3.3. Серьезную проблему представляют собой электролитические конденсаторы, широко используемые в большом количестве в источниках питания МУРЗ. Через 7 – 10 лет работы в импульсных высокочастотных  источниках питания даже очень высококачественные конденсаторы производства известных японских компаний начинают протекать, выделяя химически весьма агрессивный электролит. При этом работоспособность источника питания сохраняется до тех пор, пока не произойдет разрушение рядом стоящих микрокомпонентов или растворение медных дорожек печатного монтажа, которых не спасает даже слой специального прочного лака, называемого «маской», рис. 4. Вряд ли кто-то осмелится гарантировать исправность узла даже после попытки устранения  повреждения и возвращать в эксплуатацию такое ответственное устройство, как МУРЗ, после повреждений такого рода.

Рис. 4. Фрагмент печатной платы микропроцессорной защиты с повреждениями, вызванными протечкой электролита из конденсаторов.

3.4. Только стремлением уменьшить размеры МУРЗ можно объяснить использование практически всеми мировыми лидерами в области производства МУРЗ миниатюрных электромагнитных реле для прямого включения отключающих катушек высоковольтных выключателей и для управления достаточно мощными внешними промежуточными реле. Как показано в [4, 5], технические характеристики подавляющего большинства таких реле не соответствуют реальным условиям эксплуатации их в МУРЗ, что, естественно, снижает надежность защиты.

3.5.  В некоторых типах МУРЗ, производимых ведущими мировыми компаниями используются малогабаритные соединители (разъемы) в цепях с напряжением 250 В,  не предназначенные для работы при таких напряжениях. Для уменьшения опасности электрического пробоя между близко расположенными выводами миниатюрных реле и соединителей, на печатных платах МУРЗ иногда можно видеть специальные просечки в плате, расположенные между выводами, рис. 5.

Рис. 5. Фрагмент печатной платы микропроцессорной защиты с просечками, выполненными между близко расположенными выводами малогабаритных разъемов (1) и миниатюрных  выходных реле (2)  с целью предотвращения электрического пробоя.

3.6. Все возрастающая плотность монтажа усугубляет положение и с электромагнитной совместимостью, особенно в ситуации возрастания опасности преднамеренных дистанционных воздействий на МУРЗ очень мощных направленных электромагнитных импульсов [6]. Специальные мощные импульсные ультравысокочастотные генераторы, рис. 6,  позволяют мгновенно вывести из строя существующие МУРЗ с расстояния от нескольких десятков метров до полукилометра даже из проезжающего автомобиля, не говоря уже о военных средствах поражения в виде электромагнитных бомб и зарядов, свободно продающихся сегодня на рынке вооружений.

Рис. 6. Специальные мощные импульсные ультравысокочастотные генераторы, предназначенные для воздействия на электронную аппаратуру.

3.7. Совершенно очевидно, что все более возрастающая концентрация функций релейной защиты в одном устройстве при одновременном увеличении коэффициентов загрузки электронных компонентов вовсе не способствует повышению надежности релейной защиты.  В такой ситуации достаточно отказа даже одного компонента, обслуживающего любой общий для всего МУРЗ узел (центральный микропроцессор, память, источник питания и т.п.) и важный энергетический объект может быть ложно отключен или может быть серьезно поврежден при несрабатывании релейной защиты в аварийной ситуации.   

3.8. МУРЗ – дорогостоящие устройства, приобретение которых осуществляется, как правило, на конкурсной основе. Не все функциональные узлы МУРЗ имеют одинаковую загрузку, одинаковый тепловой режим и одинаковую вероятность отказов, одинаковый срок службы. Наиболее подвержены отказам типа электрических пробоев или теплового разрушения, сильно загруженные блоки, такие, как источники питания, платы входов и выходов. Отказы блока центрального процессора имеют совершенно другой характер и связаны, обычно, не с физическими повреждениями, а  нарушениями в работе с программой. Как правило, почти не выходят из строя блоки с входными трансформаторами тока и напряжения.  В разных моделях МУРЗ разных производителей показатели надежности отдельных блоков могут существенно различаться. Однако, сегодня использование функциональных блоков одних МУРЗ вместо таких же по назначению блоков других МУРЗ полностью исключается. Более того, даже полная замена МУРЗ одного производителя на МУРЗ другого производителя на действующей подстанции вызывает сложности в связи с большим разнообразием форм и размеров этих устройств, рис.7 . 

Рис. 7. Современные микропроцессорные МУРЗ ведущих мировых производителей

3.9. Цифровые (логические) входы в МУРЗ очень распространенного типа REL, REC, RET серии 316, выполнены в виде набора совершенно одинаковых ячеек, функционально представляющих собой логические элементы ЗАПРЕТ, рис. 8, 

Вход и выход этой схемы через изолирующие оптроны Opt1 и Opt2 включены в электронные цепи МУРЗ, связанные с микропроцессором. Выходной сигнал с оптрона Opt2 логически моделирует (повторяет) наличие или отсутствие входного напряжения. Функционирование этой схемы может быть заблокировано программным методом. При этом блокирующий сигнал с микропроцессора через соответствующие электронные цепи поступает на запрещающий вход ячейки (вход оптрона Opt1). Проблема такой логической ячейки заключается в высоком уровне входного сигнала (220 – 250 В постоянного тока), который нужно погасить до уровня 1.5 – 2 В, при котором работает оптрон Opt2. Общий ток, потребляемый схемой, делится примерно поровну между резисторами R1 и R2, поэтому оба они, в принципе, должны были быть одинаковой мощности. Однако для двух крупных резисторов (таких как R1), да еще и с расстоянием между ними, необходимым для охлаждения, нет места на плате. Поэтому функции элемента, рассеивающего избыточную мощность, конструкторы МУРЗ возложили на транзистор VT, работающий не в ключевом режиме, как обычно в таких схемах, а в усилительном. Естественно, что резистор R2 при этом выбран малой мощности и малых размеров. Ничего не скажешь, оригинальное решение, однако на практике такое стремление к миниатюризации приводит к серьезным проблемам: резистор R2 часто полностью сгорает, приводя иногда к выгоранию участков печатной платы и даже рядом стоящих элементов. Проблема заключается в транзисторе VT.

Рис. 8. Цифровые (логические) входы микропроцессорной защиты серии RE_*316:
печатная плата, один канал и его принципиальная схема.

При работе в усилительном режиме и постоянном рассеивании избыточной мощности он нагревается до температуры 70 – 80 ºС.  В отличие от обычного резистора, сопротивление которого незначительно увеличивается с ростом температуры, сопротивление прямого перехода транзистора с ростом температуры существенно уменьшается вследствие  смещения рабочей точки на характеристике и увеличения коэффициента усиления. Это приводит к возрастанию коллекторного тока, то есть тока через резистор R2.  При одновременном нагреве многих  резисторов R1  и транзисторов VT в десяти-пятнадцати входных цепях  температура внутри части корпуса МУРЗ (разделенного переборками) в которой установлена плата цифровых входов,   может существенно возрасти. Это приводит к дальнейшему смещению рабочей точки транзистора и увеличению его коллекторного тока вплоть до полного сгорания резистора  R1. При этом диод VD, который, судя по схеме, призван стабилизировать рабочую точку транзистора, оказывается мало эффективным в связи с тем, его температура и температура транзистора различаются на 50 – 60 градусов. Таким образом, стремление производителя уменьшить размеры МУРЗ, используя транзистор вместо мощного резистора для рассеивания избыточной мощности, привело к снижению надежности МУРЗ. Проблема недостаточной надежности этой схемы, связанной с миниатюризацией не ограничивается только описанным парадоксом. Еще одной причиной сгорания резистора R2, выявленной на практике, является недостаточный  уровень изоляции миниатюрного конденсатора С. Частичные пробои его внутренней изоляции и возрастание тока утечки при постоянно приложенном к нему напряжении около 200 В также приводит к перегоранию резистора R2. Одной из причин этих пробоев может быть также недостаточная эффективность варисторов RU, применяемых в МУРЗ – самых маленьких (для экономии места) и, следовательно, самых маломощных из всех существующих типов, из-за чего они не всегда способны поглотить энергию импульса перенапряжения. Кроме того, не понятно вообще кто кого защищает: варистор ли электронные компоненты, или электронные компоненты защищают варистор, поскольку напряжение «срабатывания» (clamping voltage) установленных на плате варисторов (650 В) значительно превышает максимальное допустимое напряжение электронных компонентов (например, 350 В для транзистора VT). При таком соотношении параметров электронные компоненты будут выходить из строя еще до того, как сработают варисторы.

3.10. Для повышения надежности электропитания МУРЗ используют, как правило, постоянный оперативный ток. Однако,  даже при использовании постоянного оперативного тока возможны нарушения в цепях аккумуляторов. При этом питание шин постоянного тока на подстанции обеспечивается только зарядным устройством, питающимся от сети переменного тока. При возникновении аварийного режима в высоковольтной сети, защищаемой МУРЗ, пропадает питание зарядного устройства и МУРЗ оказывается без питания в самый ответственный момент. Проведенные нами исследования [7] показали, что в реальных условиях эксплуатации МУРЗ различных типов успевают выдать сигнал на отключение выключателя  только, если они работают в функции мгновенной отсечки, то есть без выдержки времени.