В работе рассмотрен вопрос о увеличении показателя надежной, безотказной, и исправной подачи электроэнергии в районы сельского хозяйства. Поставленная цель достигается — усовершенствованием электрических сетей путем установки, релейных защит, которые обеспечивают бесперебойную работу в сетях 0,38...35 кВ, при возникновении в них аварийных режимов. Даны практические рекомендации для достижения результата.
Ключевые слова: надежность, электроснабжение, защита, аварийный режим, сельское хозяйство, сети.
В данное время проходит этап объединение большого количества сельскохозяйственных промышленных предприятий с линиями электропередач новых энергосистем. Главное направление заключается в увеличении безотказной поставки электроснабжения к промышленным предприятиям сельских районов, поднятие качества электроэнергии и проведения реформы энергосбережения.
Существует ряд исследований в данной области таких деятелей как: А. Г. Захарина, В. Ю. Гессена, Л. Е. Эбина, Н. М. Зуля, М. С. Левина, А. А. Пястолова, И. А. Будзко, Ю. И. Акимцева, и многие другие.
Достижение цели увеличения показателя безотказной подачи электроснабжения, можно достичь с помощью: 1) применение первоклассного нового электротехнического оборудования; 2) повышение предела эксплуатации; 3) модернизация схем сетей; 4) развитие автоматизации и т. д. Для получения высокой бесперебойной работы по данным [1,2], является уменьшение единиц и протяженности не резервируемых линий с рукавами. Также уменьшение количества построек подстанций трансформаторов 10/0,4 кВ. Введение в эксплуатацию новых современных распределительных устройств, применение кольцевание электрических сетей. Так же требуется сводить к минимуму протяженность линий распределительных сетей, и проводить модернизацию и установку двух трансформаторных подстанций и т. д. Такой подход мгновенно повышает коммутационный и механический ресурс выключателей. Также можно добавить: освоение новых изоляционных материалов, линейных изоляторов, которые выгоднее в себестоимости. Применение с пружинными приводами элегазовых выключателей 6–10 кВ., и новых автогазовых выключателей нагрузки.
Рассмотрим показатели по среднему ущербу на различных сельскохозяйственных предприятиях от перебоя электроснабжения. Данные приведены в таблице 1.
Таблица 1
Средние удельные ущербы от перерывов вэлектроснабжении для различных предприятий
|
Предприятия |
1руб. на 1 кВт ч. |
1 руб. на одну голову (или на 1 м2) за 1 ч. перерыва |
|
Комплексы и фермы молочного направления |
1,8 |
0,38 |
|
Фермы по выращиванию и откорму крупного рогатого скота |
3,1 |
0,12 |
|
Свиноводческие комплексы / фермы |
29 / 3,9 |
1,25/0,09 |
|
Птицефабрики: |
||
|
Яичного направления на 100 тыс. кур-несушек и более |
106 |
1,3 |
|
Мясного направления на 1 млн бройлеров и более |
18,1 |
0,03 |
|
Птицефермы: |
||
|
По производству яиц |
5,7 |
0,03 |
|
Мясного направления |
4,4 |
0,005 |
|
Весенние теплицы, парники |
1,7 |
0,037 |
|
Зимние теплицы |
21,3 |
0,37 |
Исходя из положения Правил устройства электроустановок (ПУЭ) электрооборудование можно классифицировать по трем классам в зависимости от гарантии качества электроснабжения.
Класс № 1 включает в себя электрооборудование, отвечающие за поставку электроэнергии с использованием нескольких (как правило двух) независимых друг от друга, взаимно резервирующих источников питания. Перебой в работе данных приемников ставит под угрозу жизнь людей. Повышается вероятность нанести огромный убыток народному хозяйству, путем выхода из строя дорогостоящего оборудование (болезнь или гибель животных) привести к масштабному браку выпускаемой продукции.
Класс № 2. Электрооборудование 2-го класса зависит от работы двух источников питания. В момент выхода из строя одного из источника возможен перерыв в подаче электроэнергии на определенное время, которого достаточно, чтобы произвести переход на резервный источник. В эту классификацию входят: не сложные рабочие механизмы, установленные на выпуске массовой продукции. Оборудование, отвечающее за нормальную деятельность сельского и городского населения.
Класс № 3. В данный класс попадают все остальное электрооборудование, электропитание которых осуществляться одним источником, с условием перебоя по времени длительностью менее суток.
Подъем степени надежности электроснабжения сельского хозяйства есть важный этап роста экономики государства. Широкое применение нашли здесь релейные защиты. Они защищают оборудование от аварийных режимов работы, возникающих в электрических сетях. Релейные защиты, включают в себя: автоматические повторяющиеся включения (включения резерва), секционирования, применение устройств автоматической диагностики повреждений, контроля аварийных режимов и т. д.. Применение релейной защиты связанно с большим капиталовложением, исходя из того, что протяженность электросетей достигла более 2,2 млн км. Однако на фоне общей картины, модернизация сетей выгоднее нежели нести убытки, вызванные перебоями в электроснабжении. Следовательно, можно предположить, что требуется разработка методов анализа, синтеза работы и расчета новых устройств обнаружения и отключения аварийных участков. К этим устройствам относятся: 1) чувствительные токовые защиты, отслеживающие участки, на которых произошло возрастание тока; 2) защиты с максимально быстрым реагированием на двухфазные короткие замыкания с дальнейшим обесточивание линии. 3) также защиты линий 10 и 35 кВ от двойного замыкания на землю с быстрым отключением; 4) автоматическое обнаружение повреждения с помощью выключателя нагрузки; 5) резервирование выключателей на линиях 10 кВ; 6) для линий 0,38 кВ. отходящих от трансформаторных пунктов применять резервирование защиты устройств; 7) применение гибридных защитных устройств.
Чувствительность уровня токовых защит к удаленным коротким замыканиям достигается путем использования токовых реле с герконами.
Правильная установка релейных защит требует провести анализ несимметричных режимов работы в фазных координатах с двухсторонним питанием. Это позволяет в любых точках сети 10кВ, и их ответвлениях до 35кВ, определить токи трансформаторов с характеристикой работы 35/10 кВ. [3] В понижающих трансформаторах могут возникать повреждения, связанные с однофазными короткими замыканиями на землю и замыкание фазы на нулевой провод. Как следствие для понижающих трансформаторов с высшим напряжением до 35 кВ применяют защиту обесточивания на стороне низшего напряжения в пределах до шин 0,4(0,23) кВ.
Рассмотрим релейные защиты типов РНТ-565, РНТ-566, РНТ-566/2, РНТ-567, РНТ-567/2, ДЗТ-11, ДЗТ-11/2, ДЗТ-11/3, ДЗТ-11/4 [4]. Все вышеперечисленные реле кроме РНТ-567 и РНТ-567/2 используются для дифференциальной защиты одной фазы двух- и трехобмоточных силовых трансформаторов, генераторов, блоков генератор-трансформатор, а реле РНТ-567 и РНТ-567/2 для дифференциальной защиты шин. В реле входит промежуточный насыщающийся трансформатор тока и исполнительный орган. Есть возможность ограничить броски тока (апериодическую составляющую) в переходном режиме и, повысить чувствительность защиты. На магнитной системе реле расположены следующие обмотки:
1) РНТ-565 — имеет две уравнительные обмотки и одну первичную;
2) РНТ-566 — имеет три первичные обмотки;
3) РНТ-566/2, РНТ-567, РНТ-567/2 — все они имеют две первичные рабочие обмотки.
Кроме того, у всех них имеется вторичная обмотка, к ней подключается реле РТ-40 и короткозамкнутая обмотка, состоящая из двух секций. Для компенсации различных вторичных токов и регулировки срабатывания дифференциальной защиты достигается путем подбора числа витков первичных обмоток с использованием регулировочных штепсельных винтов в соответствующие гнезда. Рассмотрим схему реле РНТ-565 (рис.1.)
Время срабатывания реле при Iр =3Iс.р. не превышает 0,04 с, а при Iр = 2Iс.р. — около 0,05 с.
Рассмотрим усовершенствование релейных защит. Широко применяются и разрабатываются микропроцессорная техника, которая входит в состав релейных защит и является их основной частью. Вычислительные системы релейных защит базируются на одной или нескольких микросхемах, которые образуют однопроцессорную или более сложную систему. Программный комплекс, установленный в микросхемах, позволяет обрабатывать характеристики электросети. Проводить мониторинг показателей, выводить их в реальном времени, автоматически контролировать. Обработка информации может осуществляться на нескольких процессорах как взаимно связанных между собой, так и независимых, что повышает степень надежности. Это повышает скорость реагирования автоматики, дает широкие возможности ее применения в области управления электрооборудованием в рабочих и аварийных режимах. Управление оборудованием можно осуществлять удаленно через сеть интернет, подключив основной блок управления к сети передачи данных. Это актуально при аварийных ситуациях, когда требуется обесточить, перезапустить, или перейти на резервный источник питания.
Рис. 1. Схемы реле РНТ-565: а — схема расположения обмоток на магнитопроводе; б — схема внутренних соединений и включений реле; 1- рабочая обмотка; 2 — вторичная обмотка; 3 — короткозамкнутая обмотка; 40 — основная уравнительная обмотка; 41 и 42 -первая и вторая уравнительные обмотки
Разработка релейной защиты, включающей в себя полупроводниковую электронику, позволяет произвести более надежные элементы конструкции и уменьшить ее размеры, что не может отрицательно сказаться на успехе применения данного вида реле. Полупроводниковая основа может повысить предельные режимы работы. Уменьшить тепловыделение и снизить энергопотребление, уменьшить уровень шума. Повышается скорость переключения. При переключении минимальный скачек напряжения. Отсутствие механических элементов повышает срок службы. Важной особенностью является отсутствие окисления контактов, то есть выходное сопротивление не меняется, а отсутствие искры дает возможность применить эту защиту в огнеопасных объектах [5]. Имеют малую чувствительность к внешним факторам, таким как магнитные поля, вибрации и т. д. Однако они не лишены недостатков основной из них это при выходе из строя закорачивают выходные контакты из-за пробоя силового ключа.
Исходя из вышесказанного, можно сделать следующий вывод:
- К сожалению, уровень безотказности работы электросетей для сельского хозяйства остается низким. Особенно это актуально для сетей 10–35 кВ. Это обусловлено несовершенной системой идентификации аварийных режимов.
- Автоматизация сетей находится на невысоком уровне, что влечет за собой низкий фактор надежности. Здесь для повышения уровня надежности требуется внедрение новых устройств идентификации аварийных и ненормальных режимов (усовершенствование автоматического дистанционного контроля, мониторинга отключения выключателей 10–35 кВ. при коротком замыкании идентификация ситуаций в распределительных сетях при двойных замыканиях на землю, увеличение показателя эффективности автоматических повторных включений). Применение микропроцессорных реле и полупроводниковых материалов.
- Релейная защита трансформаторов является важным этапом т. к. выход из строя данного агрегата влечет за собой дорогостоящий ремонт с дальнейшими экономическими убытками. Установка защитных реле хоть и высока в себе стоимости, однако на фоне экономических убытков выглядит ничтожной.
Литература:
- Почаевец В. С. Электрические подстанции: учебник. Мн.: ФГБОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2012. — 491 с.
- Фигурнов Е. П., Жарков Ю. И., Петрова Т. Е. Релейная защита сетей тягового электроснабжения переменного тока: учеб. пособие. Мн.: Маршрут, 2011. — 272 с.
- Пухальская, О. Ю. Методика расчета продолжительности отключения потребителя агропромышленного комплекса при повреждении на ВЛ 10 кВ без автоматики / О. Ю. Пухальская // Вестник Гомельского государственного технического университета им. П. О. Сухого. — 2008. — № 1. — С. 27–36.
- Лещинская, Т. Б. Электроснабжение сельского хозяйства / Т. Б. Лещинская, И. В. Наумов. — М.: Колос С, 2008. — 650 с.
- Аушев, И. Ю. Анализ существующей методики выбора аппаратов защиты с точки зрения обеспечения пожарной безопасности электропроводки / И. Ю. Аушев // Чрезвычайные ситуации: предупреждение и ликвидация. — 2008. — № 2 (24). — С. 71–81.
