель увеличения длины канала

Централизованная архитектура дает существенную экономию начальных инвестиций, благодаря возможности исключения ряда промежуточных сетевых устройств. Вместо трех портов сетевого оборудования можно ограничиться одним. Для ста каналов потребуется на девять 24-портовых сетевых устройств меньше. Экономия на сетевом оборудовании для протокола Fast Ethernet составит до десяти тысяч долларов и более. Для ATM 155 - гораздо больше.

Это весьма эффективное решение для кабельной системы небольших офисных помещений, позволяющее обеспечить все коммутации из одного распределительного пункта. При этом каждый пользователь фактически имеет магистральное подключение к ресурсам сети. В дополнение к перечисленным выше преимуществам централизованных систем абонентская магистраль предлагает следующие возможности:

широкополосные сигналы могут быть доставлены любому пользователю непосредственно из единого коммутационного центра - распределительного пункта здания;
установка резервных источников питания и дополнительных каналов ввода повышает надежность системы;
гибкость выбора местоположения пассивных коммутационных пунктов.

В СКС, насчитывающих тысячи портов, увеличение длины каналов позволяет устанавливать сетевое оборудование не на каждом, а на отдельных этажах, сделав часть распределительных пунктов пассивными и необслуживаемыми. При этом СКС разбивают на централизованные подсистемы, включающие несколько этажей.

Уделяя особое внимание параметрам и характеристикам, мы порой забываем о главном. Все эти возможности являются результатом снижения уровня собственных излучений систем. Одно из важнейших преимуществ - это здоровые условия работы для пользователей. Выбор качественных продуктов и услуг обеспечивает повышение качества жизни.

Расширенные системные гарантии

Гарантируя обеспечение и стабильность рабочих параметров системы, ITT NS&S снимает с пользователя груз проблем, связанных с поисками и устранением неисправностей, и обеспечивает ему экономию и преимущества, благодаря:

пожизненной системной гарантии;
гарантии на канал, что более ценно для заказчика, чем гарантия на базовую линию, являющуюся частью канала;
уникальной гарантии на работу всех существующих протоколов;
полной преемственности гарантий, что защищает капитальные вложения в телекоммуникационную инфраструктуру зданий;
открытой топологии систем, обеспечивающей свободу выбора технологий.

ITT NS&S является единственной компанией, распространяющей гарантии работы протоколов на каналы большей длины и большим числом разъемных соединений, чем допускается стандартами. Системные гарантии дополняются 20– 25-летней гарантией на элементы системы. Гарантированная длина каналов экранированных систем ISCS для основных приложений приведена в таблице.

Протокол	Класс приложения	Длина канала, метров
Gigabit Ethernet 1000 Base T	DE	100
Fast Ethernet (100 Base TX)	D	140
TP-PMD 11 (ANSI X3t9. 5)	D	140
ATM OC-3, 155 Мбит/с	D	145
Fast Ethernet (100 Base T4)	C	160
100 Base VG Any LAN (IEEE 802.12))	C	160
Ethernet (10 Base T)	C	177

Гарантии компании ITT NS&S являются прямым контрактом между производителем и заказчиком, что может сыграть важную роль в случае, если системный партнер уйдет с рынка или сменит профиль деятельности.

Длительный срок эксплуатации

Предложенные в качестве стандартных, «избыточные» рабочие характеристики по существу надежно сохраняют капиталовложения заказчиков в выбранную кабельную инфраструктуру. Отпадает необходимости проводить постоянную техническую переоценку требуемого уровня инвестиций в кабельную систему, сделанных в прошлом.

Обеспечение длительных сроков эксплуатации достигается за счет:

резерва параметров систем, превышающих требования стандартов на один-два порядка;
участия компании ITT NS&S в органах стандартизации;
исследований различных аспектов электромагнитной совместимости;
совершенствования методов монтажа и испытаний;
оптимизации совместимости элементов и интеграции систем;
всестороннего испытания взаимодействия систем.

Электромагнитная совместимость (ЭМС)

Рост скоростей передачи данных делает особенно актуальной проблему электромагнитной совместимости систем. Это происходит как в результате увеличения уровня собственных излучений кабельных каналов, так и большей уязвимости высокоскоростных протоколов к внешним шумам.

Снижение уровня собственных шумов системы попутно решает проблемы электромагнитной совместимости . Меньший уровень шумов достигается лучшей балансировкой витых пар. Балансировка обеспечивает повышение устойчивости к воздействию внешних помех.

Дополнительная защита от внешних помех обеспечивается экранированием. Преимущества решений ITT NS&S - в индивидуальном экранировании каждого канала, хорошем соединении экрана кабеля с экраном разъемов, конструкции экрана кабельных разъемов , пайке экрана соединительных кабелей и всесторонних измерениях и испытаниях на электромагнитную совместимость.

Экранирование обычно рассматривается только с точки зрения улучшения электромагнитной совместимости. Однако не менее важным является то, что экранированные кабели обладают лучшими характеристиками на высоких частотах за счет оптимизации волнового сопротивления среды передачи.

Дело в том, что на распространение электромагнитных волн влияют любые предметы, особенно массивные металлические. Приемник, настроенный на частотах в пределах 100 МГц начинает работать с помехами, если близко подойти к антенне. Аналогичные явления происходят и в кабелях, работающих в режиме «бегущей волны». Экранирование среды распространения волн повышает ее однородность и, следовательно, улучшает параметры волнового сопротивления, что снижает уровень шумов.

Будучи хорошо сбалансированной и в дополнение к этому полностью экранированной, структурированная кабельная система ISCS повышает устойчивость системы от внешних источников радиопомех / электромагнитного излучения. Это обеспечивает:

работу высокоскоростных протоколов, таких как 1000 Base T Gigabit Ethernet, ATM 155, 100 Base TX Fast Ethernet, с нулевым коэффициентом ошибок;
уменьшение воздействия излучения оборудования локальной сети на внешнее оборудование;
лучшую защиту данных;
более здоровые и безопасные условия для пользователей и операторов по сравнению с неэкранированными и большинством экранированных систем категории 5.

Неэкранированные системы компании ITT NSS - LAN Connect 200 - имеют практически такие же параметры, как и экранированные. Коннекторы обеих систем идентичны, что дает возможность установки до семи разъемных соединений и в канале. Гарантии также распространяются на работу всех сетевых протоколов.

Однако уровень внешних электромагнитных излучений в местах установки СКС является неизвестной заранее и переменной величиной. Отсутствие экрана, позволяющего исключить этот фактор, ограничивает возможности увеличения длины каналов для неэкранированных систем.

Идентичная конструкция разъемов и модульность элементов обеспечивают монтаж в одной системе и даже на одной панели экранированных и неэкранированных линий. Такая гибкость построения систем приводит к снижению инвестиций. Гарантии в таком случае распространяются на каждую линию / канал.

Защита инвестиций

Защита инвестиций современных систем обеспечивается резервом параметров. Системы компании ITT NS&S имеют лучшие характеристики линий и каналов по наводкам, затуханию и возвратным потерям по сравнению с пределами систем 5-й категории, установленными организациями стандартизации.

Соотношение наводок между парами оптимизировано таким образом, чтобы обеспечить наилучшую работу всех протоколов. Общий экран экранированных систем, предназначенный для уменьшения излучений и повышения устойчивости к внешним шумам, позволяет получить максимальное значение сигнал / шум и гарантировать увеличение длины каналов.

Указанные меры привели также к улучшению рабочих характеристик систем по суммарным наводкам, которые начали учитывать в последние годы. Минимальная разбалансировка на разъемах явилась ключом для достижения баланса однонаправленных и двунаправленных наводок и решения проблем совместимости . В ближайшие годы на обеспечение совместимости категорий и элементов будут потрачены немалые средства, в том числе, и заказчиков.

Этот уровень рабочих характеристик системы был в распоряжении клиентов компании ITT NS&S с 1991 года, когда скорости передачи данных были в десятки раз ниже, а стандарты пятой категории не существовали. Восемь лет спустя системы все еще имеют существенный запас по требуемому сегодня качеству передачи сигналов на один - два порядка. Для сравнения можно отметить, что проект категории 6 допускает увеличение длины канала для приложений класса D на 15%, а системы ISCS - на 40–45%%.

Каналы увеличенной длины работают, принося экономию сил и средств. Время подтверждает, что кабельные системы компании ITT NS&S не требуют последующих модернизаций.

Суммируя сказанное выше, можно отметить, что с точки зрения защиты инвестиций, заказчики, устанавливающие системы с резервом параметров, делают правильный выбор. Фактический, а не декларируемый резерв, можно оценить по гарантиям.

Типичные и наиболее распространенные гарантии соответствия базовой линии параметрам категории 5 свидетельствуют только о соответствии стандартам открытых кабельных систем. Они не означают работу приложений с требуемым качеством на каналах максимальной длины. Если приложения не работают или не обеспечивают заданную производительность, гарантии категории 5 оказываются бесполезными.

Гарантии на работу протоколов - это полезные и ответственные гарантии. Увеличение длины каналов обеспечивает заказчикам минимальную стоимость владения структурированных систем.

Александр Воловодов

Категории

Выбор редакции