Рынок электрораспределительных устройств: виды, проблемы и перспективы

Электрораспределительные устройства (РУ) – это один из важнейших элементов любой электрической сети, которая используется для распределения и передачи электроэнергии от объекта генерации к потребителю, а также для питания оборудования в пределах электроустановки.

С появлением цифровых технологий электросети претерпевают значительные трансформации. В свою очередь, цифровизация стала причиной существенных изменений на рынке распределительных устройств.

Новые нормативные требования, которые предъявляются к эффективности и безопасности РУ, мотивируют производителей улучшать технические характеристики своей продукции.

Виды распределительных устройств

РУ может быть укомплектовано коммутационными аппаратами, соединительными и сборными шинами, устройствами автоматики, связи, защиты, измерений и телемеханики.

На рынке электротехники представлены электрораспределительные устройства нескольких видов. В случае если всё или основное оборудование РУ расположено на открытом воздухе (вне каких-либо сооружений), устройство называется открытым (ОРУ).

Преимуществом ОРУ считается быстрый и нетрудоемкий монтаж, возможность беспроблемного внесения изменений, удобство проверки технического состояния и простота сервисного обслуживания. К минусам таких устройств специалисты относят большие габариты и необходимость защиты оборудования от негативного воздействия погодно-климатических факторов.

Распределительные устройства закрытого типа (ЗРУ) устанавливаются в здании или в отдельном помещении. Как правило, они используются в условиях повышенной химической активности и загрязненности воздуха. Они могут применяться даже в неблагоприятных условиях Крайнего Севера и в средах с неблагоприятными атмосферами (например, в местах с высокой влажностью).

Преимущество ЗРУ – компактность оборудования. Обычно такие устройства устанавливаются на заводах, а также используются в условиях интенсивной урбанизации и плотной городской застройки.  Во-первых, это является залогом повышения пожарной безопасности объекта. Во-вторых, полностью исключается случайный доступ к электроустановкам посторонних лиц.

Распределительное устройство, состоящее из полностью или частично закрытых шкафов и блоков со встроенными в них аппаратами, устройствами защиты и автоматики, поставляемое в собранном или полностью подготовленном для сборки виде, называют комплектным. Для внутренней установки предназначены устройства, обозначаемые КРУ, для наружной – КРУН.

В закрытых распределительных устройствах оборудование может быть размещено в сборных камерах одностороннего обслуживания – КСО. Как правило, их устанавливают в помещениях с ограниченной площадью, поскольку оборудование этого типа может быть смонтировано вплотную к стене или установлено впритык задними стенками друг к другу.

Комплектность КСО зависит от назначения устройства. Для питания отходящих линий в камеру устанавливается высоковольтный выключатель, два разъединителя (со стороны шин и со стороны линии), трансформаторы тока, на лицевой стороне размещаются рычаги управления разъединителями, привод выключателя, а также низковольтные цепи и устройства защиты.

Кроме того, КСО могут быть укомплектованы трансформаторами напряжения, ограничителями перенапряжения и предохранителями.

Конструкция КРУ представляет собой шкаф, разделенный на несколько изолированных друг от друга отсеков. Такая конструктивная особенность обеспечивает безопасность технического обслуживания и эксплуатации оборудования.

В зависимости от назначения присоединения в выкатную часть шкафа может быть установлен выключатель, трансформатор напряжения, ограничитель перенапряжения нелинейный (ОПН) и трансформатор собственных нужд.

Относительно корпуса шкафа выдвижной элемент может занимать несколько положений:

• рабочее. В таком положении главные и вспомогательные цепи замкнуты;
• контрольное, при котором главные цепи разомкнуты, а вспомогательные замкнуты;
• разобщённое, при котором главные и вспомогательные цепи разомкнуты;
• ремонтное. При таком положении выдвижной элемент шкаф находится вне корпуса шкафа и все его цепи разомкнуты.

Токоведущие элементы комплектного распределительного устройства, как правило, представляют собой шины, изготовленные из алюминия или его сплавов. При больших нагрузках разрешено использование медных шин, при номинальных токах до 200 А допускается применение стальных.

Монтаж вспомогательных цепей осуществляется с помощью изолированного медного провода сечением не менее 1,5 кв. мм, присоединение к приборам учёта производится проводом сечением 2,5 кв. мм, паяные соединения выполняются с использованием провода сечением не менее 0,5 кв. мм. Соединения, которые могут быть подвержены изгибам и кручению, выполняются многожильным проводом.

Гибкая связь вспомогательных цепей стационарной части КРУ с выкатным элементом выполняется с использованием штепсельных разъемов.

Шкафы комплектных распределительных устройств должны соответствовать требованиям по электродинамической и термической стойкости к сквозным токам короткого замыкания (КЗ).

С целью удовлетворения требований по механической стойкости установлено количество циклов включения и отключения встроенного оборудования, которое должны выдерживать шкафы и их элементы. Количество таких циклов устанавливается согласно ПУЭ.

Безопасность шкафов КРУ обеспечивает ряд блокировок. После выкатывания подвижного элемента все токоведущие части главных цепей, которые могут оказаться под напряжением, закрываются специальными защитными шторками. Эти средства защиты, впрочем, как и ограждения, должны сниматься или открываться исключительно с помощью ключей или с использованием специнструментов.

В КРУ стационарного исполнения предусмотрена возможность монтажа стационарных или инвентарных перегородок. Их функция состоит в отделении частей оборудования, находящихся под напряжением. Для организации заземления недопустимо использование болтов, винтов и шпилек, выполняющих роль крепежа.  

Место заземления должно быть обозначено соответствующим знаком или надписью «земля».

Вид шкафа КРУ зависит от схемы главной цепи распределительного устройства. Ключевой электрический аппарат, определяющий конструкцию шкафа – это маломасляный, электромагнитный, вакуумный или элегазовый выключатель. Схемы вторичных цепей отличаются большим разнообразием и полностью не унифицированы.

РУ открытого и закрытого типа классифицируются по нескольким критериям:

• В зависимости от способа выполнения секционирования. На рынке представлены устройства с отдельными секциями шин (с отходящими кабелями, токовыми трансформаторами и т.д.) и системами шин. Первый вариант предполагает питание каждого потребителя от одной секции, в то время как установка шкафа с системами шин предусматривает переключение одного потребителя между несколькими секциями.

Секции шин соединяются секционными выключателями, а системы шин – шиносоединительными. В случае потери питания на одной из секций или систем эти коммутационные аппараты позволяют запитывать секции (системы) друг от друга.

• Наличие обходных устройств. Речь идет об одной или нескольких обходных системах шин, которые обеспечивают вывод в ремонт элементов оборудования без необходимости отключения потребителей от системы электроснабжения.
• В зависимости от схемы подключения возможны два варианта – радиальная и кольцевая. При соединении кольцевые устройства образуют кольцо с ответвлениями присоединений и подводов питания, питание каждого потребителя осуществляется от двух-трех выключателей. В таких схемах реализована возможность добавления новых элементов или замены старых. Этот вариант считается более надежным и практичным в плане обслуживания и эксплуатации оборудования.

Радиальные РУ предусматривают прокладку нескольких кабельных потоков без ответвлений. Реализация этой схемы обеспечивает питание потребителей через один выключатель и разъединители от сборных шин.

Минусом такого варианта эксперты называют риск выхода из строя всего оборудования в случае появления проблем с одним из кабелей или из-за малейших неполадок на шине. Поэтому радиальные шкафы используются на небольших предприятиях с ограниченным бюджетом.

         Функцию определяющего фактора при выборе схемы для радиального или кольцевого распределительного устройства выполняет общее число выключателей на одно присоединение. В зависимости от этого существует четыре вида схем.

1. С коммутацией присоединения одним выключателем. Схема может быть реализована с использованием одной или двух систем шин как с обходной шинной системой, так и без нее.
2. С коммутацией присоединения двумя выключателями. Возможные варианты схем:

• 3/2, полуторная. Реализуется на базе двух систем шин с тремя выключателями на два присоединения;
• 4/3. Реализация схемы предполагает наличие двух систем шин с четырьмя выключателями на три присоединения;
• Многоугольники с 3-6 углами.

3. С коммутацией присоединения тремя и более выключателями. Возможные варианты схем:

• Связанные многоугольники;
• Генератор – трансформатор – линия с уравнительно-обходным многоугольником;
• Трансформаторы – шины.

4. Упрощенные схемы, где количество выключателей меньше общего числа присоединений. Возможные варианты схем:

• Блочные;
• Комбинирование блочных схем с ответвлением от проходящих линий;
• Мостики;
• Расширенный четырехугольник;
• Заход – выход.

         Выбор схемы, на которой работает вводно-распределительное устройство, в первую очередь зависит от количества присоединений и действующего рабочего напряжения. Кроме того, в расчет принимаются также и другие факторы:

5. Тип объекта генерации;
5. Количество и мощность генераторов;
5. Число линий, связывающих устройство с энергосистемой, и категория их ответственности;
5. Схема и уровень напряжения электрических сетей, функционирующих в составе энергетической системы;
6. Показатели токов КЗ;
5. Возможности для работы распределительного устройства по той или иной схеме;
5. Тип устройства (ЗРУ, ОРУ, КРУ, КРУЗ).

При выборе схем РУ подстанций учитывается ряд основных параметров: итоговое количество присоединений, характер требований к надежности электроснабжения потребителей, а также к обеспечению транзита мощности через питающий центр в нормальном, ремонтном и послеаварийном режимах. Кроме того, схемы формируются с учетом перспективы развития сети.

Электрораспределительные устройства классифицируются также и по другим признакам. Например, РУ могут быть традиционными и функциональными. К разряду традиционных относятся устройства управления и приборы, расположенные на лицевой стороне. Функциональными называются целевые РУ, оснащенные коммутационным оборудованием и соединениями для установки и подключений.

         В зависимости от вида функциональности распределительные устройства подразделяются на:

• Главные. Функция устройств этого вида состоит в приеме электричества от источника генерации (электростанции или генератора);
• Линейные РУ предназначены для деления поступающей электроэнергии по отдельным линиям без смены показателя напряжения;
• Понижающие или повышающие РУ используются для преобразования электроэнергии в оборудовании, которое ее трансформирует;
• Установки для личных нужд обеспечивают поступление электричества на станции или питающие центры.

На рынке представлены также и другие виды распределительных устройств.

Пункты коммерческого учета электроэнергии

Пункты коммерческого учета (ПКУ) активной и реактивной энергии прямого и обратного направления стали одним из неотъемлемых элементов электрических сетей класса напряжения 6-10 кВ частотой 50 Гц и всё активнее внедряются в сетях 35 кВ.

Кроме того, ПКУ предназначены для использования в составе автоматизированных систем контроля и учета электроэнергии (АСКУЭ) для передачи измеренных и вычисленных параметров на диспетчерский пункт сетевой компании по каналам GSM-связи в автоматическом режиме.

В соответствии с ПУЭ, коммерческий учет электроэнергии необходимо осуществлять не на трансформаторных подстанциях, а на границе балансовой принадлежности сетей между различными участниками рынка.

Из этого следует первый вариант использования устройства: если граница балансовой принадлежности проходит по стороне 6-10 кВ. В большинстве случаев это первый электрический столб на отпайке от фидера – распределительной линии электропередач вместе со вспомогательными элементами, с помощью которой электричество поступает от источника к потребителю.   

Наиболее часто это используется при строительстве новых гаражных кооперативов, дачных и коттеджных поселков и т.п. Нередко установка пункта коммерческого учета включается в Технические условия, которые выдают сети на подключение. Поэтому новый абонент обязан приобретать и устанавливать ПКУ.

Кроме того, устройство может быть установлено на уже действующую отпайку, где граница балансовой принадлежности проходит по высокой стороне, однако по причине отсутствия оборудования такого типа учет осуществляется по стороне 0,4 кВ. Это приводит к необходимости расчета потерь в линиях электропередач и трансформаторных подстанциях от стороны 0,4 кВ до границы балансовой принадлежности.

Существует еще один вариант установки пункта коммерческого учета электроэнергии – на отпайке, когда граница балансовой принадлежности проходит по стороне 0,4 кВ. В таких случаях ПКУ устанавливается в рамках борьбы с энерговоровством. По оценкам экспертов, потери от хищений электричества составляют порядка 30-40% от общего количества коммерческих потерь электроэнергии.

Следует отметить, что в данном случае установка ПКУ возможна только при наличии согласия абонента, поскольку он имеет право отказаться от проведения коммерческих расчетов за пределами границы балансовой принадлежности. Однако, как показывает практика, у энергетиков не возникает существенных проблем с подписанием договоров о ведении высоковольтного учета электроэнергии.

Если же абонент оказывается от заключения такого договора, сетевая компания может установить ПКУ и использовать его в качестве контролирующего инструмента. Известны случаи, когда после установки пункта учета и извещения абонента о выполненных действиях случаи хищения электричества прекратились. В данном случае наличие ПКУ играет роль средства психологического давления на недобросовестных потребителей.

Внешне пункт коммерческого учета электроэнергии выглядит как сборно-сваренный блок. Корпус изготавливается из прочного металла. На его поверхность наносится антикоррозийное покрытие, защищающее устройство от неблагоприятного влияния окружающей среды и продляющее срок эксплуатации оборудования.

Для дополнительной прочности все элементы блока крепятся методом сварки. Боковые стенки устройства оснащены проушинами, обеспечивающими удобство монтажа. Крышка устройства скатная. Уклон поверхности не задерживает снег, а также способствует стоку талых и ливневых вод.

Для подключения блока к высоковольтной ЛЭП в него встроены проходные изоляторы. Корпус оснащен стальной дверцей с центральным замком. Герметичность конструкции обеспечивает резиновая вставка, защищающая ПКУ от проникновения влаги и пыли. С целью безопасности на нижней стороне блока установлена система заземления, прикрепленная с помощью бобышки.

В список функциональных возможностей ПКУ входят:

• Измерение, хранение и передача данных о количестве потребленной активной и реактивной электроэнергии;
• Многотарифный учет электричества;
• Учет реактивной энергии в прямом и обратном направлении;
• Учет потерь в линии электропередачи;
• Мониторинг основных параметров сети;
• Отключение абонента в случае превышения установленных лимитов;
• Способность самостоятельно обнаруживать, регистрировать, анализировать ошибки и отказы, а также хранить журнал событий.

Набор опций определяется возможностями оборудования, установленного в шкафу учета (ШУ), например, прибора учета электрической энергии и аппаратуры связи (которые могут быть объединены в одном устройстве).

По запросу заказчика некоторые производители доукомплектовывают пункт коммерческого учета коммутационными устройствами, ограничителями перенапряжений, линейным разъединителем, средствами обогрева ШУ от линии электропередачи и дополнительным программным обеспечением с возможностью сопряжения с АСКУЭ.

Точность измерений зависит от количества трансформаторов тока (ТТ) и трансформаторов напряжения (ТН), установленных в высоковольтном модуле (ВМ), а также от их класса точности (0,2, 0,2s, 0,5 и 0,5s).

Большинство моделей ПКУ, представленных на рынке электротехники, продаются с маркировкой У1, которая обозначает, что изделие предназначено для эксплуатации в районах с умеренным климатом с размещением на открытом воздухе при температурах в диапазоне от -45 °С до +45 °С.

Однако в некоторых случаях потребителям необходимы устройства с климатическим исполнением УХЛ1, которому соответствует нижняя граница рабочих температур -65 °С. Для обеспечения работоспособности аппаратуры при столь низких температурных показателях необходим обогрев ШУ.

Измерительные трансформаторы напряжения для обогрева шкафа учета использовать невозможно, поскольку это повлечет за собой существенное снижение точности учета электричества. Поэтому производитель вынужден искать независимый источник энергии.

Если ПКУ располагается недалеко от трансформаторной подстанции с напряжением 0,4 кВ, то вопрос с обогревом решается достаточно быстро и не требует серьезных капиталовложений. Для этого потребуется лишь установка нагревательного термоэлемента и датчика температуры.

Однако в большинстве случаев пункт коммерческого учета располагается на границе балансовой принадлежности сетей – практически в чистом поле. В этом случае вопрос с обогревом ШУ решается за счет установки трансформатора собственных нужд, что более затратно.

Условное обозначение ПКУ. Например, ПКУ-10-30-0,5 2ТТ-3ТН У1, обозначает:

• ПКУ – пункт коммерческого учета;
• 10 – номинальное напряжение, кВ;
• 30 – номинальный ток трансформаторов тока, А;
• 0,5 – номинальный ток трансформаторов тока, А;
• 2ТТ-3ТН – схема подключения прибора учёта электрической энергии;
• У1 – климатическое исполнение.

Комплектные трансформаторные подстанции

Комплектные трансформаторные подстанции (КТП) предназначены для приема переменного трехфазного тока 6-10 кВ частотой 50-60 Гц и его преобразования до потребительского уровня с дальнейшим распределением по сети в бытовых и промышленных зонах. В функции КТП входит также защита от КЗ и чрезмерных нагрузок.

Такие устройства различной мощности чаще всего используются в сельском хозяйстве, их устанавливают в небольших населенных пунктах и на территории производственных предприятий, расположенных в местности с умеренным и умеренно-холодным климатом.

Корпус КТП изготавливается из бетона или металла с антикоррозионным покрытием. Безопасность электроустановок обеспечивает молниезащита, а также встроенные системы заземления и пожаротушения. Внутреннее наполнение агрегатов зависит от того, где и с какой целью их будут использовать.

В базовую комплектацию КТП входят:

• Силовой трансформатор (СТ) (масляный или сухой);
• Распределительное устройство высшего напряжения (РУВН);
• Распределительное устройство низкого напряжения (РУНН);
• Соединительные механизмы.

Одним из наиболее важных элементов трансформаторной подстанции является трансформатор. При использовании масляных моделей применяется нормальная изоляция. В случае с сухими трансформаторами – облегченная.

На рынке представлены модели, конструкция которых дополнена различными воздушными и кабельными высоковольтными линиями ввода либо вывода, а на всех отходящих линиях установлены автоматические выключатели или рубильники с предохранителями.

По желанию заказчика КТП может быть укомплектована дополнительными опциями:

• Рабочее освещение;
• Аварийное освещение;
• Отопление;
• Кондиционирование;
• Вентиляция;
• Противопожарная сигнализация;
• Система пожаротушения;
• Устройства дистанционного контроля и управления.

КТП классифицируются по нескольким критериям:

• По способу изготовления (сварные, сборные и сборно-сварные);
• По способу подключения к высоковольтным линиям электропередачи (тупиковые, которые подсоединяются к одной ЛЭП высокого напряжения и проходные, подсоединяемые к двум линиям);

• По количеству установленных трансформаторов (одно-, двухтрансформаторные или с большим числом трансформаторов);
• По материалам каркаса (металлические, каркасные с трансформатором из металла, железобетонные конструкции из блоков);
• По типу конструкции (мачтового типа, киосковые, внутрицеховые, столбового типа и «Сэндвич» – утепленный вариант, предназначенный для эксплуатации в северных регионах со сложными климатическими условиями);
• По месту размещения (отдельно стоящие, встроенные и пристроенные, которые примыкают к зданию снаружи);
• По типу силового трансформатора (с масляным трансформатором, с герметичным масляным трансформатором, с герметичным трансформатором с негорючим жидким диэлектриком, с сухим трансформатором, с сухим трансформатором с литой изоляцией);
• По способу выполнения нейтрали трансформатора на стороне НН (глухозаземленная, изолированная);
• По наличию изоляции шин в РУ (неизолированные, изолированные);
• По выполнению высоковольтного ввода (кабельный снизу, воздушный сверху);
• По выполнению выводов в РУНН (кабельный снизу, воздушный сверху);
• По степени защиты (не ниже IP31);
• По типу обслуживания (с коридором, без коридора);
• По способу установки автоматических выключателей (с выдвижным или со стационарным выключателем).

Как правило, трансформаторные подстанции изготовляют на заводах и доставляют на место установки в виде отдельных блоков и или в полностью собранном виде.

Пункты автоматического регулирования напряжения

Пункты автоматического регулирования напряжения (ПАРН) используется для регулирования напряжения сетей с любым способом заземления нейтрали трехфазного переменного тока с частотой 50 Гц и номинальным напряжением 6-10 кВ.

Электроустановки этого типа используются как при новом строительстве, так и во время модернизации уже действующих электрических сетей для увеличения пропускной способности линий.

Кроме того, с их помощью обеспечиваются заданные уровни напряжения в существующих сетях, еще не отработавших свой нормативный срок, которые из-за возросшего энергопотребления не справляются с поставленной задачей. Установка ПАРН дает возможность существенно улучшить качество энергоснабжения потребителей.

Функционал пунктов автоматического регулирования напряжения включает в себя следующие опции:

• Автоматическое повышение или понижение напряжения на ЛЭП в критических точках падения или подъема напряжения;
• Автоматическое поддерживание уровня напряжения в заданном диапазоне по всей длине линии при прямом и обратном направлении потока мощности (в условиях реверсивного режима) на ВЛ и КЛ, по которым осуществляется питание потребителей, задействованных во всех сферах энергетики;
• Прием электроэнергии переменного напряжения от источников и передача ее абонентам, в том числе на большие расстояния.

В качестве примера можно привести ПАРН серии ВДТ/VR32. В его конструкцию входят:

• Вольтодобавочные трансформаторы (ВДТ);
• Низковольтные шкафы контроля и управления;
• Ограничители перенапряжения (ОПН);
• Разъединители;
• Комплект устройств для монтажа.

Полный объем поставки позволяет существенно сократить сроки установки ПАРН и ускорить пуск агрегата в работу.

ВДТ может быть изготовлен на базе однофазного масляного трансформатора наружной установки, содержащего общую и последовательную обмотки. Функцию регулировки под нагрузкой выполняет переключатель ступеней в диапазоне ±10%. В конструкцию ВДТ входят измерительные трансформаторы тока и напряжения.

Работу переключателя ступеней координирует микропроцессорное устройство контроля и управления, установленное в отдельном шкафу управления (ШУ). ШУ прикрепляется к корпусу ВДТ или монтируется на той же опоре. Связь ВДТ и ШУ обеспечивается с помощью кабеля, длина которого не превышает 9 метров.

Разъединители обеспечивают:

• Непрерывность электроснабжения в момент проведения ремонтных или профилактических работ с элементами ПАРН;
• Видимый разрыв для выполнения безопасных методов работы персоналом.

ПАРН серии ВДТ/VR-32 соответствует требованиям ТУ 3414-004-77336621-2006, что подтверждается сертификатом, действительным на всей территории России.

На территории РФ есть несколько сейсмически активных зон. В первую очередь, это вулканические регионы на Дальнем Востоке – Курилы, Сахалин и Камчатка, а также юг Сибири, Северный Кавказ и черноморское побережье.

При выборе оборудования, предназначенного для установки на промышленных объектах в таких зонах, предъявляются высокие требования к его сейсмостойкости. В начале 2022 года ПАРН напряжением 6-35 кВ мощностью от 500 до 12 500 кВа успешно прошли комплекс испытаний на способность противостоять сейсмическим воздействиям, сохраняя при этом свои эксплуатационные характеристики.

Испытания проводились в соответствии с такими нормативными документами:

• ГОСТ 30546.1-98 «Общие требования к машинам, приборам и другим техническим изделиям и методы расчета их сложных конструкций в части сейсмостойкости»;
• ГОСТ 30546.2-98 «Испытания на сейсмостойкость машин, приборов и других технических изделий. Общие положения и методы испытаний»;
• ГОСТ 30546.3-98 «Методы определения сейсмостойкости машин, приборов и других технических изделий, установленных на месте эксплуатации, при их аттестации и сертификации на сейсмическую безопасность».

Результаты исследований показали, что пункты автоматического регулирования напряжения способны выдерживать воздействие сейсмической нагрузки интенсивностью землетрясения 9 баллов по шкале MSK-64. Заключение комиссии отражено в протоколе аттестации и подтверждено сертификатом соответствия РОСС RU.04РИД0.ОСП01.С00891. Срок действия документа – три года.

Первая партия ПАРН, соответствующих стандарту сейсмостойкости по ГОСТу, отправится в Сахалинскую область. Электрооборудование, изготовленное в рамках реализации проекта строительства приемо-сдаточного пункта «Сахалин-1», будет установлено на ЛЭП напряжением 35 кВ Т523 «Оп1//1Монги-ПС35/6 №9 Вал».

Панели распределительных щитов

Панели распределительных щитов ЩО70 и ЩО91 входят в список обязательных элементов, которые используются при комплектации распределительных устройств напряжением 380/220 В переменного тока частотой 50 Гц с глухозаземлённой или изолированной нейтралью.

Распределительные щиты (РЩ) применяются для приема, передачи и распределения электроэнергии, защиты от КЗ, а также для предотвращения перегрузок. Могут быть использованы в электропомещениях производственных, административных, общественных зданий, промышленных объектов и объектов гражданского строительства.

Следует учитывать, что эти устройства не предназначены для установки во взрывоопасных средах, запыленных помещениях и условиях, предусматривающих разрушающую вибрацию и воздействие агрессивных веществ.

Щиты представляют собой сварную металлическую конструкцию каркасного типа с установленной в ней коммутационно-защитной аппаратурой. Оперативное обслуживание производится с лицевой стороны. Для этого предусмотрена дверь, запираемая на замок. Размещаются в электрощитовых помещениях с температурой окружающей среды от -40 °С до +35 °С.

Панели ЩО-70-1 используются для комплектования распределительных щитов мощностью до 630 кВА. Панели ЩО-70-2, ЩО-70-3, ЩО-91 предназначены для установки в щитах мощностью свыше 630 кВА.

В зависимости от назначения, панели распределительных щитов бывают нескольких видов:

• Вводные панели необходимы для создания и поддержания условий безопасной эксплуатации электрических сетей на объектах разного назначения. Конструкция панелей предусматривает шинные и кабельные варианты ввода. Кроме того, по желанию заказчика, некоторые производители оснащают устройства приборами учета активной и реактивной энергии.

Панели с автоматическими выключателями оборудуются разъединителями, которые устанавливаются между таким выключателем и сборными шинами. Трансформаторы тока располагаются между выключателем и разъединителем, что что обеспечивает удобство обслуживания.

Между вводом и автоматическим выключателем разъединяющих устройств нет, поскольку во время проведения ремонтных работ на выключателе силовой трансформатор может быть отключен со стороны высшего напряжения.

• Линейные панели устанавливаются в распределительных устройствах бытового назначения, объектов жилищно-коммунального хозяйства и городских электросистемах. Панели обеспечивают высокую прочность и надежность закрываемого корпуса. Они просты и удобны в монтаже, отличаются высоким уровнем безопасности в процессе эксплуатации.

В конструкцию линейных панелей входят стационарные или выкатные автоматические выключатели и пополюсные разъединители, обеспечивающие безопасное отключение щита для проверки технического состояния электрооборудования. Кроме того, в них могут устанавливаться предохранители с рубильниками или планочные выключатели.

Линейные панели способны обеспечивать прочность и надежность закрываемого корпуса. При условии правильного монтажа панель не прогибается, не провисает и не играет. Антикоррозионное покрытие способствует увеличению срока службы и обеспечивает надежную защиту от внешних воздействий.

• Секционные панели используются для разделения вводов в распределительных устройствах двухтрансформаторных подстанций в тех случаях, когда каждая из секций «питается» от отдельного трансформатора или ввода.

Для управления секционные панели могут быть оснащены автоматическими выключателями или специальными рубильниками с рычажным приводом, расположенным с фасадной стороны панелей. В устройствах с автоматическим выключателем разъединители устанавливаются с обеих сторон такого выключателя.

На рубильниках выполняются панели на токи 600 и 1000 А. На автоматических выключателях с электродвигательным приводом монтируются панели на токи 400, 1000 и 1500 А.

• Панели вводно-линейные оснащаются аппаратурой ввода и распределения электроэнергии, средствами защиты и измерительными приборами. На вводе устанавливаются рубильники на 600 А с предохранителями или на 1000 А без предохранительных механизмов. Отходящие линии оборудуются рубильниками на токи 100, 250 и 400 А.
• Панели вводно-секционные оборудованы аппаратурой вводов и средствами их секционирования. Функцию вводных аппаратов выполняют рубильники на 600 А с предохранителями или на 1000 А без предохранителей. В качестве секционного устройства используется рубильник на токи 400 и 600 А.
• Панели с аппаратурой АВР устанавливаются на двухтрансформаторных подстанциях в условиях, когда необходимо предусмотреть выполнение автоматического переключения питания с одного ввода на другой (например, при резком снижении напряжения). Оборудование этого типа обеспечивает I категорию надёжности потребителя. Эксперты рекомендуют устанавливать панели с аппаратурой АВР между вводной и секционной панелями РУ.
• Панели диспетчерского управления уличным освещением поставляются в комплекте со средствами защиты и устройствами управления осветительными линиями. Панели следует устанавливать крайними в ряду РУ и подавать на них питание.
• Панели для приводов к разъединителям, установленным на стене, комплектуются вольтметром и тремя амперметрами. Дополнительно, по желанию заказчика, на панель могут быть установлены приводы ПР-10 и ПР-3.
• Панели торцевые предназначены для укомплектования секций с торцов. Эти элементы закрывают боковые части распределительных щитов.
• Щитки учета крепятся к стене помещения, представляют собой металлический щит с местом для установки счётчиков активной и реактивной энергии.

Структура условного обозначения. Например, ЩО-ХХ-Х-ХУЗ:

• ЩО – распределительный щит одностороннего обслуживания;
• ХХ – год разработки (70, 91);
• Х – электродинамическая стойкость указывается только для серии ЩО 70 (1 – 30 кА, 2 – 50 кА);
• Х – номер схемы;
• УЗ – климатическое исполнение и категория размещения.

Шкафы распределительные низкого напряжения

Шкафы распределительные низкого напряжения (ШРНН) предназначены для комплектования РУ напряжением 380/220 В переменного тока частотой 50 Гц с глухозаземленной нейтралью.

Устройства устанавливаются в специальных электропомещениях, могут быть использованы для укомплектования трансформаторных подстанций и РУ в качестве главных распределительных щитов.

ШРНН представляет собой каркасную конструкцию, собранную из металлических узлов и профилей с использованием болтовых соединений. Безопасную эксплуатацию шкафа обеспечивает защитная панель, изготовленная из листового материала.

         Наличие специальных прозрачных окошек позволяет контролировать положение контактов вводных и секционных выключателей нагрузки. Особенности конструкции шкафа обеспечивают возможность:

• наложения заземляющей перемычки на сборные шины с блокировкой включения вводного выключателя;
• при проведении монтажных и отладочных работ разводить и подключать питающие кабели, а в процессе эксплуатации ШРНН проводить работы на каждом конкретном фидере без необходимости отключения всей секции.

Конструктивно модульный шкаф разделен на три части:

• отсек средств коммутации;
• отсек сборных шин;
• отсек подключения отходящих линий.

Подключение вводных и отходящих линий может быть выполнено при помощи кабеля, шинного моста и шинопровода. По исполнению шкафы могут быть одностороннего и двухстороннего обслуживания.

Конструкции, схемы и разнообразная комплектация ШРНН предоставляет возможность проектирования любых РУ разной конфигурации.

Устройства с выдвижными модулями также используются для ввода и последующего распределения электроэнергии. Их функционал позволяет реализовать функцию защиты, управления потребителями и электродвигателями, установленными на объектах промышленности, инфраструктуры и сферы обслуживания.

В зависимости от исполнения в шкаф может содержать коммутационные и светосигнальные устройства, защитные аппараты, аппаратуру автоматического включения резерва (АВР). Количество таких элементов зависит от количества секций сборных шин.

Модульная конструкция шкафа позволяет реализовать множество схемных решений и разместить в одном ШРНН различные функциональные блоки. Например, блоки ввода и секционирования. Также одновременно могут быть установлены унифицированные модули и модули свободного проектирования стационарного и выдвижного исполнений.

Высокая степень секционирования и ряд конструктивных особенностей позволяют предотвратить возникновение электрической дуги. В случае, если дуга всё же возникает, она локализуется в месте появления, а негативные последствия от этого явления оказываются минимальными. Вместе с тем обеспечивается максимальная безопасность персонала.

Использование выдвижных модулей с установленной внутри них защитной, коммутационной и вспомогательной аппаратурой (автоматическим выключателем, контактором, трансформатором тока, различными реле и др.) для управления электрическими двигателями позволяет обеспечивать непрерывное электроснабжение оборудования.

Замена выдвижных элементов конструкции шкафа, а также установка модулей других типоразмеров и номиналов в рамках реконфигурации возможны без отключения питания с секции НКУ. Все работы проводятся в максимально сжатые сроки.

Управление автоматическими выключателями может быть ручным (непосредственно внутри шкафа), ручным, когда рукоятка выносится на дверь, и с помощью моторного (электромагнитного) привода.

В ШРНН могут быть установлены устройства защиты и управления, принимающие и обрабатывающие сигналы управления от внешних устройств, а также аппаратура учета, измерения и телемеханики.

Компактные размеры, легкость проектирования на базе стандартных габаритных размеров, простота модификации, сборки и технического обслуживания, высокая степень надежности делает низковольтные комплектные устройства эффективным решением с обширным потенциалом применения.

Шкафы учета электроэнергии наружной установки 

Шкаф учета электроэнергии (ШУЭ) наружной установки – это узел выносной системы, который предназначен для приема, распределения и учета электричества в жилых домах, общественных и производственных зданиях.

Кроме того, функционал шкафа обеспечивает защиту сети от КЗ, перегрузок, пробоев цепей на выходе и других ситуаций, которые могут возникнуть из-за нарушений в работе системы.

Эта функция заложена в оборудование с целью соблюдения пожарной безопасности, поскольку ошибки при прокладке проводки и размещении оборудования нередко становятся причиной возгорания, которое может привести к катастрофически последствиям.

Устройство монтируется на железобетонных опорах воздушных линий класса напряжения 0,4 кВ, отдельностоящих стойках, а также на наружных стенах надземных строительных сооружений. Крепление на столб осуществляется при помощи металлических скоб с сохранением герметичности корпуса.

Бескаркасный корпус ШУЭ изготавливается из листовой стали толщиной 2-3 мм или из прочного пластика, устойчивого к механическим повреждениям. Он оснащен дверцей, открывающейся наружу, которая запирается нестандартным замком.

Для наружной установки следует выбирать шкафы со степенью защиты корпуса не ниже IP54. Наличие уплотнителя надёжно защищает оборудование от атмосферных осадков.

Конструкция некоторых моделей предусматривает наличие уплотнённого смотрового окошка для снятия показаний с приборов учета и защитной панелью с возможностью пломбировки.

ШУЭ комплектуются одно- или трехфазными приборами учёта с выводом подключений в верхней или нижней части шкафа (тип вывода зависит от специфики модели), выключателем-разъединителем и автоматом защиты от сверхтоков для каждого потребителя.

В случае необходимости современные счетчики можно снимать, устанавливать защитные пломбы и осуществлять замену вышедшего из строя оборудования.  

Структура условного обозначения. Например, ШУЭ-Х Х-Х У1:

• ШУЭ – шкаф учета электроэнергии наружной установки;
• Х – количество однофазных приборов учета (0, 1, 2);
• Х – количество трехфазных счётчиков (0, 1, 2);
• Х – способ установки шкафа (1 – на железобетонной опоре, 2 – на выносной стойке, 3 – на внешней стене здания или сооружения);
• У1 – климатическое исполнение.

Устройства контроля напряжения

Устройства контроля напряжения (УКН) – это приборы, которые отслеживают уровень напряжения в сети и не допускают перегрузку работающего электрооборудования при излишне высоких или слишком низких показателях.

Реле контроля напряжения используется для защиты электроустановок, подключенных к одно- или трехфазной сети, при возникновении аварийной ситуации в жилых помещениях, общественных заведениях, на заводах и фабриках.

УКН устанавливаются, если:

5. Существует высокая вероятность обрыва ЛЭП, когда линейный провод попадает на провод нейтрали, и линейное напряжение достигает отметки в 380 В вместо стандартных 220 В;
5. Объект расположен на большом расстоянии от трансформаторной подстанции, из-за чего напряжение, по мере распределения, может существенно снизиться;
5. Подключается мощный кабель, который приводит к перекосу трехфазной системы распределения.

Реле контроля оснащено микроконтроллером и электромагнитным реле. В тот момент, когда микроконтроллер фиксирует отклонение напряжения от нормативного показателя, срабатывает электромагнитное реле, и всё электрооборудование отключается. При нормализации напряжения подаётся сигнал на включение и приборы начинают работать.

Устройства контроля напряжения от стабилизаторов отличаются тем, что при отклонении напряжения от нормы они отключают внешнюю питающую сеть от внутренней (при этом отключая всё электрооборудование, которое к ней подключено), в то время как функция стабилизатора состоит лишь в регулировке напряжения.

Существует несколько видов устройств контроля напряжения:

• Трехфазное. Это реле подходит для большинства потребителей электроэнергии. Оно является элементом схем управления питанием и схем автоматического ввода резерва.

На рынке представлен обширный ассортимент устройств контроля напряжения, которые имеют различные конструктивные особенности и набор опций. Однако принцип их работы одинаков.

При изменении величины напряжения на одном проводнике под воздействием контроллера автоматически включается реле электромагнитного действия. Контакты устройства размыкаются, и подача питания в линию прекращается. После нормализации напряжения подача тока по цепи возобновляется автоматически;

• Автономное. Работает от розетки. Минимальный порог срабатывания составляет 160-210 В, максимальный – 230-280 В. Время повторного срабатывания колеблется в пределах от 5 до 250 секунд;
• Однофазное. Устройство устанавливается в распределительном щите на DIN-рейку и обеспечивает защиту всего объекта. При нагрузке до 3,5 кВт реле может самостоятельно прекращать питание, а при нагрузке более 3,5 кВт необходим магнитный пускатель;
• Автоматическое. Основным компонентом таких устройств является универсальное электронное реле максимального и минимального напряжения, предназначенное для контроля допустимой величины напряжения.

Установки срабатывания по напряжению и время сработки при достижении граничных значений устанавливаются заводом-изготовителем. Как правило, минимальный порог составляет 165-175 В, максимальное значение достигает 260-270 В, время срабатывания – 1-6 секунд.

При включении питания нагрузка включается с задержкой времени, равной времени повторного включения – 2-3 минуты (заводская настройка). Реле оснащено двухцветной световой индикацией, информирующей о наличии напряжения на входе. Зеленое свечение светодиода сигнализирует о допустимом напряжении. При выходе показателей напряжения за допустимые пределы устройство срабатывает, нагрузка отключается, а светоизлучающий диод переключается на красный цвет.

Монтаж реле производится на DIN-рейку, однако схема подключения может отличаться.

         Преимущества устройств контроля напряжения:

• Компактность. За счет небольших габаритных размеров и малого веса для установки реле требуется минимум места;
• Простота контроля. Световая индикация показывает напряжение в сети, состояние нагрузки и вид возникшего сбоя;
• Удобное управление. Регулировочные потенциометры, переключатели на лицевой панели и понятное меню минимизируют риски, связанные с влиянием человеческого фактора;
• Широкий диапазон рабочих температур позволяет устанавливать реле как внутри, так и снаружи помещений;
• Обширный ассортимент устройств, которые отличаются по набору опций и стоимости;
• Предотвращение выхода из строя дорогостоящего электрооборудования;
• Лёгкость монтажа.

Главный распределительный щит

Главный распределительный щит (ГРЩ) – низковольтное комплектное устройство, содержащее набор аппаратуры, предназначенной для обеспечения ввода электроэнергии в здание, ее распределения по основным группам потребителей, учета электричества, защиты входной сети от перегрузок и токов КЗ.

Функцию ГРЩ могут выполнять как сами распределительные щиты, так и вводно-распределительные панели (ВРУ) или распределительные щиты центров питания. В зависимости от назначения ГРЩ производятся в навесном и напольном исполнении.

Кроме того, в линейках ведущих производителей представлены щиты, состоящие из модульных блочных шкафов, где каждая секция оснащена своей защитной панелью и дверцей. Такое оборудование поставляется блоками, а сборка и монтаж ГРЩ осуществляются непосредственно на месте установки и будущей эксплуатации.

Степень защиты корпуса колеблется в пределах от IP20 (для размещения в сухих щитовых помещениях) до IP65 (для установки в сырых подвалах). Главные распределительные щиты различаются по зонам обслуживания:

• модели с односторонним обслуживанием;
• устройства с двухсторонним обслуживанием.

ГРЩ имеют основные и резервные вводы питания. Основные вводы запитаны от трансформаторных подстанций. Выбор вариантов резервных вводов более разнообразен. Функцию резервного источника питания могут выполнять трансформаторные подстанции, бензиновые, дизельные или газовые генераторы, солнечные панели и ветряки.

В нормальном режиме группы потребителей ГРЩ получают электроэнергию каждый от своего ввода. Как правило, питание поступает от трансформаторной подстанции. Однако каждая группа этих потребителей может подключаться сразу к нескольким резервным вводам питания ГРЩ (на случай отключения собственного основного питания). Такое подключение может осуществляться как вручную, так и автоматически путем АВР.

Схемы главных распределительных щитов отличаются большим разнообразием. Они зависят от наличия АВР, приборов учета электроэнергии, количества вводов и отходящих линий. Однако все они состоят из вводных рубильников, устройств защиты входной сети и отходящих линий.

В схеме ГРЩ с двумя и большим количеством вводов используются:

• вводные шкафы и панели, которые состоят из вводных рубильников, предохранителей или автоматических выключателей;
• приборы учета электрической энергии;
• анализаторы сети;
• секционные шкафы;
• панели АВР.

Устройство АВР должно быть оснащено реверсивной механической блокировкой, которая необходима для предотвращения замыкания двух вводов на себя, и линейными шкафами, обеспечивающими распределение электричества между потребителями. Линейные шкафы ГРЩ состоят из автоматических выключателей или комбинированных рубильников под предохранители.

Эксперты рекомендуют закладывать в схемы главных распределительных щитов запас по мощности с учетом возможности дальнейшего развития инфраструктуры здания.

Электрораспределительные устройства на промышленных предприятиях

Полноценное функционирование промышленного предприятия сложно представить без силовых распределительных электрощитов. Можно без преувеличения сказать, что вводное РУ – это сердце объекта, которое отвечает за распределение электрической энергии для обеспечения заданного режима работы и надежности электрооборудования: станков, насосов, вентиляционных систем, нагревательных устройств, осветительных установок и др. При этом важна безопасность потребления электроэнергии, как для здоровья человека, так и для сохранения целостности оборудования.

         Процесс установки РУ на предприятиях осуществляется в несколько этапов:

• Строительство основного здания с выделением помещения, предназначенного для щитовой;
• Возведение внутренних стен с перекрытий с учетом закладных;
• Обустройство помещения. На этом этапе осуществляется монтаж и установка осветительного оборудования, монтируются электроустановочные изделия, электрощиты, системы вентилирования и кондиционирования щитовой;
• Проведение электромонтажных работ в основном здании с прокладкой кабельных каналов до помещения, выделенного под щитовую;
• Выполнение пусконаладочных работ.

Применение мобильных щитовых закрытого типа дает возможность существенно сократить объем работ по установке и наладке РУ, исключая необходимость реализации нескольких производственных этапов.

Кроме того, мобильные закрытые распределительные устройства (МЗРУ) могут быть использованы для оперативной замены оборудования РУ действующего питающего центра на период проведения ремонтных работ с целью обеспечения электроснабжения потребителей по временной схеме.

МЗРУ нашли применение в системах электроснабжения объектов агропромышленного комплекса, нефтяной, газовой и горнорудной промышленности. Мобильные устройства устанавливаются в местах, где требуется передвижное решение, способное быстро реконфигурироваться в соответствии с нуждами проекта. Они проходят предварительную пуско-наладку на заводе и могут быть запущены в работу в течение нескольких часов.

Конструкция мобильного модуля 10(6) кВт состоит из нескольких элементов:

• Блок контейнер;
• КРУ;
• Трансформатор собственных нужд;
• Шкаф собственных нужд переменного тока;
• Система обеспечения собственных нужд, укомплектованная компактным аккумулятором и подзарядным устройством;
• Клеммный шкаф с возможностью подключения внешних устройств РЗА и средств телесигнализации;
• Пожарно-охранная сигнализация.

В соответствии с требованиями технического задания мобильные РУ могут быть укомплектованы электроустановочными изделиями, различными устройствами релейной защиты и автоматики. Перевозка устройств контейнерного типа более безопасна, при этом оборудование надёжно защищено от механических повреждений, проникновения пыли и влаги.

Инновации в действии

В последние годы одной из новаторских технологий, что уже нашли применение в сетях, стали автоматизированные системы управления распределением электроэнергии. Их функционал позволяет одному диспетчеру осуществлять мониторинг и управление всем первичным оборудованием сети.

Автоматизированная система диспетчерского управления электроснабжением (АСДУЭ) – это иерархическая система, в рамках которой возможно решение нескольких задач:

• Автоматическое и автоматизированное управление режимами работы подстанций;
• Обеспечение надежного и эффективного управления сетью благодаря использованию микропроцессорных устройств;
• Осуществление онлайн-мониторинга работы электрооборудования в нормальном режиме и при аварийных событиях;
• Повышение уровня автоматизации оперативного управления электротехническим оборудованием за счет использования алгоритмов дистанционного управления, блокировки, анализа событий, составления оперативной документации и т. п.;
• Сокращение численности дежурного персонала в помещениях питающих центров в процессе ведения нормального режима и выполнения оперативных переключений;
• Снижение затрат, связанных с эксплуатационным обслуживанием электротехнического оборудования.

Структура АСДУЭ строится по принципу многоуровневой распределенной системы с человеко-машинным интерфейсом, работающей в режиме реального времени. Система оснащена средствами управления, сбора, обработки, отображения, регистрации, передачи информации и хранения полученных данных. Основные функции:

• Мониторинг ситуации, сбор информации, отображение параметров выработки и распределения электроэнергии;
• Контроль состояния электрооборудования;
• Дистанционное, автоматизированное, оперативное управление схемой и режимом работы присоединений различных классов напряжения с рабочего места диспетчера в нормальных, критических и аварийных ситуациях;
• Обеспечение ввода/вывода в резерв, оптимального использования резервов, балансировки режимов и их синхронизации для параллельной работы;
• Возможность автоматической блокировки управления коммутационной аппаратурой с целью исключения запрещенных режимов работы сети;
• Возможность управления нагрузкой, что позволяет обеспечивать баланс между выработкой и потреблением активной мощности;
• Формирование сигналов, информирующих о блокировке включения потребителей на основании расчета допустимого резерва по активной и реактивной мощности;
• Возможность управления аппаратурой автоматического управления регулированием напряжения под нагрузкой (РПН) силовых трансформаторов. Эта опция позволяет обеспечивать необходимый уровень напряжения у потребителей;
• Использование современных протоколов передачи данных;
• Формирование отчетов на основании анализа собранной информации, предоставление различных отчетных форм за требуемый промежуток времени.

В своей работе АСДУЭ тесно связаны с другим смежным оборудованием, от которого они получают дополнительную информацию, способствующую созданию максимально полной картины состояния электросетевого комплекса.

Примером такой интеграции могут служить системы телемеханики и SKADA, установленные на подстанциях. Кроме того, следует вспомнить и геоинформационные технологии, которые способствуют графической визуализации пространственных данных и позволяют привязать электрические сети к реальной местности.

Функционал современных центров управления сетями (ЦУС) достаточно обширный, что предъявляет дополнительные требования к сложности и надёжности автоматизированных систем. Кроме того, это способствует появлению целого класса аналитических систем, предназначенных для обработки массивов технологической информации и использования этих данных в организации эффективных бизнес-процессов сетевых компаний.

Еще одним направлением повышения эффективности работы электрических сетей является увеличение надежности кабельных линий, питающих распределительные пункты и потребителей. Для этого применяются кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена, что обеспечивает более легкие условия монтажа, устойчивость изоляции, долговечность, а значит, и повышенную надежность электроснабжения.

Сегодня большое внимание уделяется повышению компактности распределительных устройств и трансформаторных подстанций. Например, уменьшению ширины ячеек 6-10-20-35 кВ способствует вертикальное размещение выключателей или применение элегазовой изоляции вместо воздушной.

Элегаз. Перспективы применения в России

В последнее время у элегаза появилось немало противников, которые призывают участников рынка к постепенному переходу на использование безэлегазовых комплектных распределительных устройств.

В чем причина таких настроений, ведь гексафторид серы (SF₆), или так называемый элегаз, уже много лет применяется в качестве изолятора в КРУЭ? По сравнению с распределительными устройствами обычного типа эти аппараты меньше по размеру, они более устойчивы к негативному воздействию окружающей среды и характеризуются высокой эксплуатационной надежностью.

Свое название этот бесцветный, негорючий газ без вкуса и запаха получил благодаря высоким электроизолирующим и дугогасящим свойствам, а также высокому напряжению пробоя. Начальная стоимость решений с его использованием ниже, а сам элегаз российский ГОСТ относит к категории малоопасных веществ.

На первый взгляд, электрический газ – это практически идеальное вещество для производства изоляции. Но, несмотря на ряд достоинств, у него есть и существенные недостатки. Например,

• под действием электрической дуги гексафторид серы способен образовывать активные и токсичные газообразные соединения;
• если в процессе транспортировки или эксплуатации нарушается герметичность среды, и в заполненную элегазом камеру попадает кислород или водяной пар, могут образоваться агрессивные соединения фтороводородов, плавиковая кислота и другие высокотоксичные продукты;
• если говорить о парниковом эффекте, то элегаз значительно опаснее пресловутого диоксида углерода (СО₂). Он обладает необычайно длительным «сроком жизни» и может сохраняться в атмосфере на протяжении 3 тыс. лет. Вред от выброса 1 тонны гексафторида серы сопоставим с эффектом от выброса 32 500 тонн двуокиси углерода, поэтому некоторые страны, уделяющие большое внимание вопросам экологии и озабоченные глобальным потеплением, постепенно запрещают применение элегаза;
• существует еще одна проблема, связанная с вредными соединениями SF₆. Речь идет об утилизации устройств, отработавших свой срок. Их нельзя просто так сдать в утиль, вывезти на свалку или разобрать на отдельные компоненты и переработать для повторного использования без применения специальных технологий. Необходимость «правильной» утилизации ячеек вынуждает компании выделять дополнительные средства на их переработку. А если учесть, что массового рынка утилизации элегаза в Росси нет, стоимость таких работ будет достаточно высокой.

С целью предотвращения образования агрессивных токсичных соединений элегаза с кислородом и водяным паром в современных коммутационных и распределительных устройствах устанавливаются фильтры-адсорберы, которые поглощают влагу и газообразные продукты разложения гексафторида серы. Твердые продукты деградации оседают в самих аппаратах и не оказывают негативного влияния на их работоспособность.

Элегаз отличается высокой текучестью. Это позволяет ему просачиваться через уплотнительные соединения или металлические оболочки контейнеров. Однако даже в высоковольтных устройствах, где давление в камере достигает семи атмосфер, норма годовой утечки не превышает 1%. В устройствах среднего напряжения утечек и вовсе нет.

Как показывает практика, аппаратура с элегазовой изоляцией не нуждается в частом обслуживании. В большинстве случаев герметичные контейнеры, наполненные гексафторидом серы, не вскрываются на протяжении всего срока эксплуатации, что снижает эксплуатационные расходы.

Проблем следует ожидать во время ремонта. Ремонтные работы должны проводить квалифицированные специалисты с использованием специального оборудования. Однако даже при соблюдении всех мер безопасности утечку вредных веществ предотвратить не удастся.

Случается, что из-за внутреннего КЗ на корпус возникает устойчивая электрическая дуга, которая приводит к резкому росту давления внутри контейнера, наполненного элегазом.

Когда гексафторид серы только начинали применять в энергетике, эта особенность электрического газа создавала серьезные трудности. В современных КРУ проблему удалось решить, оснастив их специальным клапаном для сброса избыточного давления и другими средствами защиты.

В большинстве случаев это позволяет предотвратить взрыв элегазовых устройств. Однако при наличии заводского брака или при неправильном подключении КРУЭ последствия могут быть катастрофическими.

Несмотря на ряд серьезных недостатков элегаза, не все предприятия готовы в одночасье отказаться от его использования. Они инвестировали средства в построение распределительных сетей на базе КРУЭ и настолько привыкли к таким технологическим решениям, что не хотят менять их. По крайней мере до того момента, пока регулятивные нормы не запретят использование элегаза.

На сегодняшний день четкая правовая база, которая регулирует и поощряет постепенный отказ от элегазовых распределительных устройств, в России отсутствует.

Еще одним препятствием для развития рынка безэлегазовых КРУ эксперты называют отсутствие «зеленого» тарифа, который бы способствовал повышению рентабельности производства электроэнергии для сетей за счет экологически чистых источников (в которых можно активно применять безэлегазовые технологии), и невыработанные алгоритмы взаимодействия с малыми поставщиками электричества.

Кроме того, в 2012 году закончился первый период действия Киотского протокола, который предусматривал сокращение выбросов парниковых газов в атмосферу в рамках борьбы с глобальным потеплением.

Тогда же был согласован второй период действия обязательств, так называемая Дохинская поправка к Киотскому протоколу. Однако на сегодняшний день она не вступила в силу, поэтому какие-либо международные соглашения, которые бы способствовали отказу от элегазового оборудования, также отсутствуют.

Некоторых от перехода на безэлегазовые технологии удерживает необходимость закупки нового оборудования, которая влечет за собой дополнительные капиталовложения. Однако в дальнейшем эти затраты могут компенсироваться сниженными расходами на эксплуатацию.

Производители уже сегодня активно занимаются разработкой альтернативных решений для изоляции токоведущих частей, но при этом они не оказываются от производства оборудования с использованием элегаза.

Примером такого решения являются вакуумные коммутационные камеры. Они более эффективны в эксплуатации, но неправильная утилизация отработавших свой срок компонентов может причинить вред окружающей среде.

Прогресс не стоит на месте. Сочетание вакуумных технологий, воздушной изоляции и современной конструкции установок с минимальным количеством деталей в коммутационном механизме позволяет добиться хороших результатов.

На рынке представлены КРУ Xiria с номинальным током сборных шин 630 А для сетей напряжением до 24 кВ. Комплектные распределительные устройства выпускаются без элегаза, в их механизме отсутствует смазка. Они не нуждаются в частом и сложном обслуживании. Утилизация всех компонентов устройства не требует применения специальных технологий и дорогостоящего оборудования.

В новом поколении КРУ Xiria твердая литая изоляция токоведущих частей изготавливается с использованием эпоксидных смол, функцию дугогасительной среды выполняет вакуум. Учитывая долгий срок службы (около 30 лет), эксплуатация такого оборудования обходится значительно дешевле.

Во всем мире постепенно внедряются безэлегазовые технологии, которые приходят на смену традиционным КРУЭ. Первые шаги в этом направлены сделаны также и в России. В 2018 году КРУ Xiria прошли аттестацию в «Россети» для подтверждения качества, соответствия и безопасности технических устройств, предназначенных для эксплуатации на энергообъектах компании и ее дочерних организаций.

Комплектные распределительные устройства этой серии также прошли испытания на работу в условиях экстремально низких температур. Они могут применяться в северных регионах РФ, где КРУЭ использовать нельзя из-за ограничения по нижним температурам: при -30 °С происходит сжижение элегаза, его изоляционные и дугогасительные свойства снижаются.

Кроме этого, решения Xiria характеризуются гораздо большей ремонтопригодностью, чем КРУЭ, что также немаловажно для удаленных и труднодоступных регионов России.

Эксперты убеждены в том, что в РФ рано или поздно соответствующие нормативные акты всё же будут приняты и переход на безэлегазовые технологии станет обязательным.

«Сегодня у потребителей есть уникальная возможность внедрить в свои сети современное оборудование, освоить его эксплуатацию в штатном режиме и заложить прочную технологическую основу для нормальной работы и развития в будущем», – говорит генеральный директор Eaton в России Елена Миронова.

Тренды развития низковольтных распределительных устройств

Несмотря на то, что низковольтные РУ используются в электроэнергетике уже более сотни лет, их конструкция продолжительное время оставалась неизменной. Только развитие технологий в последние десятилетия позволило отыскать решения, способные повысить безопасность, которая является одной из ключевых характеристик РУ.

Распределительные устройства представляют собой источники потенциальной опасности. В них протекают высокие токи и напряжение. Кроме того, существует необходимость контакта с человеком. Разработки в сфере изоляционных материалов и использование системы секционирования позволили существенно повысить безопасность эксплуатации такого оборудования.

Однако тема безопасности распределительных устройств всё еще остается открытой, поскольку в некоторых ситуациях не исключена возможность прикосновения человека к токоведущим поверхностям шин или контактной системы. Также существует риск образования внутренней дуги в РУ, которая способна причинить серьезный вред здоровью людей и повредить оборудование.

Для повышения безопасности РУ необходимо работать над совершенствованием изоляции контактной и шинной систем вплоть до того момента, когда контакт человека с их элементами будет невозможен. Кроме того, следует совершенствовать изоляцию всей поверхности фаз, что позволит предотвратить появление внутренней дуги.

Решение поставленных задач стало возможным с появлением технологии ламинированных шин, при которой сборные и распределительные шины одной фазы изготавливаются в форме пластин и чередуются друг с другом через изоляторы по принципу слоеного пирожного.

Такое технологическое решение обеспечивает не только полную защиту человека от прикосновения к оборудованию, находящемуся под напряжением, но и защищает от дуги изолирующими материалами во всём межфазном пространстве.

В целях безопасности может быть усовершенствована и контактная система РУ. Положения нормативных документов устанавливают степень защиты от прикосновения IP 2X / IP XXB. Этого достаточно, чтобы обеспечить безопасность человека от прикосновения рукой, но недостаточно для защиты при касании тонким предметом. К примеру, отверткой или проволокой.

Следовательно, увеличив степень защиты до более высоких значений, можно предотвратить прикосновение к токопроводящим элементам предметов небольшого размера.

 Применение в ячейках РУ ламельных контактов трубчатой формы, вместо традиционных контактных соединений пинцетного типа, также может повысить надежность оборудования. Кроме того, высокая степень защиты от пыли и грязи будет способствовать сокращению частоты необходимого технического обслуживания системы контактов.

Удлинение межремонтного интервала повышает эффективность производств, которые могут работать безостановочно в течение продолжительного периода времени, и обеспечивает надежное электроснабжение наиболее важных потребителей, перерыв в электроснабжении которых может привести к несчастным случаям, крупным авариям, нанесению большого материального ущерба по причине выхода из строя целых комплексов оборудования и взаимосвязанных систем.

Дополнительные возможности сокращения частоты обслуживания оборудования в сочетании со снижением расходов на эксплуатацию РУ открываются при использования цифровых технологий: функционал цифровых устройств позволяет передавать данные об электроснабжении в режиме реального времени, а локальный накопитель информации, интегрированный в РУ, обрабатывает данные без необходимости применения АСУЭ или АСТУЭ.

Цифровое КРУ: будущее за новыми продуктами

Сегодня российский распределительный сетевой комплекс характеризуется сравнительно невысоким уровнем автоматизации. Большинство решений основаны на использовании систем SCADA и средств локальной автоматики (РЗ, АВР, АЧР). Вместе с тем прослеживается устойчивая тенденция к развитию.

Новые технологии производства современных систем управления перешли из стадии научных изысканий и экспериментов в стадию использования на практике.  Разработаны и внедряются новые коммуникационные стандарты обмена данными. Активно используются цифровые устройства защиты и автоматики.

Появление новых международных стандартов и развитие информационных технологий открывает широкие перспективы для использования инновационных подходов к решению задач автоматизации и управления энергообъектами, что позволило создать цифровую подстанцию (ЦПС).

ЦПС – это цифровая ячейка с высоким уровнем автоматизации, в которой все процессы информационного обмена между элементами, а также управление работой подстанции осуществляются в цифровом виде на основе стандартов серии МЭК 61850.

На подстанциях используются РУ разных уровней напряжения. Однако практика показывает, что наибольшее количество присоединений приходится на распределительные устройства класса напряжения 6-20 кВ. Поэтому актуальная задача состоит во внедрении эффективных и доступных по стоимости решений на основе действующих стандартов для РУ 6-20 кВ.

Для обеспечения возможности построения ЦПС на базе технологичного оборудования «МОСЭЛЕКТРОЩИТ» с централизованным контролем и управлением по протоколу МЭК 61850 создаются цифровые распределительные устройства. Это новые решения, реализованные на базе традиционного КРУ с использованием комплекса цифровых устройств, связанных единой информационной сетью с возможностью передачи по ней сигналов управления, информации от измерительных устройств, датчиков и контроллеров.

Чтобы справиться с поставленной задачей, цифровые ячейки КРУ оснащаются современными устройствами и системами. В их число входят:

• многофункциональный контроллер защиты и управления;
• многофункциональный измерительный преобразователь;
• устройство контроля за состоянием КРУ с бесконтактными датчиками температуры;
• система видеонаблюдения за положением заземляющего разъединителя и выкатного элемента на базе видеокамер;
• моторизированный заземляющий заземлитель с возможностью дистанционного управления (ДУ);
• мотор-редуктор выкатной тележки с силовым выключателем с возможностью ДУ ее передвижением;
• оптические датчики дуговой защиты;
• датчики положения выкатного элемента и заземляющего разъединителя;
• трансформаторы тока и напряжения, которые подключаются либо к устройству защиты, либо через устройство сопряжения к шине.

Цифровое КРУ – это изделие, которое поставляется в полной заводской готовности, не требует программирования и наладки на месте эксплуатации. Выполняет функцию абонентского распределительного устройства на уровне вторичного распределения для промышленных предприятий, коммерческих структур, муниципальных организаций и объектов городской инфраструктуры.

Курс на повышение надежности и развитие распределительных сетей

Стабильное, надежное и эффективное функционирование распределительного сетевого комплекса во многом определяет темпы развития территорий и качество жизни населения. В свою очередь, внедрение инновационных технологий обеспечивает необходимые показатели качества электроэнергии.

Прежде всего, речь идет об установке специальной аппаратуры, предназначенной для автоматического регулирования напряжения, компенсации реактивной мощности и снижения влияния нелинейной нагрузки.

Качество электроэнергии при выходе из строя оборудования в распределительных сетях класса напряжения 6-35 кВ должно обеспечиваться за счет применения современных технологических решений. Это в равной степени относится и к тем территориям, где применяются автономные гибридные электрические установки, которые функционируют на основе ВИЭ и систем накопления энергии.

Эффективность работы распределительных сетей можно повысить, используя комплексный подход к обоснованию и выбору системы заземления нейтрали. Особого внимания заслуживает опыт применения системы автоматического отключения ЛЭП с изолированной нейтралью при однофазном замыкании на землю, а также реализация адаптивных алгоритмов построения релейной защиты сетей с распределенной архитектурой.

При эксплуатации электросетевого комплекса необходимо учитывать погодно-климатические особенности, характерные для той или иной местности в силу ее географического положения. Это требует внедрения и тиражирования средств и способов молниезащиты нового типа, а также применения современных технологий строительства, оптимальных для определенного региона.

Одним из наиболее важных направлений развития современных распределительных сетей эксперты называют оценку надежности оборудования и электрических схем с учетом их текущего технического состояния. Использование новых информационно-аналитических платформ будет способствовать эффективному управлению рисками, окажет положительное влияние на процессы технического обслуживания, ремонта и модернизации оборудования.

Электросетевые компании должны стремиться к оптимизации рабочих процессов. При этом в первую очередь их усилия должны быть сконцентрированы на обеспечении безопасности своих сотрудников.

Для решения поставленных задач развиваются методы организации работ под напряжением, активно внедряются технологии дополненной и виртуальной реальности, устанавливаются компьютерные тренажеры, моделирующие работу основного и вспомогательного оборудования, предназначенные для обучения молодых специалистов и повышения квалификации персонала.

Наряду с обеспечением безопасной работы на объектах электросетевой инфраструктуры, современные технологии позволяют повысить уровень компетентности работников, производительность труда и одновременно с этим способствуют снижению затрат на подготовку персонала.

В настоящее время четко прослеживается следующая тенденция: рынок распределительных устройств развивается в сторону автоматизации и цифровизации. Применение новых технологий и дальнейшее внедрение инноваций повышают качество жизни населения, способствуют развитию экономики регионов и выводят работу всего электросетевого комплекса на качественно новый уровень.