Анализ типов и технических характеристик защитных коммутационных аппаратов электрических сетей 0,4 кВ в филиале ПАО «Россети Центр»-«Орелэнерго»

Введение. В последнее время множество работ отечественных и зарубежных ученых направлено на повышение эффективности функционирования процессов производства, переработки и хранения сельскохозяйственной продукции, в частности, на животноводческих комплексах. Так, в работе [1] приведено описание разработанного термоэлектрического модуля, предназначенного для контроля температуры молока при транспортировке. В свою очередь, в работе [2] произведен расчет конструкции устройства для подогрева воды, предназначенного для поения животных.

В частности, в ряде работ [3-6] исследуются возможности электрофизического воздействия как на производственные помещения животноводческих комплексов, так и непосредственно на технологические процессы, осуществляемые в них.

При этом вопрос повышения эффективности электроснабжения сельскохозяйственных объектов рассматривается не в достаточной степени. Так, одной из проблем сельского электроснабжения является низкая чувствительность защитных коммутационных аппаратов, которая проявляется в невозможности отключения токов однофазного короткого замыкания ввиду завышенной протяженности линий электропередачи за установленное ПУЭ [7] время. Данная проблема характерна как в случае питания сельскохозяйственных потребителей по воздушных линиям (ВЛ) [8-10], так и по кабельным [11].

Таким образом, практическую значимость представляет анализ защитных коммутационных аппаратов, которые используются для защиты электрических сетей, питающих как сельскохозяйственных коммунально-бытовых потребителей, так и производственных, к которым относятся животноводческие комплексы. Данный анализ можно произвести на примере электросетевой компании – филиала ПАО «Россети Центр»-«Орелэнерго», эксплуатирующего в Орловской области 11031 электрическую сеть 0,4 кВ суммарной протяженностью 10829,24 км [12].

Цель работы заключается в анализе типов и технических характеристик защитных коммутационных аппаратов сельских электрических сетей 0,4 кВ филиала ПАО «Россети Центр»-«Орелэнерго».

Материалы и методы исследования.

Для исследования были использованы данные управления распределительных сетей филиала ПАО «Россети Центр»-«Орелэнерго» по количеству, типам и техническим характеристикам защитных коммутационных аппаратов сельских электрических сетей 0,4 кВ.

Сведения о количестве защитных коммутационных аппаратов, плавких предохранителях (ПП) и автоматических выключателях (АВ), установленных на ВЛ 0,4 кВ 10 структурных подразделений филиала ПАО «Россети Центр»-«Орёлэнерго» -районах электрических сетей (РЭС), представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Типы защитных коммутационных аппаратов, установленных на ВЛ 0,4 кВ районов электрических сетей «Орёлэнерго».

№ п/п	РЭС	Всего ВЛ 0,4 кВ, ед.	Кол-во ВЛ 0,4 кВ с АВ, ед.	Кол-во АВ на ВЛ 0,4 кВ, %	Ко-во ВЛ 0,4 кВ с ПП, ед.	Кол-во ПП на ВЛ 0,4 кВ, %
1	Орловский	2134	1624	80%	416	20%
2	Глазуновский	1014	605	60%	405	40%
3	Кромской	1135	816	72%	318	28%
4	Урицкий	834	543	65%	291	35%
5	Ливенский	1500	776	52%	724	48%
6	Покровский	834	334	40%	502	60%
7	Верховский	971	592	61%	378	39%
8	Мценский	812	760	94%	50	6%
9	Болховский	822	686	84%	135	16%
10	Новосильский	986	725	74%	257	26%
Итого		11031	7461	68%	3483	32%

Для сравнения номинальных токов защитных коммутационных аппаратов сельских электрических сетей 0,4 кВ филиала ПАО «Россети Центр»-«Орелэнерго» с рекомендуемыми значениями для производителей были использованы положения, указанные в ГОСТ Р 50345-2010 (МЭК 60898-1:2003) «Аппаратура малогабаритная электрическая. Автоматические выключатели для защиты от сверхтоков бытового и аналогичного назначения. Часть 1. Автоматические выключатели для переменного тока. Национальный стандарт Российской Федерации» и ГОСТ IEC 60269-1-2016 «Предохранители плавкие низковольтные. Часть 1. Общие требования. Межгосударственный стандарт».

Результаты исследований и их обсуждение.

В настоящее время среди 11031 линий электропередачи 0,4 кВ филиала ПАО «Россети Центр»-«Орёлэнерго» 3476 линий защищены плавкими предохранителями, а 7555 – автоматическими выключателями. Для оценки эффективности защиты линий электропередачи 0,4 кВ были произведены замеры токов на 7195 ВЛ 0,4 кВ. Из них 7103 ВЛ 0,4 кВ, составляющих 98%, не удовлетворяют требованию по чувствительности защитного коммутационного аппарата к току однофазного короткого замыкания и не отключаются за 0,4 секунды, что регламентируется правилами устройства электроустановок [7] – одним из нормативных документов в сфере электроэнергетики.

В данной работе был произведен анализ типов и технических характеристик защитных коммутационных аппаратов, установленных на вводах электрических сетей 0,4 кВ. Типы автоматических выключателей, используемых на ЛЭП 0,4 кВ филиала «Орелэнерго» представлены на рисунке 1.

Так, среди автоматических выключателей электрических сетей 0,4 кВ филиала ПАО «Россети Центр»-«Орёлэнерго» наибольшее количество представлено защитными коммутационными аппаратами типов ВА57 и АЕ20, которые составляют 26,99% и 25,28% от общего количества автоматических выключателей, т.е. 2039 и 1910 единиц. Данные типы автоматических выключателей производятся Курским электроаппаратным заводом (КЭАЗ). Также большим количеством в филиале «Орёлэнерго» представлены автоматические выключатели типов BC160NT и BD250, составляющих 15,26% и 14,84% от общего количества 7555 автоматических выключателей. Данные автоматические выключатели производятся Чешской компанией OEZ. Современные автоматические выключатели с электронным расцепителем типа OptiMat производства КЭАЗ составляют 5,45% (412 единиц) от общего количества. Количество выключателей других типов не превышает 2,5% об общего количества.

Наибольшее количество используемых для защиты электрических сетей 0,4 кВ автоматических выключателей, составляющих 62,28% или 4605 единиц, произведены КЭАЗ. Многочисленную часть составляют автоматические выключатели производства Чешской компании OEZ (30,84% или 2330 единиц). Третьим по численности производителем является компания ООО НПП РИМК, работающая в Харьковской области, которая в годы существования СССР поставляла выключатели устаревших серий А3100 и А3700.

В настоящее время данные типы автоматических выключателей не устанавливаются при реконструкции и техперевооружении сетей и подлежат замене на современные типы защитных коммутационных аппаратов. Их доля в электрических сетях филиала ПАО «Россети Центр»-«Орёлэнерго» составляет 4,66% от общего количества (352 коммутационных аппарата из 7555 единиц). Доля автоматических выключателей, производимых другими электротехническими компаниями, не превышает 1%.

Результаты анализа номинальных токов автоматических выключателей представлены на рисунке 2.

Наибольшее количество автоматических выключателей, установленных в электрических сетях 0,4 кВ филиала ПАО «Россети Центр»-«Орёлэнерго» выполнено на номинальный ток 100 А. Они составляют 35,05% от общего количества и представлены 2648 единицами. Также больше количество автоматических выключателей имеют номинальные токи 63 А, 80 А, 160 А, 250 А, которые составляют, соответственно, 11,49%, 10,26%, 17,71%, 12,93% от общего количества. Численность автоматических выключателей, выполненных на другие номинальные токи, не превышает 4%.

Типы автоматических выключателей

Количество, ед.

Рисунок 1 – Типы автоматических выключателей, установленных в электрических сетях 0,4 кВ филиала ПАО «Россети Центр»-«Орёлэнерго».

1600 А

1500 А

1000 А

т

630 А   26

500 А   1

31,5 А 12

25 А   35

20 А   2

16 А    5

10 А   8

6 А   2

0          500        1000        1500        2000        2500        3000

Количество автоматических выключателей, ед.

Рисунок 2 - Номинальные токи автоматических выключателей, используемых для защиты сетей 0,4 кВ филиала ПАО «Россети Центр»-«Орёлэнерго».

В настоящее время автоматические выключатели должны изготавливаться в соответствие с гОст Р 50345-2010 (МЭК 60898-1:2003) «Аппаратура малогабаритная электрическая. Автоматические выключатели для защиты от сверхтоков бытового и аналогичного назначения. Часть 1. Автоматические выключатели для переменного тока. Национальный стандарт Российской Федерации».

В пункте 5.3.2 стандарта указано, что предпочтительными значениями номинальных токов автоматических выключателей, на которые рекомендуется их изготавливать заводам-производителям, являются: 6, 8, 10, 13, 16, 20, 25, 32, 40, 50,

• 63,    80, 100, 125 А. Из 7555 автоматических выключателей, установленных в электрических сетях 0,4 кВ филиала ПАО «Россети Центр»-«Орёлэнерго», 67% выполнены на указанные номинальные токи.

Ввиду отсутствия в управлении распределительных сетей филиала ПАО «Россети Центр»-«Орёлэнерго» сведений о других технических характеристиках автоматических выключателей: кратности тока срабатывания расцепителя к номинальному току автоматического выключателя, механическом и коммутационном ресурсах, - их значения были определены по руководствам по эксплуатации и техническим паспортам на сайтах заводов-производителей, представленных в источниках [13-15], а также на других интернет-ресурсах.

Так, наибольшее количество автоматических выключателей, установленных в сельских электрических сетях 0,4 кВ филиала филиала ПАО «Россети Центр»-«Орёлэнерго» имеют кратность электромагнитного расцепителя со значением 5, что составляет 60,37% от общего количества (4561 единица). Также многочисленны автоматические выключатели с кратностью электромагнитного расцепителя 4 и 10, составляющие, соответственно, 15,21% и 18,39% от общего количества. При этом 5,45% парка автоматических выключателей имеют кратность 1,5. Это современные автоматические выключатели типа OptiMat производства КЭАЗ с электронным (микропроцессорным) расцепителем токов короткого замыкания. Доля защитных коммутационных аппаратов с другими кратностями расцепителей в парке филиала ПАО «Россети Центр»-«Орёлэнерго» не превышает 0,5%.

Автоматические выключатели, предназначенные для защиты электрических сетей 0,4 кВ, преимущество выполнены на механический ресурс 10000, 16000 и 20000 коммутаций, на которые приходятся от 31,18% до 33,41% защитных коммутационных аппаратов, т.е. от 2356 до 2524 единиц. Оставшиеся 4,04% выполнены на другие значения механического ресурса.

Кроме механического ресурса у автоматических выключателей 0,4 кВ есть другой технический параметр – коммутационный ресурс, который показывает сколько раз защитный коммутационный аппарат может произвести отключение тока короткого замыкания или включиться при устойчивом замыкании в электрической сети.

Наибольшее количество автоматических выключателей 0,4 кВ филиала ПАО «Россети Центр»-«Орёлэнерго» выполнено на коммутационный ресурс 2500, 3000, 4000 и 6000 циклов, составляющих 2039, 1124, 1921 и 1213 единиц от общего количества, т.е. 14,88%-26,99%. Автоматические выключатели, выполненные на другие значения коммутационного ресурса, в целом, составляют оставшиеся 16,65% общего парка.

Анализ типов плавких предохранителей, используемых для защиты электрических сетей 0,4 кВ филиала ПАО «Россети Центр»-«Орёлэнерго», представлен на рисунке 3.

Преимущественно в электрических сетях 0,4 кВ филиала ПАО «Россети Центр»-«Орёлэнерго» используются неразборные плавкие предохранители типа ПН-2, изготавливаемые Курским электроаппаратным заводом. Они представлены в количестве 2967 единиц, что составляет 85,36% от общего количества. Предохранители типа ППН-35-23 производства российской компании TEXENERGO представлены в количестве 91 единицы, составляющих 2,62% от общего количества. Разъединители-предохранители производства КЭАЗ с боковой рукояткой (РПБ), смещенной передней рукояткой (РПС) и центральным приводом (РПЦ) представлены, соответственно, в количестве 73, 224 и 17 единиц, что в совокупности составляет 9,03% от общего количества предохранителей. Устаревшие разборные предохранители типа ПР2 производства компании TEXENERGO представлены в количестве 95 единиц, составляющих 2,73% процента парка предохранителей. В количестве 8 единиц представлены современные блоки предохранитель-выключатель типа БПВ производства TEXENERGO. В единственном экземпляре представлен современный предохранитель-выключатель-разъединитель типа ПВР, который также произведен компанией TEXENERGO. Среди плавких предохранителей, используемых для защиты электрических сетей 0,4 кВ филиала ПАО «Россети Центр»-«Орёлэнерго», 3281 предохранитель произведен компанией КЭАЗ, что составляет 94% от общего их количества 3476 единиц в электросетевой компании. Оставшиеся 6% представлены 195 защитными коммутационными аппаратами производства компании TEXENERGO.

ПВР 1

И ⁵у БПВ I 8

ПР2

• =0 Б

• ” =     РПЦ

• 3       РПБ

к ° s     РПС ■224

Н а нППН-35-23

ПН2

0           700          1400         2100         28003500

Количество предохранителей, ед.

Рисунок 3 – Типы плавких предохранителей, установленных в электрических сетях 0,4 кВ филиала ПАО «Россети Центр»-«Орёлэнерго».

Анализ номинальных токов плавких вставок предохранителей представлен на рисунке 4.

Рисунок 4 – Номинальные токи плавких вставок предохранителей, используемых для защиты сетей 0,4 кВ филиала «Орёлэнерго».

Большая часть предохранителей имеет плавкую вставку с номинальным током 100 А. Они представлены в количестве 1544 единиц или 20,44% об общего количества. Значительная часть предохранителей имеет плавкую вставку с номинальным током 250 А, которые составляют 7,77% (587 единиц). Предохранители с плавкими вставками, выполненными на другие номинальные токи, не превышают 5% от общего количества.

В настоящее время плавкие предохранители должны изготавливаться в соответствие с ГОСТ IEC 60269-1-2016 «Предохранители плавкие низковольтные. Часть 1. Общие требования. Межгосударственный стандарт». В пункте 5.3.1. стандарта представлены следующие значение рекомендуемого номинального тока плавкой вставки, на которые заводы производители должны изготавливать предохранители: 2; 4; 6; 8; 10; 12; 16; 20; 25; 32; 35; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 314; 400; 500; 630; 800; 1000 и 1250 А.

Среди предохранителей филиала ПАО «Россети Центр»-«Орёлэнерго» 3301 единиц выполнены на номинальные токи, указанные в ГОСТ IEC 60269-1-2016, что составляет 95% от общего количества. Согласно ПУЭ [7], кратность плавления плавкой вставки предохранителя к номинальному току составляет не менее 3.

Выводы. Исходя из результатов анализа типов и технических характеристик защитных коммутационных аппаратов, используемых в сельских электрических сетях 0,4 кВ филиала ПАО «Россети Центр»-«Орелэнерго» были сделаны следующие выводы:

• 1.    В настоящее время среди 11031 линий электропередачи 0,4 кВ филиала ПАО «Россети Центр»-«Орёлэнерго» 3476 линий защищены плавкими предохранителями, а 7555 – автоматическими выключателями;

• 2.    Среди автоматических выключателей электрических сетей 0,4 кВ филиала ПАО «Россети Центр»-«Орёлэнерго» наибольшее количество представлено защитными коммутационными аппаратами типов ВА57 и АЕ20, которые составляют 26,99% и 25,28% от общего количества автоматических выключателей, т.е. 2039 и 1910 единиц. Современные автоматические выключатели с электронным расцепителем типа OptiMat производства КЭАЗ составляют 5,45% (412 единиц) от общего количества. Наибольшее количество используемых для защиты электрических сетей 0,4 кВ автоматических выключателей, составляющих 62,28% или 4605 единиц, произведены Курским электроаппаратным заводом. Преимущественно автоматические выключатели, установленные в электрических сетях 0,4 кВ филиала ПАО «Россети Центр»-«Орёлэнерго», выполнены на номинальный ток 100 А. Они составляют 35,05% от общего количества и представлены 2648 единицами. Из 7555 автоматических выключателей, установленных в электрических сетях 0,4 кВ филиала ПАО «Россети Центр»-«Орёлэнерго», 67% выполнены на предпочтительные значения номинальных токов согласно ГОСТ Р 50345-2010 (МЭК 60898-1:2003).

• 3.    Преимущественно в электрических сетях 0,4 кВ филиала ПАО «Россети Центр»-«Орёлэнерго» используются неразборные плавкие предохранители типа ПН-2, изготавливаемые Курским электроаппаратным заводом. Они представлены в количестве 2967 единиц, что составляет 85,36% от общего количества. Среди плавких предохранителей 3281 произведен компанией КЭАЗ, что составляет 94% от общего их количества 3476 единиц в электросетевой компании. Большая часть предохранителей имеет плавкую вставку с номинальным током 100 А. Они представлены в количестве 1544 единиц или 20,44% об общего количества. Среди предохранителей филиала ПАО «Россети Центр»-«Орёлэнерго» 3301 единица выполнена на номинальные токи, указанные в ГОСТ IEC 60269-1-2016, что составляет 95% от общего количества.