Анализ возможных способов несанкционированной подачи напряжения в электрических сетях 0,4-10 кВ и последствий от этого

Введение. В связи с недостаточно высокой надежностью сельских электрических сетей, что отмечается в [1-4], в хозяйствах появляются локальные источники электроэнергии небольшой мощности, установки бесперебойного питания для резервирования электроснабжения частных домов при отказах в сети общего пользования. Это повышает опасность появления в сети несанкционированного напряжения.

Кроме того, согласно ФЗ от 27.12.2019 №471-ФЗ «О внесении изменений в Федеральный закон «Об электроэнергетике» в части развития микрогенерации», предполагается внедрение в электрические сети частных электрогенерирующих объектов мощностью до 15 кВт присоединяемых на напряжении до 1000 В. В свою очередь, согласно Постановлению Правительства РФ от 5 марта 2021 г. №328 «О внесении изменений в некоторые акты Правительства Российской Федерации по вопросам стимулирования использования возобновляемых источников энергии на оптовом рынке электрической энергии и мощности» рассматриваются вопросы поддержки генерации электроэнергии возобновляемыми источниками энергии. Исходя из положений указанных нормативных документов следует вывод, что современная структура построения сетей предполагает возможность санкционированного подключения микрогенерации, в том числе от возобновляемых источников энергии (ВИЭ), к сетям общего пользования. Одним из последствий этого станет значительное усложнение требований к безопасной эксплуатации электрических сетей, так как появится возможность несанкционированной подачи напряжения от микрогенераторов в ЛЭП во время их обслуживания.

В связи с этим необходимо проанализировать возможные источники несанкционированного напряжения для разработки способов блокировки подачи несанкционированного напряжения на сельских трансформаторных подстанциях.

Цель исследования заключается в анализе всех возможных источников появления несанкционированного напряжения в трансформаторных подстанциях 10/0,4 кВ.

Материалы и методы исследования. Анализ возможных источников появления несанкционированного напряжения был основан на данных статистики травматизма электросетевой организации ПАО «Россети», возникших при эксплуатации электрических сетей, а также с использованием литературных источников. В работе с привлечением данных ПАО «Россети» о несчастных случаях на предприятиях энергетики был рассмотрен приведший к смертельному исходу случай несанкционированной подачи напряжения от потребительского резервного дизельного генератора 0,4 кВ в филиале ПАО «Россети Центр»-«Ярэнерго». Обзор типов и номинальной мощности генераторов, используемых в филиале «Орелэнерго» в качестве резервных источников системы электроснабжения (РИСЭ) при выводе в ремонт электроустановок, был произведен в соответствии с данными программного обеспечения (ПО) «SAP Logon» электросетевой организации ПАО «Россети Центр и Приволжье» по состоянию на январь 2022 года.

Результаты исследования и их обсуждение. Несанкционированная подача напряжения в электрическую сеть как напряжением 0,4 кВ, так и 10 кВ, может быть осуществлена несколькими способами. Одним из способов несанкционированной подачи напряжения является наведённое напряжение в отключенной электрической сети, появляющееся от рядом проходящей воздушной линии (ВЛ). Под наведённым напряжением понимают потенциал, опасный для жизни, возникающий в результате электромагнитных воздействий параллельной воздушной линии или электричества, циркулирующего в контактных сетях. Этот потенциал обусловлен влиянием функционирующей параллельной линией электрической сети и прямо не относится к транспортируемому току [5]. Опасность наведённого напряжения в том, что на него не реагируют штатные защитные приборы. В работе [6] приведена классификация наведенных напряжений, которые могут быть обусловлены электростатической составляющей (емкостным влиянием), зависящей от величины напряжения линии и расстоянием между проводов и землей. Следует отметить, что большинство несчастных случаев при работе в электроустановках обусловлено воздействием электростатической составляющей наведенного напряжения, появляющейся при отсутствии заземлений на отключенной ВЛ. В свою очередь, электромагнитную составляющую (индуктивное влияние) определяет ток нагрузки влияющей ВЛ, величина которого в отключенной линии зависит от длины, конфигурации, расстояния сближения влияющей ВЛ. Авторами в [6] получена зависимость, отражающая значение наведенного напряжения в отключенной ВЛ 0,4 кВ при прохождении рядом ВЛ 10 кВ под напряжением. Выявлено, что при расстояниях между линиями до 10 м в ВЛ 0,4 кВ наведенное напряжение может составлять 60-200 В, а при расстояниях от 10 до 50 м величина наведенного напряжения уменьшается от 25 В до 0 В, в связи с чем авторами отмечено, что график изменения наведенного напряжения в зависимости от расстояния между влияющей и отключенной линиями является убывающей функцией.

Следует отметить, что для проведения ремонтных работ персонал электросетевой организации должен иметь сведения о значениях возможных наведенных напряжений линий для недопущения попадания под несанкциониованное напряжение и соблюдения правил охраны труда. При этом произвести расчеты согласно способам, утвержденным СТО ОАО «ФСК ЕЭС» 56947007-29.240.55.018– 2009. «Методические указания по определению наведенного напряжения на отключенных воздушных линиях, находящихся вблизи действующих ВЛ», требует значительных трудозатрат, так как для них требуется проведение физических замеров с целью определения исходных данных. В связи с этим в работе [7] на примере ВЛ 110

кВ «Широкая - Голубовка» и ВЛ 110 кВ «Партизанская ГРЭС - Находка/т», обслуживаемых филиалом АО «ДРСК Приморские электрические сети», на основе разработанного способа [8] произведен расчет наведенных напряжений при выводе в ремонт указанных линий от расположенных рядом с ними ВЛ 110 кВ. Авторами выявлено, что наведенное напряжение на участках указанных линий превышает 50 В, вследствие чего сделан вывод, что указанные ВЛ относятся к находящимся под наведенным напряжением. Это подтверждается результатами опытных замеров специалистами филиала АО «ДРСК Приморские электрические сети».

В рамках данной темы, в работе [9] произведено исследование наведенных напряжений на отключенных воздушных линиях электропередачи с двухцепными опорами в ходе которого выявлено, что значения наведенного напряжения для номинальных напряжений ВЛ 110 кВ, ВЛ 35 кВ и ВЛ 10 кВ аппроксимируются возрастающей экспоненциальной зависимостью вида U=А ехр(Вх), что объясняет факт появления аномально большого значения наведенного напряжения при резком изменении суммарного тока нагрузки во второй линии и благоприятном совпадении многих случайных факторов.

При этом в работе [10] на основании результатов расчетов наведенных напряжений в программном комплексе (ПК) ATP-EMTP на примере линий 110 кВ с диспетчерскими наименованиями Л-132 и Л-133, обслуживаемых филиалом «Колэнерго» ПАО «Россети Северо-Запада», отмечено положение, что идеальным с точки зрения минимума наведенного напряжения является случай, когда влияющая линия, параллельная на всем своем протяжении с ремонтируемой линией, не имеет транспозиций и работает в симметричном режиме без гармонических искажений. Также выявлено, что при оснащении отключенной линии электропередачи грозозащитным тросом возможно значительное снижение наведенного напряжения на ремонтируемой линии в случае, если грозозащитный трос проходит непрерывно вдоль всей линии с частым заземлением на концах анкерных участков и на подстанциях, когда ширина сближения между отключенной и влияющей линиями минимальна [11].

Следующей причиной несанкционированного напряжения является атмосферное электричество. Атмосферное электричество приводит к несанкционированному напряжению несколькими способами. Это наведённое напряжение вследствие магнитных бурь, импульсы напряжения вследствие ударов молнии в линии электропередачи и также непосредственно рядом возле ВЛ, вследствие чего в ней может появиться наведенное напряжение вследствие набегающей волны, которая приведет к перекрытию изоляция или выхода из строя оборудования.

В работе [12] на примере отключений в ПАО филиале «Россети Сибирь»-«Кузбассэнерго» за 2015-2016 годы приведена статистика, согласно которой наибольшее количество отключений характерно для ВЛ-10 кВ - 54,6-60% от общего количества, при этом для ВЛ 35 кВ и 110 кВ данные показатели от общего количество составляют, соответственно, 16,55-16,95% и 12-23%. В свою очередь, воздействие атмосферных перенапряжений в более 45% случаев приводит к повреждению и перекрытию изоляции ВЛ, в 15% случаев к обрыву ошиновки или проводника, а в 11 % - к повреждению разрядника на трансформаторной подстанции. В связи с этим разрабатываются методики и технические средства повышения эффективности защиты ВЛ от атмосферных перенапряжений. Так, для повышения эффективности защиты линий электропередачи класса напряжения 35 кВ путем применения нелинейных ограничителей перенапряжений (ОПН) в работе [13] было выявлено, что оптимальным вариантом является их установка через каждые 2 км вдоль всей трассы воздушной линии.

Следующей причиной появления несанкционированного напряжения является падение провода одной ЛЭП на провод другой ЛЭП в местах их пресечения. Эта причина приводит к наиболее тяжёлым последствиям, особенно при попадании более высокого напряжения в линию с более низким напряжением, например, при падении провода 10 кВ на ЛЭП 0,4 кВ. В этом случае возможно возникновение пожаров, выхода из строя электрооборудования, присоединённого к ЛЭП 0,4 кВ. В работе [14] отмечено, что в подобных ситуациях электробезопасность эксплуатации сети значительно снижается и повышается риск попадания человека под напряжение, вследствие чего предложен вариант использования значения напряжения обратной последовательности в качестве величины, при изменении которой должно обеспечиваться отключение линии электропередачи 10 кВ.

Аналогичные исследования влияния обрывов проводов на значение наведенных напряжений в отключенной линии были произведены на примере двух линий классов напряжения 220 кВ и 10 кВ [15]. Так, при отключенной ВЛ 10 кВ и различных аварийных режимах на ЛЭП 220 кВ (симметричные и несимметричные короткие замыкания и обрывы проводов) было выявлено, что в некоторых условиях уровни наведенных напряжений в ВЛ 10 кВ могут превышать 11 кВ, т.е. номинальное напряжение сети.

Как ранее было отмечено, причиной несанкционированного напряжения являются и факты подключения генератора к сети. Такая ситуация может сложиться при отключениях в электрической сети, вследствие которых потребители осуществляют резервное электроснабжение от частных генераторных установок с нарушением Постановления Правительства Российской Федерации от 27 декабря 2004 г. №861.

Использование частных генераторов становится всё более популярным в связи с тем, что электрические сети, особенно в сельской местности, имеют низкую надёжность. Это приводит к тому, что люди, не обладающие требуемыми знаниями, подключают генераторы на собственных участках, исходя из чего следует высокая вероятность ошибок в подключении, что может привести к появлению несанкционированного напряжения в ЛЭП 0,4 кВ и путём его обратной трансформации на ТП 10/0,4 кВ в ЛЭП напряжением 10 кВ. Напряжение может быть подано в сеть несанкционированно и от более крупных электростанций, находящихся на балансе сельхозпредприятий, промышленных предприятий, объектов другого назначения. Это может быть при нарушениях схемы подключения генератора, несоблюдении графика выдачи мощности и в других ситуациях.

Следует отметить, что ошибки могут быть связаны и с тем, что потребитель, имеющий на балансе генераторную установку, своевременно не получит уведомления от диспетчера сети о необходимости отключения генератора.

При проведении ремонтных работ электротехнический персонал электросетевых организаций также может применять переносные и передвижные генераторы, ошибки в использовании которых могут привести к подаче несанкционированного напряжения в сеть 0,4 и 10 кВ.

Так, например, в электросетевой организации филиале ПАО «Россети Центр»-«Орелэнерго» для резервирования социально-значимых объектов при выводе в ремонт питающих электроустановок имеются 77 РИСЭ на напряжение 0,4 кВ. Сведения о типах РИСЭ представлены на рисунке 1.

Согласно сведениям ПО SAP Logon суммарная мощность 77 РИСЭ филиала «Орелэнерго» составляет 1166,5 кВт. Среди них 1 генератор типа Champion единичной мощностью (е.м.) 6 кВт, 26 – типа DY8000LXA единичной мощностью 7 кВт, 19 – типа Elitech БЭС 8000 ET 6/6,5 е.м. 6,5 кВт, 1 – ENDRESS ESE 804 SDBS-DC е.м. 5,3 кВт, 1 – HITACHI E42SB е.м. 4,2 кВт, 21 – MOTOR АД-40-Т400 е.м. 30 кВт, 1 – Prora B 5500 е.м. 5,5 кВт, 7 – ЭД-30-Т400-1РП единичной мощностью 30 кВт. Среди РИСЭ более 10 лет в эксплуатации находятся 23 генератора, а менее – 54 генератора.

■ Champion 7500

■ ENDRESS ESE 804 SDBS-DC

■ Prora B 5500

■ DY8000LXA

■ HITACHI E42SB

■ ЭД-30-Т400-1РП

■ Elitech БЭС 8000 ET 6/6,5

■ MOTOR АД-40-Т400

Рисунок 1 – Сведения о типах РИСЭ, используемых в филиале ПАО «Россети Центр»-«Орелэнерго»

Следует отметить, что несчастный случай, связанный с обратной трансформацией на ТП 6/0,4 кВ с напряжения 0,4 кВ на 6 кВ, при подаче питания от РИСЭ 0,4 кВ произошел на производстве в сфере электросетевого комплекса. В филиале ПАО «Россети Центр»-«Ярэнерго» 29.07.2017 в 10-48 производился осмотр и отыскание повреждения на ответвлении от ВЛ 6 кВ №5, запитанной от ПС 35/6 кВ «Чёбаково». Указанная ВЛ 6 кВ была отключена в ходе выполнения аварийновосстановительных работ. Электромонтер по эксплуатации распределительных сетей Тутаевского РЭС с нарушением требований Правил по охране труда при эксплуатации электроустановок без оформления наряда-допуска и подготовки рабочего места и допуска, самовольно предпринял попытку устранить повреждение провода в пролётах опор №6/33 – №6/34 - ответвления от ВЛ 6 кВ №5 ПС 35/6 кВ «Чёбаково». В ходе работ он получил электротравму несовместимую с жизнью. По результатам расследования было выявлено, что напряжение на рабочее место было подано вследствии обратной трансформации, из-за включения в электрическую сеть 0,4 кВ бытового электрогенератора одним из потребителей.

В кабельных и воздушных линиях дополнительной причиной появления несанкционированного напряжения может быть пробой изоляции с замыканием жилы одного кабеля, или провода, на жилы другого. Если второй кабель / провод отключен, то несанкционированное напряжение в этом случае будет подано на подключенное к нему электрооборудование, а, возможно, и на шины подстанции.

В линиях как класса напряжения 10 кВ, так и 0,4 кВ, имеющих связи с линиями, питающимися от другой секции шин 10 кВ питающей подстанции 35-110 кВ, или от шин другой подстанции 35-110 кВ, также могут быть случаи несанкционированной подачи напряжения, связанные с ошибками переключений, а также с действием автоматики подачи резервного питания. В связи с эти в работе [16] произведен анализ и структурирования видов ошибок оперативного персонала, заключающихся в отсутствии диспетчерских наименований, схем электроустановок, пренебрежении анализа схемы и режима работы электроустановки, отклонении от бланка переключений, нарушении порядка операций, а также других факторов; предложены стратегические и оперативные профилактические процедуры для недопущения электротравматизма.

Выводы.

Исходя из результатов исследования следует, что в сетях 10 кВ и 0,4 кВ существует ситуации, при которых может быть подано несанкционированное напряжение на отдельные участки линий электропередачи, шины трансформаторной подстанции 6-10/0,4 кВ, к которым относятся: 1) наведенное напряжение; 2) атмосферные перенапряжения; 3) повреждение проводов ЛЭП, обрывы; 4) распределенная и местная генерация; 5) ошибки при переключениях.

Все эти случаи могут приводить к поражению людей электрическим током, выходу из строя оборудования, пожарам и другим ущербам как для потребителей, так и для электросетевых организаций. При этом в работе был рассмотрен практический несчастный случай в филиале ПАО «Россети Центр»-«Ярэнерго» вследствие попадания несанкционированного напряжения от РИСЭ в сеть 6 кВ. А также был произведен анализ типов и мощности РИСЭ на примере филиала ПАО «Россети Центр»- «Орелэнерго».

Результаты исследования позволят обеспечить усовершенствование методов блокировки несанкционированной подачи напряжения в трансформаторных подстанциях 6-10/0,4 кВ и сельских электрических сетях 10 кВ и 0,4 кВ, рассмотренных в работах [17, 18, 19].