Инверторные станции катодной защиты серии ТИЭЛЛА. Модульный принцип построения.

Устройство катодной защиты серии ТИЭЛЛА

По техническим характеристикам и функциональным возможностям станциям катодной защиты этой серии нет равных. В серию входят станции различных мощностей (от 800 до 3000 Вт), различных исполнений (IP00, IP20, IP34, IP54).

 

Станции разработаны в 2014 г. предприятием НПП ”СИЭЛ” (http://sielectr.ru), г. Новочеркасск.

Главные особенности станций серии “ТИЭЛЛА” это:

  • крайне высокие технические характеристики и широкие функциональные возможности;
  • уникальный принцип построения станций из модулей.

Начну со второго.

Общий принцип модульного построения электронной аппаратуры.

Конечно, современная станция катодной защиты должна строиться по модульному принципу. Модульный принцип означает построение устройств с разнообразными характеристиками из ограниченного числа типовых модулей. Это позволяет:

  • значительно снизить затраты на разработку и производство;
  • повысить качество и надежность продукции;
  • легко модернизировать устройства, создавать новые модификации;
  • снизить затраты на ремонт;
  • иметь ограниченную номенклатуру запасных частей;
  • снизить затраты на обучение обслуживающего персонала.

Особенно ощутим эффект от эксплуатации станций, разработанных по модульному принципу, для крупных организаций, обслуживающих сотни устройств.

 

Принцип построения традиционных модульных станций катодной защиты.

Большинство производителей современных станций катодной защиты заявляют о модульном принципе построения их продукции. Говорят, что станции легко разрабатывать, просто обслуживать, легко ремонтировать, легко менять модули, запасных модулей надо иметь мало…  Все то, что написано выше.

Но, давайте посмотрим, что из себя представляет типичная станция катодной защиты, созданная по модульному принципу. Я набрал в поисковой системе запрос ”модульные станции катодной защиты ” и взял первые попавшиеся картинки.

Устройства, модульный принцип

Конструкция всех станций – типичная для модульных систем электронных устройств. Мы видим несколько модулей, установленных во внешний корпус. Сразу отмечаем, что модули разных типов. Как правило, это:

  • Несколько однотипных силовых модулей. Каждый силовой модуль рассчитан на определенную выходную мощность (часто это 1 кВт). Общая мощность станции определяется числом силовых модулей.
  • Управляющий модуль. Синхронизирует работу силовых модулей. Содержит дисплей и кнопки для задания режимов работы устройства. К нему подключаются контроллер телеметрии, датчик потенциала, электросчетчик и т.п.
  • Выходной модуль. К нему подключается нагрузка. Модуль объединяет выходы силовых модулей, иногда содержит шунт измерения общего тока станции. Не знаю, что там еще внутри, но он есть на многих станциях.
  • Модуль подключения питающей сети. Обеспечивает подключение проводов питания ко всем остальным модулям, содержит клеммные колодки, автоматы защиты и т.п.

Первый вывод – номенклатура модулей не так уж и мала.

Система крепления модулей в корпусе станции достаточно сложная. Модули должны выдвигаться вперед. Т.е. требуются  какие-то направляющие, удерживающие тяжелые модули на весу. Лицевые панели модулей прилегают к друг другу, закрывают щели между ними. Понятно, что:

  • Механическая конструкция крепления модулей достаточно сложная.
  • Она разрабатывается под конкретный тип станции. Т.е. когда говорят, что новая станция разрабатывается из готовых модулей, то забывают упомянуть, что для нее разрабатывается конструкция крепления модулей.

Это увеличивает время разработки новых устройств. Увеличивает цену самой станции, особенно с учетом того, что в себестоимости производства электронных устройств механические детали имеют все больший вес по отношении к электронике.

Модули надо как-то соединять электрически. В большинстве случаев это разъемы, установленные на задней панели корпуса. Модули по направляющим въезжают в корпус станции, и разъемы на задней панели модулей входят в ответные части разъемов на корпусе станции. Стандартное решение. Но такая конструкция требует повышенной точности крепления модулей.

Какие сигналы на этих разъемах? Разные:

  • Там и слаботочные сигналы, которые боятся электромагнитных помех.
  • Сильноточные выходы силовых модулей. Ток может быть 20 – 40 А.
  • Питающая сеть  ~ 220 В. Требует хорошей изоляции от корпуса  других сигналов. Испытательное напряжение не менее 1000 В.

Какие разъемы надо использовать для таких разнообразных сигналов? Часто применяют несколько типов разъемов. Иногда сильноточные выходы объединяют шинами.

Но, как правило, в системе большая часть электрических связей между модулями осуществляется через разъемы. Разъемы самые ненадежные элементы электронных устройств. А в тяжелых условиях эксплуатации их надежность значительно снижается. Они окисляются, загрязняются, боятся влаги.

Но разъемы еще надо соединить между собой. И опять же это разные соединения: слаботочные, помехочувствительные, высоковольтные, сильноточные. Для разработки новой станции необходимо создавать достаточно сложную схему электрических соединений между модулями. На это надо время, деньги, лишние соединения снижают надежность.

Разработчики заявляют, что их станция в одном и том же корпусе имеет выходную мощность, например, 1 кВт, 2 кВт и 3 кВт в зависимости от числа модулей. Замечательная универсальность. Но в станции с одним силовым модулем два места пустуют. А корпус стоит недешево. К тому же этот один модуль требует комплект остальных модулей: управляющего, выходного, входного. И сколько стоит такая станция? Сколько приходится платить за такую универсальность? А размеры, вес?

Когда производители станций заявляют о возможности выбора выходной мощности модульных станций изменением числа модулей, они забываю сказать о том, что при неполной комплектации заказчику приходится расплачиваться завышенной ценой, габаритами, весом.

Что делать, если повредятся провода связи между модулями? Как ее заменить в чистом поле? Такое бывает. Пайка к разъемам коррозирует, провода грызут разные твари.  А ведь разработчики модульных станций заявляют, что все меняется очень легко.

В традиционных модульных станциях существует электрическая часть, которая требует значительного времени и благоприятных окружающих условий для ремонта или замены. Она не может быть заменена в чистом поле.

Но есть еще проблема. Кто работает со станциями? Кто их обслуживает? Это квалифицированные электрики. Я очень уважаю этих людей, но в электронике их знания оставляют желать лучшего. Кроме того, это люди стоящие на последнем рубеже. От них всегда требуют одного – чтобы все работало, несмотря ни на что. И они сами ремонтируют трансформаторные станции, выкручиваются, и все работает. Но с инверторными станциями все намного сложнее, и они панически боятся того, что чего-то не смогут сделать, что не заработает.

Так вот, в традиционных модульных станциях квалифицированным электрикам, не электронщикам, предлагается обслуживать электронные модули, связанные между собой сложными логическими сигналами. И в случае нарушения связи между модулями, определить поломку для них будет затруднительно.

В традиционных модульных станциях существует часть схемы, для обслуживания и ремонта которой требуются знание электроники.

Итак, все в сумме относительно традиционных модульных станций катодной защиты:

  • Собираются не на однотипных модулях, номенклатура модулей не так уж и мала.
  • Механическая конструкция крепления модулей достаточно сложная.
  • Конструкция крепления модулей разрабатывается под конкретный тип станции. Для разработки новой станции требуется разработка новой конструкции.
  • Модули соединяются через разъемы - самый ненадежный компонент системы, особенно для тяжелых условий эксплуатации.
  • Модули соединяются разными сигналами: слаботочными, помехочувствительными, высоковольтными, сильноточными. Требуются разные типы разъемов и проводов.
  • Для разработки новой станции необходимо создавать достаточно сложную схему электрических соединений между модулями.
  • При неполной комплектации станции силовыми модулями заказчику приходится расплачиваться завышенной ценой, габаритами, весом.
  • Существует электрическая часть, которая для замены требует значительного времени и благоприятных окружающих условий. Она не может быть заменена в чистом поле.
  • Часть схемы, для обслуживания и ремонта, требуют знание электроники.

Как-то это все не очень вяжется с преимуществами модульного принципа разработки электронной аппаратуры. Разработчики конструктивно разбивают станцию на модули. Это позволяет оперативно менять некоторые модули при неисправностях. Но создавать из этих модулей новые станции  – достаточно проблематично. Обслуживание таких станций также непростое занятие.

Чтобы окончательно почувствовать принцип создания станций из традиционных модулей представьте себе, что вы вытащили все модули из станции, остальное выбросили и вам надо собрать из этих модулей новую станцию. Скажете невозможно. А теперь прочитайте следующую главу про станции серии ”ТИЭЛЛА” и ответьте на тот же вопрос. Я уверен, что вы сможете создать новую станцию, имея только модуль этой серии. Для этого вам достаточно быть квалифицированным электриком.

 

Конструкция, принцип построения станций катодной защиты серии ”ТИЭЛЛА” из унифицированных модулей.

Учитывая все выше сказанное, было решено, что вся сложная электроника должна остаться внутри модуля. А с модулем должен уметь работать персонал с квалификацией электрика.

Модуль был определен как конструктивно и функционально законченный блок, на который только необходимо подать напряжение питающей сети ~ 220 В и подключить к нему нагрузку. Это операции вполне доступные квалифицированному электрику. Для увеличения мощности можно использовать несколько модулей в режиме синхронизации.

Устройство 30 А, 50 В

Были приняты следующие принципы конструктивной и схемотехнической разработки модулей:

  • Модуль это конструктивно и функционально законченный узел со степенью защиты от внешних воздействий IP00. В принципе, это станция в незащищенном варианте исполнения. Для эксплуатации модуль требует внешний корпус.
  • Конструктивно модуль представляет собой металлический каркас, в котором размещены электронные узлы.

Модуль серии ТИЭЛЛА

  • Модуль не содержит силовых разъемов или клеммных колодок. Зачем лишние контакты, лишние ненадежные соединения. Все равно вход и выход модуля будут подключены к колодкам станции. Поэтому из модуля выходят провода для подключения питающей сети ~ 220 В и нагрузки. Провода подключаются непосредственно к автомату защиты и выходным колодкам станции. В модуле жестко закреплены клеммная колодка для подключения сигналов датчика потенциала, счетчика электроэнергии и т.п. Кроме того в нем установлены разъемы интерфейсов связи.
  • Таким образом, для создания новой станции необходимо:
    • установить модуль во внешний корпус:
    • установить в корпус электрические компоненты ( счетчик электроэнергии, клеммы, автоматы защиты);
    • соединить все компоненты устройства.

Любой электрик способен сделать монтаж и замену модуля. Знание электроники не требуется.

  • Крепление модуля к корпусу – винтами к вертикальной или горизонтальной поверхности. Наиболее распространенный вариант – крепление к стандартной монтажной панели щитовых корпусов электрооборудования. Ничего не мешает использовать любые другие корпуса.
  • Охлаждение – только естественное воздушное, через внутренние радиаторы. Конечно, никаких вентиляторов. Это требование дает возможность устанавливать модули в любой корпус.
  • Внутренние радиаторы, на которых установлены силовые полупроводниковые элементы, электрически изолированы от каркаса, а значит и от корпуса станции. Требование обеспечивает двойную изоляцию между высоковольтными компонентами и корпусом. Первый уровень это изолирующая прокладка между силовым элементом и радиатором, второй – изоляция между радиатороми и корпусом.
  • В модуле осуществляется контроль температуры радиаторов силовых компонентов для защиты от перегрева. Контролируется температура в  5 точках. Это позволяет обеспечить безопасный тепловой режим устройства в любых корпусах, даже неспособных вывести необходимое количество тепла.
  • Любой электронный компонент модуля должен допускать работу при температуре воздуха внутри корпуса до 100 °C. Требование позволяет применять модули в корпусах без вентиляционных щелей,  исполнения IP54.

В итоге, создание новой станции сводится к:

  • установке модулей в любой внешний корпус;
  • электрическому соединению модулей и электрических компонентов (счетчик электроэнергии, клеммы, автоматы защиты и т.п.).

Корпус должен обеспечивать вывод тепла в окружающую среду. Но, даже если корпус не справится с этим, все равно станция будет работать в безопасном режиме, благодаря интеллектуальному контролю температуры.

 

Технические характеристики и функциональные возможности станций серии ”ТИЭЛЛА”.

Эта тема на несколько статей. Подробную информацию можно получить на сайте производителя НПП ”СИЭЛ” – sielectr.ru. Там же можно загрузить эксплуатационную документацию, программное обеспечение, разрешительные документы, отзывы.

Благодаря выше описанному модульному принципу разработки, было создано порядка 50 типов станций, различной мощности (от 800 до 3000 Вт),  в корпусах различных исполнений (IP00, IP20, IP34, IP54).

Серия ТИЭЛЛАПривести их параметры в одной статье невозможно.  Скажу только, что станции этой серии имеют рекордные характеристики практически по всем параметрам. По функциональным  возможностям им также нет равных.

 

Всю информацию можно получить на сайте sielectr.ru

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *