Безопасность систем электроснабжения

Промышленные предприятия потребляют более 65% всей вырабатываемой в России электроэнергии. Ежегодно производственные мощности возрастают, что существенно усложняет задачу рационального построения схем распределения электричества. В то же время повышаются требования к надежности, устойчивости и безопасности систем электроснабжения.

Надежность современных систем электроснабжения зависит от множества факторов, которые постоянно меняются. Условно их можно разделить на четыре основные группы:

1. Воздействие окружающей среды. К этой группе относятся природные условия местности, в которых функционируют элементы электроэнергетической инфраструктуры. В качестве примера климатических факторов можно привести интенсивность грозовой и ветровой деятельности, образование наледи на проводах воздушных линий (ВЛ) всех классов напряжений, обложные дожди, мокрый снег, густой туман, изморось, солнечную радиацию, росу и др.

Применительно к такой важной составляющей электросетевого комплекса, как воздушные линии, наиболее характерными факторами, которые могут спровоцировать отказ передаточных устройств, являются дождь, мокрый снег, обледенение туман и роса.

На качество работы силовых трансформаторов, установленных на электроустановках открытого типа, может повлиять атмосферное давление, солнечная радиация и температура воздуха (этот фактор связан с категорией размещения и климатическими условиями).

Особенность эксплуатации элементов электроустановок открытого типа всех классов напряжения состоит в том, что они могут быть подвержены ветровым и гололедным нагрузкам. Нередко такое электрооборудование используется в сложных климатических условиях с сезонными перепадами температур от -50 °С до +40 °С и в зонах с активной грозовой деятельностью. Колебание интенсивности гроз по регионам России составляет 10–100 и более грозовых часов в год.

Воздействие природных условий может способствовать возникновению дефектов в процессе эксплуатации электрооборудования. Например, гололед и сильный ветер разрушают опорные и проходные изоляторы, под действием определенных климатических факторов происходит увлажнение:

- масла в трансформаторах и масляных выключателях;

- внутрибаковой изоляции и изоляции траверс масляных выключателей;

- остова вводов.

Поэтому на этапе проектирования новых систем электроснабжения и на этапе реконструкции действующего оборудования необходимо учитывать все факторы окружающей среды.

2. Ошибки проектирования и монтажа. В эту группу входят факторы, косвенно влияющие на надежность работы электрооборудования. Это может быть несоблюдение при разработке проекта требований нормативной документации и действующих стандартов, игнорирование требований надежности, отсутствие учета величины емкостных токов в сетях класса напряжения 10-35 кВ и их компенсации при развитии сетевой инфраструктуры, использование некачественных элементов и комплектующих, ошибки при монтаже и др.
3. Эксплуатационные факторы. К этой категории относятся перегрузки элементов электроустановок, короткие замыкания и различные виды перенапряжений (коммутационные, дуговые, резонансные и т.д.).

В соответствии с правилами технической эксплуатации, ВЛ класса напряжения 10-35 кВ с изолированной нейтралью могут эксплуатироваться при наличии однофазного замыкания на землю или на элемент, электрически связанный с землей. При этом продолжительность их устранения не нормируется. Такие условия эксплуатации нередко приводят к тому, что под действием дуговых замыканий в разветвленных распределительных сетях повреждается ослабленная изоляция.

Применительно к силовым трансформаторам в число наиболее чувствительных эксплуатационных факторов входят механические усилия на обмотках при сквозных токах коротких замыканий и перегрузка оборудования.

Особое место в списке факторов этой категории отводится квалификации персонала и сопутствующим воздействиям. Прежде всего, речь идет об ошибках неквалифицированных работников, несвоевременном обслуживании электроэнергетической инфраструктуры, некачественно выполненных ремонтах и т. п.

4. Случайные факторы. Это сравнительно небольшая группа факторов, оказывающих влияние на показатели надежности электроустановок. В нее входит наезд транспортных средств на электроопоры, обрыв проводов воздушных линий и т. п.

Технически возможно создать высокофункциональную систему с редкими отказами. Для этого используются надежные элементы, схемы с многократным резервированием. Кроме того, проводится своевременное техническое обслуживание всех элементов с привлечением квалифицированного персонала.

Однако следует признать, что создание таких систем нуждается в значительных инвестициях и увеличивает эксплуатационные расходы. Поэтому в решениях по повышению надежности присутствует экономический аспект: компании стремятся не к достижению максимальной надежности, а нацелены на реализацию оптимальных, рациональных решений в рамках какого-либо технико-экономического критерия.

На первый, второй, третий рассчитайсь!

Для воплощения в жизнь стандартных проектных решений Правила устройства электроустановок не требуют расчетов надежности. В ПУЭ выделены категории электроприемников по надежности электроснабжения. В общем они отличаются по объему ущерба от перерыва в обеспечении потребителей электрической энергией.

Для разных категорий регламентируется резервирование сетей (число независимых источников) и наличие противоаварийной автоматики, обеспечивающей допустимую продолжительность перерывов в электропитании.

            В зависимости от обеспечения надежности электроснабжения ПУЭ разделяют электроприемники на три категории. Градация осуществляется на основании нормативной документации с учетом технологических особенностей проекта.

            Отнесение потребителей к той или иной категории зависит от того, насколько надежным должно быть питание их объектов с учетом всех возможных факторов.

            Первая категория. К этой группе относят наиболее важных потребителей, перерыв в электропитании которых может спровоцировать несчастные случаи, привести к крупным авариям, причинить огромный материальный ущерб из-за выхода из строя целых комплексов оборудования и взаимосвязанных систем. В чисто таких потребителей входят:

• Предприятия горнодобывающей и химической промышленности;
• Опасные производства;
• Важные объекты системы здравоохранения (диспансеры, реанимационные и родильные отделения, пр.);
• Объекты особой важности других государственных учреждений;
• Котельные и насосные станции I категории. Перерыв в электроснабжении таких объектов может вывести из строя системы жизнеобеспечения городов и других населенных пунктов;
• Тяговые подстанции городского электротранспорта;
• Серверное оборудование, установки связи и диспетчерские помещения городских систем;
• Лифты;
• Системы пожарной сигнализации и противопожарные устройства;
• Системы охранной сигнализации крупных зданий и сооружений, в которых находится большое количество людей.

Потребители этой группы должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых источников – двух ЛЭП, обеспечивающих передачу электроэнергии от разных силовых трансформаторов. Для большей надежности система электроснабжения наиболее опасных потребителей может быть оснащена еще одним независимым источником питания.

Перерыв в подаче электричества к объектам потребителей первой категории разрешен только на время автоматического включения резервного источника электроэнергии. Его роль может выполнять ЛЭП, аккумулятор или дизельный генератор. Оптимальный выбор решения зависит от мощности потребителя.

      Согласно ПУЭ, независимый источник питания – это источник электрической энергии, на котором сохраняется напряжение в послеаварийном режиме в регламентированных пределах в случае прекращения питания от другого источника. Под это определение подпадают две секции или системы шин одного или двух объектов генерации или подстанций при условии соблюдения двух условий:

      - каждая секция или система шин подключена к независимому источнику питания;

- секции и системы шин не связаны между собой или имеющаяся связь автоматически отключается при нарушении нормальной работы одной из секций (систем) шин.

            Вторая категория. К ней относятся потребители, обесточивание которых останавливает работу важных городских систем, провоцирует возникновение массового брака продукции, а также может повлечь за собой выход из строя взаимосвязанных производственных циклов.

            Наряду с промышленными предприятиями в эту категорию также входят:

• Детские учреждения;
• Аптечные пункты и другие объекты медицинской сферы;
• Учебные заведения, учреждения, торгово-развлекательные центры, спортивные комплексы, в которых может находиться большое количество людей;
• Котельные и насосные станции (за исключением тех, что относятся к первой категории электроснабжения).

Электроснабжение потребителей этой категории должно обеспечиваться двумя разными источниками питания. При этом допустим перерыв в подаче электроэнергии на время, в течение которого квалифицированные специалисты прибудут на объект и выполнят необходимые оперативные переключения.

Третья категория. К ней относятся все потребители, которые не вошли в список первых двух категорий. Как правило, это небольшие населенные пункты, учреждения, многоквартирные жилые дома, частные домовладения, гаражные и дачные кооперативы, перерыв в электропитании которых не приведет к негативным последствиям.

Электроснабжение потребителей третьей категории обеспечивается одним источником питания. В большинстве случаев перерыв в подаче электричества длится не более суток. Практика показывает, что в большинстве случаев этого времени достаточно для выполнения комплекса аварийно-восстановительных работ.

Процесс разделения потребителей на категории предполагает учет разных факторов и оценку всех возможных рисков. На основании результатов детального анализа выбираются оптимальные, наиболее надежные варианты.

Такой подход к градации потребителей позволяет правильно разработать проект того или иного участка сети и связать его с региональной энергосистемой. Ключевая задача разделения на категории заключается в необходимости построения максимально эффективной электросети.

С одной стороны, сеть должна удовлетворять потребности в качественном снабжении электричеством всех потребителей, обеспечивать надежное и безопасное питание их объектов. С другой стороны, она должна иметь простую конфигурацию, позволяющую максимально облегчить эксплуатацию, оптимизировать средства на техническое обслуживание и ремонт сетевой инфраструктуры.

Кроме того, разделение потребителей на категории электроснабжения способствует сохранению стабильности работы объединенной энергосистемы при возникновении дефицита мощности, вызванного отключением одного из блоков энергогенерирующего объекта или серьезным сбоем в работе магистральных электрических сетей.

В каждом из этих случаев срабатывает автоматика, отключающая питание потребителей третьей категории. Если принятых мер для устранения дефицита мощности оказалось недостаточно, от сети отключаются потребители второй категории. Это позволяет обеспечивать энергоснабжение объектов наиболее важных потребителей и предотвращать гибель людей, аварии на отдельных предприятиях, техногенные катастрофы в масштабах регионов, а также помогает избежать убытков.

В российских системах электроснабжения чаще других применяется принцип горячего резерва. Его суть состоит в том, что мощность трансформаторов типа ТП, ГПП и пропускная мощность питающей их сети выбирается больше, чем необходимо для поддержания нормального режима работы, обеспечения электроснабжения объектов потребителей первой и второй категории в послеаварийном режиме после отказа одной из цепей питания.

Не влезай! Убьет!

Ключевое требование, которому должны отвечать системы электроснабжения – высокая надежность и безопасность. Силовая электрика может представлять угрозу для жизни людей, а даже непродолжительные перебои в передаче электроэнергии к объектам первой категории чреваты катастрофическим последствиям.

При условии правильной организации устройства электроустановок электрический ток не представляет опасности для человека. Кроме того, степень безопасности зависит от выполнения требований нормативных документов и соблюдения правил техники безопасности.

При контакте с проводником, находящимся под напряжением, человек становится частью электрической цепи. Протекая через тело, ток оказывает на человеческий организм три вида воздействий:

• Термическое (тепловое) проявляется в виде ожогов на коже. Кроме того, оно может стать причиной перегревания различных органов, а также возникающих в результате перегрева разрывов кровеносных сосудов и нервных волокон;
• Биологическое действие тока на организм каждого человека индивидуально. Оно может проявиться в опасном возбуждении клеток и напряжении мышечных тканей. Как правило, последствия зависят от величины тока, прошедшего через тело, продолжительности воздействия, частоты, пути прохождения и индивидуальных свойств пострадавшего (состояния здоровья, возраста и др. факторов). Степень поражения будет более высокой, если на пути тока оказываются жизненно важные органы: сердце, спинной и головной мозг;
• Химическое влияние приводит к электролизу крови и других растворов, содержащихся в организме. Такое воздействие может стать причиной изменения их химического состава и, как следствие, нарушения нормального функционирования различных систем.

По оценкам экспертов, наибольшее количество несчастных случаев фиксируется после случайного прикосновения или приближения к незащищённым элементам электроустановок, находящихся под напряжением. С целью защиты от поражения током токоведущие части располагают в недоступных местах, защищают ограждениями или защитными элементами (крышками, коробами и т.п.).

Кроме того, организм человека может быть поражен электрическим током при прикосновении к нетоковедущим частям электроустановки, оказавшимся под напряжением в результате пробоя изоляции. В таких случаях потенциал нетоковедущих частей может быть равен потенциалу того участка электрической цепи, где произошло разрушение изоляционного материала.

Последствия воздействия на человеческий организм переменного тока частотой 50 Гц разной силы могут проявляться:

• При силе в 0,6-15 мА – легкой дрожью в пальцах рук;
• При 2-3 мА – сильным дрожанием пальцев рук;
• При 5-7 мА – судорогами в руках, зудом, ощущением нагрева;
• При 8-10 мА руки сложно, но еще можно оторвать от электродов. После поражения электротоком такой силы человек ощущает сильную боль в руках, которая наиболее ярко ощущается в пальцах, кистях и предплечьях;
• Ток силой в 20-25 мА мгновенно парализует руки, их невозможно оторвать от электродов. Человек чувствует очень сильную боль, дыхание затрудняется. Нагрев усиливается. При длительном воздействии на организм человека может прекратиться дыхание и наступить остановка сердца;
• Поражение током силой в 50-80 мА вызывает паралич дыхания, сокращение мышц рук, начинается фибрилляция (судорожные неритмичные сокращения) сердца. Создается сильное ощущение нагрева;
• Воздействие тока силой 90-100 мА на протяжении трех секунд и более вызывает паралич дыхания и сердца.

Кроме поражения людей в результате неправильной организации устройства электроустановок, при повреждении изоляции или вследствие нарушений правил техники безопасности ток может стать причиной пожара.

К примеру, электроток в 500 мА, протекающий через изоляцию в течение непродолжительного промежутка времени, может спровоцировать ее возгорание. В электрически неповрежденной цепи ток утечки, проходящий по непредназначенному для этого пути: металлическим частям установки, коробам, трубам, балкам и т.п., нагревает сторонние проводящие части, что также может привести к пожару.

Меры защиты от воздействия электрического тока делятся на две группы:

1. Защита при прямом прикосновении подразумевает размещение электроустановок вне зоны досягаемости, наличие основной изоляции токоведущих частей, обустройство ограждений и барьеров, а также использование системы безопасного сверхнизкого напряжения (БСНН) или системы защитного сверхнизкого напряжения (ЗСНН).

Комплекс мер защиты от воздействия электротока при прямом прикосновении позволяет предотвратить протекание тока, возникающего при повреждении токопроводящих частей электроустановки, через тело человека; ограничить ток до неопасного значения или сократить длительность протекания до неопасного промежутка времени.

Допустимой для человека принято считать силу электрического тока, при которой он может самостоятельно освободиться от воздействия электричества. Максимально допустимая величина тока, проходящего через тело человека, зависит от продолжительности его действия на организм.

Согласно ГОСТ 12.1.038-82 «Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов», для переменного тока с частотой 50 Гц допустимое напряжение прикосновения составляет 2 В, а сила тока – 0,3 мА. Для постоянного тока допустимое напряжение прикосновения – 8 В при силе тока в 1 мА. Данные приведены для времени воздействия менее 10 минут в сутки.

Система БСНН обеспечивает защиту от воздействия электрического тока путём ограничения напряжения в цепи до сверхнизкого значения и отделения цепей системы БСНН от других.

Питание сверхнизкого напряжения подается от вторичных обмоток изолирующих (разделительных) трансформаторов, разработанных в соответствии с национальными и международными стандартами. В некоторых случаях между этими обмотками устанавливают заземленный металлический экран. Следует отметить, что напряжение на вторичной обмотке не превышает значения в 50 В.

Система ЗСНН – система, в которой сверхнизкое напряжение не превышает сверхнизкое напряжение: в нормальных условиях, и в случае единичного повреждения (исключение составляет замыкание на землю в других электрических цепях).

С целью обеспечения дополнительной защиты от прямого прикосновения в электроустановках напряжением до 1 кВ, при наличии требований ПУЭ, следует использовать устройства защитного отключения (УЗО) с номинальным отключающим дифференциальным током, не превышающим отметку в 30 мА.

2. Защита при косвенном прикосновении предотвращает поражение электротоком при прикосновении к открытым проводящим частям, которые оказались под напряжением из-за повреждения изоляции. По мнению специалистов, в данном случае термин «повреждение изоляции» необходимо понимать, как единственное повреждение изоляции.

Обеспечение надежной защиты от косвенного прикосновения требует соблюдения трех условий эксплуатации:

            - токоведущие проводники в системе БСНН не должны соединяться с землей;

- открытые проводящие части электрооборудования, запитанного от системы БСНН, также не должны соединяться с землей. Кроме того, они не должны быть соединены с внешними проводящими частями и другими открытыми проводящими элементами;

- между всеми токоведущими элементами цепей системы БСНН и частями других цепей более высокого напряжения должно быть расстояние, как минимум, равное расстоянию между первичной и вторичной обмотками безопасного разделительного трансформатора.

            Реализация этих условий возможна в случае, если:

• В цепях системы БСНН используются проводники, предназначенные только для них. Кроме того, допускается использование кабельно-проводниковой продукции, изолированной с учетом максимального напряжения других цепей;
• Штепсельные розетки для системы БСНН не имеют заземления. Кроме того, при монтаже устанавливаются специальные вилки и розетки, исключающие возможность непреднамеренного подключения к другому уровню напряжения.

В список защитных мер от воздействия электротока при косвенном прикосновении входят:

• Автоматические устройства и системы для отключения питания;
• Использование электроприборов класса II по ГОСТ 12.2.007.0-75 «Изделия электротехнические» (оборудование, в котором защита от поражения током обеспечивается за счет применения двойной или усиленной изоляции. В приборах этого класса отсутствуют средства защитного заземления. Кроме того, защитные свойства окружающей среды не используются в качестве меры обеспечения безопасности);
• Сверхнизкое напряжение. Это могут быть системы БСНН, ЗСНН или функционального низкого напряжения (ФСНН);
• Изолирующие зоны и помещения;
• Непроводящие площадки;
• Незаземленная система местного уравнивания потенциалов;
• Электрическое отделение цепей.

Эксперты в сфере электроэнергетики склонны полагать, что как само название термина «защита при косвенном прикосновении», так и его определение, изложенные в п. 1.7.14 ПУЭ, содержат ряд недостатков.

Первая неточность, как было сказано выше, прописана в названии защитной меры. Аналитики утверждают, что речь должна идти о защите от косвенного прикосновения. Свою точку зрения они аргументируют тем, что автоматическое отключение питания – это действие предупредительного характера. Его суть состоит в отключении аварийного оборудования непосредственно в момент появления опасного напряжения на открытой проводящей части, при этом автоматика срабатывает независимо от того, прикасается к электроустановке человек или нет.

Второй недостаток также касается неточности в формулировке. Использование в электроустановках электрического оборудования класса II, которое отличается двойной или усиленной изоляцией опасных элементов, находящихся под напряжением, представляет собой метод защиты от косвенного прикосновения.

Кроме того, у экспертов возникают вопросы не только к названию защитной меры, но и к ее определению. Озвучивается мнение, что более уместным было бы использование термина «основная изоляция». По сути, защита от косвенного прикосновения – это защита от поражения током, направленная на предотвращение появления косвенного прикосновения или используемая при его возникновении. Термин предлагают исключить из главы 7.1 ПУЭ, поскольку в действующих нормативных и регламентирующих документах понятие «защита от косвенного прикосновения» не используется.

Системы уравнивания потенциалов

Человек живет и работает в мире, где без электрической энергии никак не обойтись. Сегодня невозможно представить дом, магазин, любимое кафе, офис, производственное или складское помещение без различного электрооборудования, имеющего металлические детали.

Все проводящие элементы приборов и электроустановок имеют определенный электрический потенциал. Если он одинаков на всех доступных прикосновению поверхностях, то проблем возникнуть не должно.

Неприятности могут начаться, если где-то была нарушена целостность изоляции, из-за чего токонесущая жила коснулась проводящего элемента электроприбора. А может быть, причиной электризации стало статическое электричество, блуждающие токи системы заземления или неправильное подключение электрооборудования? Это таит в себе серьезную угрозу для здоровья людей.

Если человек прикоснется к такому предмету во время одновременного контакта с другой проводящей поверхностью, обладающей другим электрическим потенциалом, то он попадет под действие разности потенциалов и может быть поражен электротоком. Даже токи, текущие в системе заземления, способны произвести опасную для человека разность потенциалов.

Чтобы предотвратить риск поражения от таких предметов, необходимо выполнить на объекте систему уравнивания потенциалов (СУП), которая обеспечивает одинаковые потенциалы всем потенциально опасным металлическим поверхностям.

Основная функция СУП состоит в электрическом соединении с защитным нулевым проводником РЕ всех металлических частей, которые могут ненамеренно оказаться под напряжением, с целью достижения равенства их потенциалов.

В главе 1.7 ПУЭ речь идет о том, что защитное уравнивание потенциалов призвано обеспечивать электробезопасность, которая достигается за счет придания равных потенциалов проводящим частям методом их электрического соединения друг с другом и с землей.

Выполненное с помощью защитных проводников объединение в единый контур всех проводящих конструкций и частей здания, элементов коммуникаций, инженерных систем и заземляющего устройства способно обеспечить эффективную защитную СУП.

Каждый нуждающийся в защите элемент подключается к системе уравнивания потенциалов с помощью индивидуального провода, который фиксируется болтами, зажимами, хомутами или методом сварки.

Защитные проводники могут прокладываться отдельно или входить в состав питающих линий. Следует отметить, что каждая точка соединения металлического элемента с СУП должна быть надежно защищена от механических повреждений и коррозии. Кроме того, это место необходимо организовать таким образом, чтобы оно было доступным для испытаний и осмотра специалистами технических служб.

Существует два вида СУП.

1. Основная система уравнивания потенциалов (ОСУП). Это главная система уравнивания потенциалов, которая должна быть выполнена в каждом здании или сооружении. Она представляет собой контур, объединяющий ряд элементов:

• Защитные проводники;
• Главная заземляющая шина (ГЗШ), которая устанавливается в здании (сооружении) отдельно, либо монтируется в вводно-распределительном устройстве. Она должна быть расположена в непосредственной близости от защищаемого объекта, быть недоступной для случайного прикосновения с возможностью доступа для осмотра и технического обслуживания;
• Заземляющие проводники устройств защитного, функционального и молниезащитного заземлений (в случае, если наличие этих устройств в электроустановке предусмотрено);
• Металлические трубы коммуникаций, которые входят в здание (сооружение) снаружи, – трубы систем горячего и холодного водоснабжения, водоотведения, отопления, газоснабжения и др.;
• Короба вентиляционной системы;
• Металлические элементы системы кондиционирования;
• Металлические части арматуры каркаса жилого дома;
• Металлоконструкции зданий (сооружений) производственного назначения;
• Основные части из металла, предназначенные для усиления строительных конструкций (если это возможно);
• Металлические покрытия (оболочки, экраны, броня) телекоммуникационных кабельных систем. При подключении необходимо обратить внимание на требования собственника этих кабелей или компании, которая занимается их обслуживанием.

Полный перечень элементов электроустановок с рабочим напряжением до 1 000 В, которые подлежат соединению с СУЭ, приведен в ПУЭ.

Когда речь заходит о монтаже главной заземляющей шины в вводно-распределительное устройство, то в этом случае сам нулевой защитный проводник РЕ выполняет функцию шины.

Защитные проводники используются для защиты людей и животных от поражения током. Как правило, между ними и заземляющим устройством устанавливается электрическая связь. Поэтому в нормальном режиме электроустановки здания (сооружения) находятся под потенциалом локальной земли.

Если ГЗШ устанавливается отдельно, то к ней присоединяются только защищаемые токопроводящие части конструкции здания (сооружения). Площадь сечения главной заземляющей шины должна быть не меньше площади сечения нулевого защитного проводника питающей входящей линии.

ГЗШ может быть изготовлена из меди (сечением не менее 6 мм²), алюминия (сечением не менее 16 мм²) или стали (сечением не меньше 50 мм²).

При установке внутри помещений, доступных только для квалифицированного персонала, главная защитная шина может находиться в открытом состоянии. В случае если она устанавливается в месте, куда открыт доступ посторонним лицам, следует предусмотреть монтаж защитного шкафа или ящика, который запирается на ключ. К дверце должен быть прикреплен знак заземления. Внутри шкафчика необходимо разместить схему соединений.

На шины производитель наносит маркировку, где каждое обозначение имеет свое значение. Например, ГЗШ-22-УХЛ4-ТВ:

• ГЗШ – главная заземляющая шина;
• первая цифра обозначает сечение – 2 – 3*40 мм. Возможны другие варианты, встречающиеся в маркировках ГЗШ: 1 – 3*30 мм, 3 – 4*40 мм;
• вторая цифра означает число отверстий под крепления: 2 – 15 шт. Возможны другие варианты, встречающиеся в маркировке шин. Например, 1 – 10 шт., 3 – 20 шт.;
• УХЛ – климатическое исполнение (в данном случае оборудование предназначено для использования в зонах с умеренным и холодным климатом (–60…+40° С)). Возможны другие варианты маркировки климатических условий. Например, буква У говорит о том, что оборудование предназначено для установки в зонах с умеренным климатом, ХЛ – с холодным климатом и др.;
• за буквенным обозначением климатического исполнения следует цифровая часть, обозначающая категорию размещения. В данном случае цифра 4 свидетельствует о том, что шина должна быть установлена в закрытом помещении с искусственным регулированием климатических условий (с отоплением и вентиляцией).

Возможны другие варианты категории размещения. Например, цифра 1 означает, что электрооборудования можно устанавливать на открытом воздухе, 2 – в помещении или под навесом, где условия такие же, как на открытом воздухе (за исключением атмосферных осадков и солнечной радиации), 3 – в закрытом помещении без искусственного регулирования климатических условий, 5 – в помещениях с повышенным содержанием влаги в воздухе, без искусственного регулирования климатических условий;

• заключающие буквы указывают изготовителя и место выпуска изделия: в данном случае «Техноэлектро», Воскресенск.

Независимо от особенностей конструкции для всех шин приняты общие эксплуатационные нормы:

• рабочий диапазон температур: от -45 °С до +40 °С;
• влажность воздуха: до 80%;
• высота над уровнем моря: до 2 000 метров;
• отсутствие в помещении, где установлена ГЗШ, самовоспламеняющихся частиц газа или паров;
• отсутствие агрессивных сред.

К главной заземляющей шине подсоединяются нулевые защитные проводники и контур заземления. Токопроводяшие компоненты здания (сооружения), трубы водопроводных систем, металлические короба систем вентиляции и кондиционирования соединяются с ГЗШ радиально.

При этом каждый отдельно взятый элемент подключается к шине с помощью индивидуального цельного проводника уравнивания потенциалов, на котором нет каких-либо встроенных коммутационных устройств. Это позволяет, в случае необходимости, легко отсоединить любой из этих элементов.

            Проводящие части, входящие в здание (сооружение) снаружи, необходимо соединять с проводниками ОСУП как можно ближе к точке ввода этих частей в строение.

            При монтаже основной системы уравнивания потенциалов недопустимо:

• Соединять проводник, идущий к заземлению с «нулевыми», начиная от ГЗШ;
• Применять схему последовательного подключения проводников. Разрешен только параллельный способ соединения;
• Устанавливать в цепи заземляющих проводников коммутационные устройства, которые прерывают сплошную заземляющую линию.

1. Дополнительная система уравнивания потенциалов (ДСУП) используется только в качестве дополнения к ОСУП. Обустраивается в местах с повышенной опасностью поражения электротоком, где существует риск касания человеком сразу нескольких не защищенных диэлектриком металлических элементов и защитное устройство не может обеспечить выполнение требований ко времени автоматического отключения электроснабжения.

Действие ДСУП может распространяться на всю электроустановку, ее часть или отдельные электрические устройства. Согласно ПУЭ, для выполнения дополнительной системы уравнивания потенциалов необходимо подключить все доступные прикосновению открытые токопроводящие части стационарных устройств, сторонние проводящие элементы и нулевые защитные проводники всего электрооборудования (в том числе штепсельные розетки).

При обустройстве ДСУП защитные проводники присоединяются радиальным или шлейфовым способом.

Надежность работы основных и дополнительных систем уравнивания потенциалов зависит от качества диагностики и своевременно выполненного технического обслуживания.

Первый этап проверки исправности предполагает визуальный осмотр СУП с целью выявления видимых дефектов и обрывов. На следующем этапе проверяется надежность соединений. Для этого измеряется переходное сопротивление контактов и затяжка болтовых соединений. Качество сварных швов проверяют с помощью молотка.

Кроме того, проверке подлежит наличие металлосвязи между ГЗШ, шинами РЕ в щитах и коробках уравнивания потенциалов (КУП) и элементами СУП. Сопротивление металлосвязи не нормируется. Однако, по оценкам аналитиков, в исправных сетях этот показатель не превышает 0,05-0,10 Ом.

В разветвленных системах измеряется сопротивление между ГЗШ и отдельными участками магистрали заземления, основными элементами системы, а после этого – между этими участками и другими элементами СУП.

Прежде чем приступить к проверке, необходимо удостовериться в том, что на проверяемых элементах отсутствует напряжение. Наличие напряжения прикосновения нередко свидетельствует о наличии изъянов в системе уравнивания потенциалов или же о ее полном отсутствии.

Устройства защитного отключения

Любые электромонтажные работы на объекте подразумевают, что силовая электрика и оборудование впоследствии будут защищены средствами автоматики. Кроме того, автоматика выполняет функцию дополнительной защитной меры от поражения электротоком в случаях отказа основных мер защиты от прямого и/или косвенного прикосновения.

С этой целью в последние годы в России активно внедряются устройства защитного отключения (УЗО). В обязательном порядке они устанавливаются в системы электроснабжения всех строящихся и реконструируемых жилых зданий, их необходимо применять при эксплуатации электроприборов и электроинструментов в особо опасных помещениях.

Кроме того, для уличной торговли и бытового обслуживания населения запрещено использовать мобильные здания из металла или с металлическим каркасом, если система энергоснабжения этих строений не оснащена УЗО.

Устройства защитного отключения применяются для:

• Комплектации вводно-распределительных устройств (ВРУ);
• Комплектования распределительных щитов (РЩ);
• Установки в групповых щитах жилых домов, общественных зданий или промышленных предприятий;
• Защиты людей от поражения электричеством;
• Снижения вероятности пожара, вызванного утечкой тока.

УЗО внедряется в электроустановки разных видов и различного назначения за исключением оборудования, не допускающего перерывов в электроснабжении по технологическим причинам. В таких случаях для защиты людей от поражения током следует использовать другие меры защиты. Например, это может быть контроль изоляции, установка разделительных трансформаторов, между катушками которых отсутствует гальваническая связь, и др.

Основная функция УЗО заключается в защите человека при утечке электрического тока. При этом устройство не просто фиксирует утечку и размыкает цепь при наличии факта «пробоя». Оно отключает ее до того, как будет достигнут опасный уровень тока, когда человек уже не в состоянии самостоятельно разжать пальцы рук и отбросить провод.

Таким образом, УЗО полностью устраняет проблему «утекающих» токов, спасает человека от поражения и предотвращает возникновение пожароопасных ситуаций. В то же время следует помнить о том, что устройство не выполняет функцию защиты от токов коротких замыканий (КЗ) любой величины и не предохраняет линию от мощностной перегрузки.

Следовательно, УЗО нельзя считать комплексным решением всех проблем одновременно. Например, для надежной защиты домашней электросети необходимо в квартирном распределительном щитке последовательно установить и устройство защитного отключения, и обычный автоматический выключатель.

На рынке представлены УЗО нескольких типов:

• «АС». Устройство этого типа обеспечивает минимальный уровень защиты. Его функционала достаточно только для того, чтобы определить утечку переменного синусоидального тока. Аппарат можно использовать для защиты основных, самых простых с точки зрения устройства, бытовых электроприборов. Речь идет об обогревателях, электрических плитах, духовых шкафах, утюгах, фенах и т.п.

УЗО типа «АС» удовлетворяет минимальные требования защиты. Поэтому во многих странах мира для защиты жилых помещений используются устройства с более высоким уровнем безопасности.

• «А». Устройство этого типа обеспечивает стандартный уровень защиты. Оно способно определить утечку переменного тока и реагирует на пульсирующий постоянный ток утечки. Такое УЗО более чувствительно, чем аппарат типа «АС».

 Подходит для защиты основной бытовой техники, а также электроприборов с электронными блоками управления и импульсными блоками питания, где может возникнуть пульсирующий постоянный ток утечки.

Поскольку в большинстве современных электроприборов (компьютеров, телевизоров, вентиляторов, кухонной техники и др.) установлены импульсные блоки питания, то в случае «пробоя» изоляции они могут создавать утечку постоянного пульсирующего тока.

В подобных ситуациях устройства защитного отключения типа «АС» не могут отреагировать на проблему из-за того, что они «заточены» под определение синусоидальных переменных токов.

Практически все производители бытовой техники используют в своих электроприборах импульсные блоки питания, поэтому для защиты систем энергоснабжения жилых помещений целесообразно использовать УЗО типа «А».

• «F». Устройства этого типа способны обеспечить расширенный уровень защиты. Это означает, что они предоставляют уровень безопасности, аналогичный устройствам типа «А». Кроме того, способны выявить токи замыкания на землю со смесью частот до 1 кГц.

Устройства типа F защищают множество приборов. В их список входят:

            - бытовая техника;

            - электроприборы с импульсными блоками питания;

            - приборы с электроникой;

- техника с регулируемой частотой вращения (посудомоечные, сушильные, стиральные машины).

Устройства защитного отключения этого типа способны обеспечить расширенную защиту персонала при использовании схем с электронными нагрузками. Защитную аппаратуру типа F рекомендуется устанавливать в спецучреждениях. Например, в системах электроснабжения лабораторий, стоматологических клиник, производственных помещений и т.п.

• В. Устройства этого типа обеспечивают обширный уровень защиты, свойственный устройствам типа F. Помимо этого их функционал позволяет обнаружить сглаживание постоянного тока.

УЗО с типом чувствительности В эффективно защищают электрооборудование с электронными нагрузками частотой 50-60 Гц, к примеру, фотоэлектрические устройства в жилых зданиях, зарядные станции для электромобилей, специальное оборудование, задействованное в сфере здравоохранения.

• Вfg. Уровень чувствительности устройств защиты этого типа соответствует аналогичному показателю защитных устройств типа В. Однако изделия Bfg менее чутко реагируют на более высокие частоты. Их рекомендуется устанавливать на промышленных объектах, хотя они хорошо зарекомендовали себя в разных сферах.
• В+. Устройства защитного отключения этого типа способны обеспечить полноценный уровень защиты, соответствующий аппаратам типа В, с повышенной чувствительностью к частотам до 20 кГц для противопожарной защиты с максимальным значением срабатывания 420 мА.

УЗО показаны к применению на участках с повышенной пожароопасностью. Кроме того, они обеспечивают надежную защиту объектов, на которых двигатели приводятся в действие с помощью трехфазных инверторов с высокой частотой. Защитные устройства с типом чувствительности В+ рекомендуется устанавливать на производственных предприятиях, объектах агропромышленного комплекса, автозаправочных станциях.

            Оптимальный выбор устройства защитного отключения зависит от нескольких факторов. Прежде всего следует определиться, необходима ли защита от прямых (непрямых) контактов электротока, коротких замыканий, перегрузок и селективности. Наиболее распространенными и самыми доступными по цене являются аппараты типов А и АС.

            В процессе выбора необходимо обращать внимание на габаритные размеры защитного устройства. Известны случаи, когда выбранное УЗО не поместилось в щиток.

            Отдельного внимания требуют напряжение и токи нагрузки аппарата. Их следует выбирать с учетом напряжения сети, которая нуждается в защите. Также учитывается максимальное значение электротока на линии.

Исходя из номинальных токов выбирается установка определенного вида защитного устройства. Для классических линий при токах в 16-40 А достаточно 30 мА. При токах в 40 А выбирается аппарат в 100 мА, для 80 А – 300 мА.

В тех случаях, когда необходимо обеспечить полноценную защиту от термических опасностей, выбираются УЗО в 300 мА. Для выделенных линий, обеспечивающих электроснабжение пожароопасных помещений (например, ванных комнат, бань, саун), достаточно установки в 10 мА, для групповых линий – 30 мА.

На этапе выбора устройства защитного отключения следует учитывать еще одну важную особенность. В больших по площади помещениях, а также в случае реализации сложных схем разводки, все отдельные участки или зоны с собственной проводкой должны быть оснащены индивидуальными УЗО.

Следовательно, наряду с выбором типа защитных устройств, необходимо тщательно рассчитать их количество. Количество, которое потребуется для обеспечения надежной защиты помещений от возгораний, а также от риска непреднамеренного поражения людей и животных электрическим током.

При разработке проектной документации, как правило, выполняются все требования касательно безопасности электрооборудования в процессе эксплуатации. Однако необходимо помнить, что УЗО нельзя устанавливать на линиях, которые питают устройства, оповещающие об опасности (например, о пожаре или аварии).

Чтобы обобщить и систематизировать информацию о том, что собой представляют устройства защитного отключения, какую роль выполняют, где их установка необходима, следует понять отличие УЗО от автоматических выключателей.

Автоматические выключатели

Автоматические выключатели, так называемые «автоматы», представляют собой коммутационные устройства, предназначенные для включения/отключения электрической цепи, защиты людей, электрооборудования и приборов от токов перегрузки, и токов КЗ. При этом автоматы способны выдерживать нагрузки тока, которые УЗО не по силам.

Автоматические выключатели выполняют три основные функции:

• Коммутация цепи. Автомат обеспечивает включение/выключение конкретного участка электрической цепи;
• Защита от токов перегрузки. Выключатель автоматически отключает защищаемую цепь, если в ней протекает ток, превышающий максимально допустимое значение (например, при включении в линию одного или нескольких мощных электроприборов);
• Управление. Устройство отключает от питающей сети защищаемую цепь, когда в ней возникают большие по значению токи КЗ.

В зависимости от конструктивного исполнения автоматические выключатели делятся на два типа:

• Воздушные. Используются для защиты электрооборудования и высоковольтных линий электропередач. Особенность конструкции заключается в наличии воздушного зазора между силовыми контактами.

В момент отключения мощных потребителей между расходящимися для отключения контактами возникает дуга. Ее сила не уступает номинальному току. При этом образуется плазма, фиксируется рост температуры. Результатом этих явлений может стать образование неконтролируемой самоподдерживающей дуги, способной расплавить контакты коммутирующего устройства и перекинуться на соседнюю фазу, что вызывает фазное КЗ. Короткое замыкание может вывести из строя дорогостоящее электрооборудование. Чтобы снизить возможные риски, была разработана камера дугогашения.

Понимание специфики процессов, происходящих в коммутируемых цепях, и знание способов подавления опасных явлений, способствовали созданию легких по весу и компактных по размеру аппаратов, которые отключают электроток сотнями ампер.

Воздушные автоматические выключатели используются в энергетике, промышленности, а также для удовлетворения нужд частного сектора.

Основным назначением устройств этого типа является защита электрооборудования и ЛЭП от токов КЗ и завышенной мощности потребления методом контроля величины количества тока, который проходит через контакты автомата.

К современным выключателям предъявляется ряд требований:

      - быстрое срабатывание;

      - высокая отключающая способность;

      - селективность;

                        - неограниченное время пропуска номинального тока;

                        - многократное отключение токов КЗ;

                        - стойкость к часто возникающим термодинамическим нагрузкам;

                        - наличие встроенных защитных механизмов.

• Автоматические в литом корпусе. Устройства предназначены для включения/отключения нагрузки, защиты электрооборудования от токов утечки, КЗ и перегрузки. Рассчитаны на большой диапазон рабочих токов от 16 до 1 000 А.

Название автомата произошло от английского molded case. Это означает литой (или формованный) корпус. Внешняя оболочка устройства выполнена из специального негорючего пластика, нужная форма которого получается путём литья и формовки.

Конструкция автоматических выключателей в литом корпусе имеет ряд особенностей:

• Компактные размеры. Габариты современных аппаратов в два раза меньше аналогичных устройств более ранних поколений. Это позволяет максимально эффективно использовать внутреннее пространство электрических щитов и при этом обеспечивать высокие технические характеристики выключателей. Компактные размеры позволяют уже на этапе разработки проекта системы энергообеспечения закладывать в схему корпус меньшего размера, что положительно отражается на стоимости конечного решения.
• Модульное строение. Эта особенность конструкции автоматического выключателя позволяет специалистам самостоятельно встраивать в него необходимые элементы и, таким образом, существенно расширять функционал защитного устройства с учетом индивидуальных потребностей заказчика, а также в соответствии с требованиями нормативных документов по организации защиты электрической сети. Дооснастка аппарата возможна уже после совершения покупки. Это означает, что покупателю нет необходимости заказывать нужную модификацию у предприятия-изготовителя.

Наличие дополнительных аксессуаров обеспечивает возможность дистанционного управления работой выключателей. Кроме того, эта опция позволяет собирать оперативную информацию о текущем состоянии устройств.

Использование специальных комплектов дает возможность получить исполнение электрических аппаратов как втычного, так и выдвижного типа.

Модульная конструкция автоматического выключателя и реализация «принципа конструктора» выгодны не только конечным пользователям, но и дистрибьюторам.

Конструктивные особенности защитных устройств нового поколения позволяют ритейлерам максимально эффективно использовать свои складские помещения и денежные средства, а также реализовать алгоритм по минимизации товарных остатков.

В единый реестр российской радиоэлектронной продукции включен автоматический выключатель втычного исполнения ВА57-35 с номинальными токами в диапазоне от 63 до 250 А.

Его можно использовать только в сочетании с панелью той же серии. Благодаря этой особенности потребитель получает аппарат, который совмещает в себе функции выключателя и разъединителя.

Трехполюсные автоматические выключатели этого типа предназначены для установки в цепях с напряжением 400/690 В переменного тока частотой 50 и 60 Гц и 440 В постоянного тока. Они обеспечивают защиту электрических цепей от токов перегрузки, КЗ, недопустимых снижений напряжения и нечастых коммутаций.

Разработчики ВА57-35 оснастили устройство специальными рукоятками, предотвращающими риск поражения пользователей электрическим током. Это обеспечивает максимальный уровень защиты персоналу.

Наличие рукояток обеспечивает простоту монтажа и более рациональное использование площади щитовой. Эта особенность конструкции автоматического выключателя позволяет монтировать защитные устройства вплотную друг к другу. При этом они могут быть расположены как в горизонтальном положении, так и вертикально.

В конечном итоге получается весьма компактный электрощит. Этому способствует возможность переднего подключения шин к аппаратам втычного присоединения ВА57-35, что обеспечивает переход к щитам с односторонним обслуживанием.

Также на рынке электротехники представлены автоматические выключатели Tmax XT, которые могут применяться в стационарном, втычном и выкатном исполнении.

Конструкция стационарных аппаратов состоит из корпуса, соединенного с расцепителем защиты. Монтаж предполагает установку выключателя на монтажную плату распределительного устройства или на DIN-рейку.

Tmax XT втычного типа состоят из фиксированной части (корзины), которая крепится на монтажной панели, и подвижного элемента, полученного из стационарного выключателя. Модель укомплектована преобразователями компонента втычного исполнения в подвижную часть.

В конструкцию автоматических выключателей Tmax XT выкатного исполнения входит корзина, которая фиксируется на монтажной панели распределительного устройства.

Фиксированная часть оснащена боковыми направляющими, обеспечивающими легкое извлечение и установку подвижного элемента, аналогичного тому, что установлен в стационарных автоматических выключателях.

Кроме того, модель оснащена соответствующим комплектом деталей для преобразования в выкатное исполнение.

Выкатной автоматический выключатель необходимо дополнить фланцем, обеспечивающим степень защиты IP40. Аксессуар устанавливается на лицевую панель. Он предназначен для блокирования подвижной части. Блокировка делает невозможным извлечение или установку при замкнутом выключателе.

Для выкатных аппаратов производитель предусмотрел специальные аксессуары с разъемами для автоматического разъединения в момент выкатывания.

В продуктовой линейке компании ЕКF представлены три серии автоматических выключателей в литом корпусе с номинальными токами от 12,5 до 1600 А - ВА 99, ВА 99М и ВА 99С.

Друг от друга серии отличаются возможностью индивидуальной настройки срабатывания, наличием дополнительных устройств и видами расцепителей.

Кроме того, деление происходит и внутри серий. Изделия делятся на группы в зависимости от габаритных размеров, номинального тока и типа расцепителя.

Силовые автоматы серии ВА 99 выпускаются в шести типоразмерах с расцепителями двух типов – электронными и термомагнитными.

Эта серия устройств дополнена множеством аксессуаров, обеспечивающих автоматическое и дистанционное управление, установку сигнализации, высокие показатели электробезопасности, возможность предотвращения аварийных ситуаций и удобство монтажа.

Например, один из автоматических выключателей серии ВА 99 изготовлен в виде моноблока. Его конструкция состоит из основания, изготовленного из термостойкой пластмассы, и крышки с фальшпанелью, оснащенной специальным окном для рукоятки управления.

На крышке также установлен толкатель кнопки «Тест», которая используется для проверки работы механизма отключения аппарата.

Основание выполняет роль несущей конструкции, на которую крепятся присоединительные зажимы, неподвижные и подвижные контакты с системой дугогашения, механизм управления, блок защиты от сверхтоков. Крышка закрывает все внутренние токоведушие части и подвижные элементы механизма управления.

Рычаг выключателя может быть зафиксирован в трех положениях: «вкл», «откл» и «срабатывание». Для того, чтобы включить устройство после срабатывания, следует перевести рычаг из промежуточного положения в положение «откл» и только после этого установить в точку «вкл».

Механизм управления оснащен мощной возвратной пружиной и работает по принципу переламывающегося рычага.

Взведение рукоятки механизма управления приводит в движение изолирующую рейку, на которой установлены пружинные подвижные силовые контакты с гибкими соединениями.

Поворот рейки замыкает подвижные и неподвижные силовые контакты. Кроме того, это действие обеспечивает необходимые провалы для увеличения и выравнивания давления на подвижные контакты.

Действие возвратной пружины блокируется с помощью элементов переламывающегося рычага, которые в этот момент находятся на одной линии. Одним коленом они упираются в выступ поворотного элемента «сброса» и механизма управления.

Функцию «сброса» механизма управления выполняет плоская рейка, на которую воздействуют толкатели биметаллических пластин тепловых расцепителей и электромагнитов защиты от КЗ.

Автоматические выключатели в исполнении ВА-99 - 125/125А и ВА-99 - 160/160А также оснащены эффективной системой дугогашения, состоящей из дугогасительных решеток с дугогасительными вкладышами, выполненными из никелированной стали.

В изделиях типа ВА-99 - 25/250А и выше установлены дополнительные рассеиватели дуги. Они изготавливаются в виде толстых стальных перфорированных пластин и вставляются в крышку выключателя.

Несмотря на это, на этапе проектирования системы электроснабжения и установки защитных устройств этого типа в замкнутое пространство распределительных устройств следует учитывать вероятность выброса вверх на высоту до 3 см продуктов горения дуги. Это возможно при срабатывании защиты от сверхтока.

Со стороны источника питания провода или шины подключаются на верхние зажимы аппарата при помощи крепежных элементов, входящих в комплект поставки. Допускается подключение шин снизу.

Автоматические выключатели серии ВА-99М – это более экономичная модификация защитных устройств серии ВА-99. Основное отличие состоит в том, что в изделиях серии ВА-99М устанавливаются только термомагнитные расцепители. Кроме того, в их конструкции отсутствуют дополнительные устройства.

По сути, это базовая серия автоматических выключателей, предназначенных для реализации проектов, не требующих высокой степени автоматизации и наличия каких-либо дополнительных возможностей. Устройства эффективно справляются с поставленной задачей там, где востребованы только основные функции аппарата – защита и коммутация.

Устройства серии ВА99С созданы для проектов, требующих тонкой настройки расцепителя в широком диапазоне и высокой устойчивости к тяжелым условиям коммутаций. Они предназначены для нечастых оперативных включений/отключений в нормальном режиме. Обеспечивают надежную защиту различных электроустановок от токов перегрузки и коротких замыканий.

Автоматические выключатели ВА-99С устанавливаются в стандартные распределительные щиты. Аппараты монтируются вплотную друг к другу, легко помещаются в ограниченном пространстве.

Исключительное токоограничение защитных устройств этого типа позволяет существенно уменьшить воздействия тока КЗ как на элементы сети, так и на сам выключатель, что значительно улучшает основные показатели при отключении повреждений.

Аппараты типа ВА-99С (как и ВА99) могут быть дополнены различными аксессуарами, обеспечивающими возможность дистанционного и автоматического управления, установки сигнализации.

В отличие от выключателей других серий, главные силовые контакты этих аппаратов имеют двойной разрыв. Эта особенность конструкции позволяет снизить влияние дуги при отключении устройства, благодаря чему значительно увеличивается срок его службы и устойчивость к аварийным режимам.

• Материал корпуса. Литой корпус современных автоматических выключателей изготавливается из термостойких пластмасс, не поддерживающих процесс горения.

Одним из таких материалов является ВМС – механическая смесь из ненасыщенной полиэфирной смолы, минеральных наполнителей, компенсаторов усадки, пигментов и катализаторов сшивания, дополненная стекловолокном длиной от 3 до 12-15 мм. Высокая степень наполнения повышает огне- и химическую стойкость материала.

ВСМ используется для защиты самого ответственного узла аппарата – контактной группы. Материал способен стойко переносить действие высоких температур электрической дуги, что обеспечивает сохранность как корпуса самого выключателя, так и оболочки контактной группы.

К примеру, в конструкции защитных устройств ранних поколений применялись фенопласт с теплостойкостью 250 °С и ДСВ, сохраняющий жесткость и эксплуатационные характеристики при повышении температуры до +300 °С. Эти показатели высоки, но не выдерживают сравнения с ВМС премиксом, теплостойкость которого составляет 960 °С.

• Контактная группа. Во многих современных автоматических выключателях токоограничение обеспечивается за счет «двойного разрыва» главных контактов. Система гарантирует мгновенное отключение токов КЗ и существенно уменьшает износ главных контактов, что увеличивает срок службы аппарата защиты.
• Возможность построения селективных систем защиты. При проектировании систем электроснабжения любых объектов обязательно учитывается селективность всех подключенных к ней защитных элементов.

Селективность нельзя определить отдельно взятой величиной конкретного аппарата. Это система, предусматривающая последовательное включение в цепь защитных устройств, где выбор каждого элемента зависит от величины тока срабатывания и места установки в схеме.

Правильно выбранные технические характеристики защитных устройств для каждого участка электросети способны обеспечить надежную безаварийную эксплуатацию.

На любом объекте электрическую цепь разделяют на участки, на которых устанавливают автоматические выключатели определенной категории с соответствующими параметрами срабатывания.

В цепях, где ток проходит напрямую от источника генерации к потребителю, неисправности, КЗ, утечка тока через слой изоляции (и по другим причинам) могут возникать в разных местах. Это могут быть отдельные элементы оборудования нагрузки, проводка по всей длине цепи, распределительные щиты, трансформаторные подстанции и генератор электроэнергии.

В каждом из этих мест, где существует риск возникновения неисправностей, для своевременного отключения электрооборудования и предотвращения выгорания отдельных элементов, устанавливаются автоматы с соответствующими характеристиками.

Эффективность работы защитных устройств напрямую зависит от согласованности всех элементов защиты.

Селективность может быть:

- абсолютная избирательность предполагает отключение конкретного участка цепи с элементами электрооборудования, где зафиксирована неисправность;

- относительная. Реализация этого вида селективности допускает отключение нескольких направлений сети с различным оборудованием, независимо от того, на каком из участков произошёл сбой. Это особенно актуально для систем, к которым подключены мощные электродвигатели.

В зависимости от метода проектирования систем селективной защиты избирательность делится на несколько видов:

• По току. Означает последовательную установку в сеть автоматических выключателей с разными порогами срабатывания по току;
• По временному интервалу срабатывания защиты. В этом случае защита строится по аналогичному принципу, только роль определяющего параметра исполняет время срабатывания защитных устройств при достижении порогового значения токов;
• По дифференциальному принципу. Способ предназначен для цепей с нагрузкой, потребляющей большую электрическую мощность. Фактически трансформаторы напряжения контролируют токи на небольшом участке сети, где непосредственно подключено энергоемкое оборудование, которое отключается в момент превышения пороговых значений. При этом другие участки не затрагиваются.

Использование селективных систем защиты позволяет автоматически определять место неисправности и отключать его от рабочей сети, поддерживать работоспособность исправных отрезков электрических цепей во время возникновения неисправности на смежных участках, обеспечивать безопасность людей.

• Использование принципа каскадирования дает возможность устанавливать нижестоящие устройства защиты с меньшей отключающей способностью, если выше смонтирован токоограничивающий автоматический выключатель. Как правило, производители составляют соответствующие таблицы и гарантируют надежность защиты при правильной компоновке защитных аппаратов.

Модульные автоматические выключатели и дифавтоматы

Автоматические выключатели модульного исполнения – это самый распространенный вид автоматов. Их устанавливают для того, чтобы защитить кабели, провода и электрические приборы от перегрузки и короткого замыкания.

            В конструкцию защитного устройства входят:

• Корпус и рычаг управления, изготовленные из термостойкого пластиката;
• Подвижные и неподвижные силовые контакты, отвечающие за коммутацию;
• Механизм взвода и расцепления;
• Катушка (электромагнит);
• Подвижный сердечник, выполняющий роль толкателя;
• Дугогасительная камера;
• Биметаллическая пластина (тепловой расцепитель);
• Регулировочный винт, обеспечивающий регулирование значения тока, при котором аппарат должен сработать.

Ширина каждого модуля в автоматах модульного строения, как правило, соответствует ширине одного полюса (фазы) и составляет 17,5 мм. Модульные автоматические выключатели устанавливаются на стандартные DIN-рейки или фиксируются на панели с помощью винтового крепления.

Автоматические выключатели работают по такому принципу:

• Нормальный режим. В момент взвода рычага управления приходит в движение механизм взвода и расцепления. Это действие обеспечивает коммутацию силовых контактов, после чего электроток проходит от питающего провода по неподвижному, а затем и по подвижному контактам. Далее он направляется по гибкой связи, поступает на катушку электромагнита, передается на биметаллическую пластину и затем через винтовой зажим проходит к отходящей линии, которая питает электроприбор.
• Короткое замыкание. В случае возникновения КЗ электромагнитный расцепитель должен моментально отреагировать на событие и оперативно отключить нагрузку. Алгоритм действия прост: значительное повышение номинального тока приводит к возникновению мощного магнитного поля. Оно тянет вниз подвижный сердечник, который надавливает на рычаг спускового механизма, отключая нагрузку до наступления нежелательных последствий.
• Перегрузка. Функцию защиты от перегрузки выполняет тепловой расцепитель. Когда ток, проходящий через биметаллическую пластину, превышает установленное значение, температура пластины повышается, и она начинает изгибаться. При достижении определенного угла изгиба конец пластины надавливает на рычаг спускового механизма, отключая автомат. В отличие от магнитного терморасцепитель реагирует на перегрузку менее оперативно. Для его срабатывания потребуется больший промежуток времени. Но он более точный и легче настраивается.

Дифавтоматы – устройства, которые сочетают в себе функции автоматических выключателей и УЗО. Они используются для защиты проводки от перегрузки, КЗ, сверхтоков, а также для защиты людей от поражения токами утечки.

Видеоглаз не дремлет

Задача, с которой часто сталкиваются энергетики, заключается в поиске доступного и эффективного решения для обнаружения и предотвращения угроз безопасности станций и подстанций. Одним из таких средств защиты стала установка систем видеонаблюдения.

На этапе внедрения эта технология столкнулась с одной серьезной проблемой: объекты электроэнергетики насыщены большим количеством технологичного оборудования, поэтому в случае установки фиксированных видеокамер с ограниченным обзором требовалось увеличение количества камер видеонаблюдения.

Проблему удалось решить с помощью PTZ-камер (аббр. от Pan-Tilt-Zoom – «панорамирование, наклон и масштабирование»). Дистанционно управляемые камеры видеофиксации с функциями поворота могут вращаться и таким образом контролировать более обширные территории.

Кроме того, видеокамеры с функциями PTZ имеют ряд весомых преимуществ:

• Функционал одной камеры позволяет мониторить множество зон одного энергообъекта, что дает возможность снизить количество устройств, задействованных в системе контроля;
• Видеокамеры наблюдения могут контролировать территорию в соответствии с заранее заданными параметрами слежения, последовательно поворачивая объектив от одной точки к другой с определенным интервалом, а также классифицировать объекты, попадающие в поле зрения;
• Детекторы камер можно настроить таким образом, чтобы они включались только в случае фиксации конкретных изменений в зоне слежения (движение, шум и т.п.);
• Оператор получает полный контроль над видеокамерами, оснащенными поворотным механизмом. Специалист службы безопасности может следить именно за тем, что хочет видеть. Например, если камера зафиксировала проникновение на территорию подстанции посторонних, чьи лица плохо различимы, он может приблизить участок кадра, чтобы детализировать изображение и рассмотреть нужные детали;
• Камеры можно установить так, чтобы каждая из них покрывала слепую зону соседней. Такой подход к организации системы видеонаблюдения используется по всему периметру территории подстанции, пока последняя видеокамера не покроет слепую зону первой.

Интеллектуальная видеоаналитика становится всё более популярным средством защиты оборудования станций и подстанций. «Умное» видеонаблюдение способно своевременно обнаружить угрозу и мгновенно предоставить визуальное подтверждение. Технология активно развиваются, функционал видеокамер увеличивается, в то время как стоимость оборудования постепенно снижается, что делает такие решения более доступными для компаний, задействованных в сфере электроэнергетики.

Весной 2021 года энергетики компании «Россети Центр и Приволжье» – «Кировэнерго» завершили установку современных комплексов видеонаблюдения на подстанциях 100 кВ «Тюмень» и «Вахруши». Работы велись в рамках проекта по внедрению единой системы безопасности на ряде крупных ПС.

Всё установленное оборудование изготовлено на российских предприятиях. Камеры видеонаблюдения с высоким разрешением способны передавать изображение в мельчайших деталях в режиме 24/7. Высокотехнологичное хранилище данных позволяет собирать информацию и обеспечивает ее надежное хранение.

Установка систем видеонаблюдения дает возможность энергетикам непосредственно с диспетчерского пункта контролировать обстановку сразу на нескольких питающих центрах. В ближайшее время аналогичные комплексы будут установлены и на других подстанциях, расположенных в зоне операционной деятельности филиала.

На страже кибербезопасности

Риски, связанные с перебоями электроснабжения, значительные потери электроэнергии на этапе распределения и передачи, а также угрозы кибербезопасности создают прочную основу для более активного проникновения в инфраструктуру сети интеллектуальных устройств (контроллеров, датчиков, счетчиков и др.).

Использование возобновляемых источников энергии и развитие распределенной генерации неизбежно увеличивает объем и сложность распределительных сетей по мере ввода в действие новых питающих центров и распространения микросетей.

Установка датчиков и устройств повторного включения со встроенными средствами связи позволяет оперативно изолировать аварийные участки сетей и быстрее восстановить энергоснабжение, при этом сокращая до минимума ущерб от перебоев с подачей электроэнергии потребителям.

Без последовательного внедрения цифровых решений надежное энергообеспечение представить невозможно. Однако, учитывая динамичность и гибкость новых технологий, а также изменение роли задействованных в этом процессе сторон, использование «цифры» подразумевает необходимость киберзащиты от несанкционированного проникновения.

С целью выявления киберугроз и проблем с коммутацией на подстанциях разработана система мониторинга StationGuard. В сочетании с 19-дюймовой платформой RBX1 это решение способно обеспечить надежную защиту центров питания.

StationGuard мониторит коммуникации и анализирует полученные данные. Система знает суть рабочих процессов и условия в обычном режиме работы. Она знает, каким устройствам разрешена активность и какая информация может (или не может) передаваться в определенный промежуток времени. Знает разрешенные команды управления и как на них реагировать.

Всё это позволяет обнаруживать риски на ранних стадиях и фиксировать факт несанкционированного проникновения до выхода компонентов из строя. Кроме того, наряду с мониторингом кибератак, система контролирует функциональную исправность станционного оборудования и помогает выявить сбои в системе автоматизации.

StationGuard разработана специально для подстанций с учетом результатов анализа сетевого обмена данными по стандарту IEC 61850. Она проста в эксплуатации и не требует наличия специальных знаний о безопасности в сфере информационных технологий. Оснащена графическим интерфейсом, который соответствует стандартным схемам, описанным в документах, и представлению событий на дисплее контроллеров питающего центра. Инженеры могут без труда понять суть проблемы и быстро приступить к ее решению.

Роботы покоряют сети

В сфере электроэнергетики робототехника используется уже давно. До недавнего времени роботов привлекали к работам, опасным или недоступным для человека. Машины разбирали реакторные установки вышедших из строя атомных электростанций, замеряли радиацию, искали места утечки радиоактивного топлива и т.д.

Кроме того, роботов используют в производстве электротехники, где требуется высокая точность, скрупулезность и аккуратность. Машинам также нашлось применение на объектах альтернативной энергетики. Роботы борются с загрязнением солнечных панелей и лопастей ветряков, помогая сохранить до 60% эффективности электростанций.

Однако технологии не стоят на месте. Создание робототехники для энергетической отрасли включает в себя обширный спектр различных разработок. Например, разработана серия беспилотных летательных аппаратов на унифицированной платформе для мониторинга состояния ЛЭП, технического обслуживания и проведения локальных ремонтов элементов воздушных линий.

В июне 2020 года в Екатеринбурге на линии электропередачи класса напряжения 110 кВ «Ново-Свердловская ТЭЦ – Дачная», в зоне операционной деятельности компании «Россети Урал», успешно прошли испытания роботизированной диагностической системы «Канатоход» – дрон совершил первый облет опоры ЛЭП без участия пилота.

Автоматическое управление полетом и посадкой существенно расширяет возможности использования мониторингового комплекса: позволяет привлекать его для обследования воздушных линий в труднодоступных местах, для определения мест возможных повреждений, при этом исключает ошибки пилота (пресловутый человеческий фактор) и сводит к минимуму присутствие обслуживающих бригад в охранной зоне энергообъектов.

Ранее студенты Уральского федерального университета установили на «Канатоход» специальное устройство, предназначенное для нанесения на грозотрос антикоррозийного покрытия и противогололедного состава.

Суть процесса состоит в следующем: беспилотный летательный аппарат садится на провод и передвигается по нему с помощью роликов, нанося при этом защитное покрытие.

Результаты испытаний показали, что устройство покрывает ровным слоем весь диапазон грозоотводных тросов, натянутых вдоль воздушных линий электропередачи напряжением до 330 кВ. Кроме того, существует возможность обработки более крупных по диаметру проводов с нанесением на их поверхность других покрытий.

Современные системы энергообеспечения должны быть стойкими к угрозам любого рода. Факторов, влияющих на безопасность энергооборудования и сетевой инфраструктуры, великое множество. К тому же они постоянно меняются. Поэтому для эффективной защиты необходимо учитывать все возможные риски и применять комплексный подход, основанный на использовании как проверенных временем методов, так и инновационных технологий.