Выбор и разработка процедуры управления динамикой подключения ответственных потребителей для повышения безопасности и надежности электроснабжения

В современном мире всё большее распространение получают технологии и установки, предъявляющие повышенные требования к бесперебойности электроснабжения. С каждым годом доля чувствительной нагрузки увеличивается. В основном это происходит за счет повсеместного внедрения микроконтроллерной автоматизации и компьютеризации производственных процессов. Поэтому мы всё чаще сталкиваемся с понятием «ответственный потребитель». Перерыв электроснабжения ответственных потребителей может повлечь за собой опасность для жизни людей, угрозу для безопасности государства, значительный материальный ущерб, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства, объектов связи и телевидения. Для предотвращения нарушения питания таких электроприемников необходимо принимать ряд мер, которые позволят повысить степень бесперебойности системы питания данных потребителей. Одной из таких мер может служить пересмотр рабочей системы заземления нейтрали с системы Т1Ч, повсеместно распространенной у нас в стране, на систему 1 Т, имеющую ряд преимуществ с точки зрения бесперебойности питания. Второй мерой можно считать организацию дополнительного питания от независимого источника. В последнее время в качестве независимого источника питания все чаще используют источники бесперебойного питания (ИБП) статического типа. Следует отметить недостаточную проработку нормативной базы, описывающей вопросы электроснабжения от ИБП статического типа. Так, у нас в стране отсутствует аналог стандарта 1ЕС 62 040;3.

В 2003 году введена в действие глава 1.7 «Заземление и защитные меры электробезопасности» ПУЭ 7-ого издания, что привело к ужесточению требований к времени автоматического отключения питания в сетях до 1 кВ.

Принятие новых нормативных документов с более жесткими требованиями к обеспечению электробезопасности потребовало пересмотра применяемой 6 коммутационно-защитной аппаратуры, методик выбора кабелей и изменения существующих подходов к проектированию систем электроснабжения в целом.

Поэтому в работе решаются следующие задачи:

• выявление причин нарушения электроснабжения потребителей и оценка часовой стоимости простоя;

• анализ систем заземления нейтрали с точки зрения обеспечения бесперебойного питания потребителей;

• исследование мер по повышению бесперебойности питания ответственных потребителей сравнительный анализ источников бесперебойного питания и их конфигураций;

• исследование принципов работы системы питания и защиты ответственных потребителей в случаях перехода от системы заземления ТЫ к системе заземления 1 Т;

• разработка рекомендаций по подключению ответственных потребителей для повышения безопасности и надежности электроснабжения;

• разработка дополнений для комплекса программных средств, автоматизирующих процесс проектирования, в части ответственных потребителей.

Актуальность решаемой задачи обусловлена двумя факторами:

• увеличением с каждым годом доли ответственных потребителей, чувствительных к перерывам электроснабжения;

• отсутствием рекомендаций по подключению ответственных потребителей в условиях ужесточившихся требований к электробезопасности.

Следует отметить, что на данный момент отсутствуют методики проверки эффективности работы защиты при косвенном прикосновении в электроустановках до 1 кВ при электроснабжении от источников бесперебойного питания статического типа в сетях 1 Т.

Целью работы является исследование мер по повышению бесперебойности электроснабжения ответственных потребителей и разработка рекомендаций по построению систем электроснабжения таких потребителей в условиях ужесточения нормативов по обеспечению электробезопасности в электроустановках до 1 кВ.

Достижение конечной цели диссертационной работы осуществляется путем последовательного решения следующих задач:

1. выявление причин нарушения электроснабжения потребителей и оценка часовой стоимости простоя;

2. анализ систем заземления нейтрали с точки зрения обеспечения бесперебойного питания потребителей;

3. исследование мер по повышению бесперебойности питания ответственных потребителей;

4. сравнительный анализ источников бесперебойного питания и их конфигураций;

5. исследование принципов работы системы питания и защиты ответственных потребителей в случаях перехода от системы заземления ТЫ к системе заземления 1 Т;

6. разработка рекомендаций по подключению ответственных потребителей для повышения безопасности и надежности электроснабжения;

7. разработка дополнений для комплекса программных средств, автоматизирующих процесс проектирования, в части ответственных потребителей.

Научная новизна.

1. Проведен комплексный анализ мер по повышению надежности и бесперебойности электроснабжения ответственных потребителей. На основании полученных результатов даны рекомендации по построению и защите сетей до 1 кВ с различными системами заземления нейтрали с возможностью установки источников бесперебойного питания. 8.

2. Разработана методика практической проверки эффективности работы защиты при косвенном прикосновении в сетях до 1 кВ с системой заземления 1 Т при питании об ИБП статического типа.

3. Обосновано использование разделительного трансформатора в качестве средства для перехода из сети с действующей системой заземления ТЫ на сеть с изолированной нейтралью.

4. Предложены рекомендации по установке разделительного трансформатора в случае перехода от сети с системой заземления ТМ на сеть 1 Т при питании ответственных электроприемников .

5. Разработаны дополнительные алгоритмы и модули для комплекса программ «Выбор кабелей в сетях до 1 кВ» для персональных ЭВМ, предназначенного для автоматизированного выбора сечений токопроводящих жил кабелей по критерию обеспечения защиты при косвенном прикосновении и позволяющего вести расчет для ответственных потребителей.

Практическая ценность работы и ее реализация состоят в том, что разработанная методика и рекомендации позволяют построить схему электроснабжения ответственных потребителей, таким образом, что время нарушения питания потребителей будет удовлетворять современным требованиям, выбрать параметры схемы электроснабжения электроприемников напряжением до 1кВ по критерию обеспечения защиты при косвенном прикосновении в соответствии с требованиями современной нормативной базы (ПУЭ 7-ого издания, ГОСТ Р 50 571). Реализованный на основе методики комплекс программных средств позволяет сокращать сроки проектирования за счет автоматизации процесса выбора сечения токопроводящих жил кабелей напряжением до 1кВ при электроснабжении от ИБП статического типа. Разработанная методика и рекомендации ориентированы на широкий круг пользователей и могут быть рекомендованы к применению в проектных, научно-исследовательских и других организациях.

Разработанная методика и комплекс программ внедрены в практику проектирования организаций ООО «Коэнергия», ООО «Сложные инструменты».

Достоверность результатов.

Исследования, проведенные в диссертационной работе, базируются на использовании методов математического моделирования, теории электрических цепей, электрических машин, численных методов решения систем нелинейных дифференциальных и алгебраических уравнений, теории функций комплексных переменных. Комплекс программ разработан с использованием программы Delphi, версия 7. Базы данных разработаны на Access-2000. Расчетный эксперимент проводился в среде программного комплекса «Mathcad Professional».

Апробация.

Основные результаты диссертационной работы были доложены на: VII межрегиональной (международной) научно-технической конференции студентов и аспирантов «Информационные технологии, энергетика и экономика» (Смоленск, 2010) — V международной молодежной научной конференции «Тинчуринские чтения» (Казань, 2010) — XL Всероссийской научно-практической конференции с элементами научной школы для молодежи (с международным участием) «Фёдоровские чтения — 2010» (Москва, 2010) — XVII Ежегодной международной научно-технической конференции «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, 2011) — X Международной научно-практической интернет-конференции «Энергои ресурсосбережение — XXI век» (Орел, 2012), на научных семинарах кафедры «Электроснабжения промышленных предприятий» МЭИ.

Публикации.

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 13 печатных работах, в том числе 4 — в изданиях, рекомендованных ВАК РФ для публикации основных результатов диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук.

Структура и объем работы Диссертационная работа изложена на 228 страницах, включая 24 таблицы и 34 иллюстрации. Список использованной литературы включает 52 наименования работ отечественных и зарубежных авторов. Работа состоит из введения, 4 глав, заключения и 2 приложений. Приложения представлены на 101 странице.

4.4 Выводы к четвертой главе.

1. Выявлено ограничение по области применения разделительных трансформаторов и, как следствие, по числу и мощности подключаемых ответственных электроприемников.

2. Обосновано, что разделительный трансформатор необходимо устанавливать таким образом, чтобы требования электробезопасности выполнялись по всей длине питающей линии.

3. Расчетные эксперименты показали, что установка разделительного трансформатора в сети с действующей системой заземления ТК позволяет увеличить максимально допустимую длину питающей линии электроприемника, при которой выполняется защита при косвенном прикосновении.

4. Вероятность отключения питающей линии на участке с системой заземления ТК выше, чем на участке с изолированной нейтралью, поэтому для ответственных потребителей предпочтительнее устанавливать разделительный трансформатор как можно ближе к шинам цехового трансформатора.

5. Расчетным путем установлена зависимость соотношений предельных длин, при которых обеспечивается защита при косвенном прикосновении, на различных участках сети от мощности разделительного трансформатора.

Заключение

.

Основные теоретические и практические результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Проанализированы различные системы заземления и сделан вывод о преимуществе применения системы заземления 1 Т при питании ответственных потребителей с точки зрения повышения степени бесперебойности питания.

2. На основании проведенной комплексной оценки мер по повышению надежности и бесперебойности электроснабжения ответственных потребителей разработаны рекомендации по построению и защите сетей до 1 кВ с различными системами заземления нейтрали с возможностью установки источников бесперебойного питания.

3. Проанализированы особенности функционирования ИБП статического типа при внешнем КЗ и сделаны выводы о необходимости учета режима токоограничения и поддержания постоянного выходного напряжения на выходе при расчетах токов КЗ и построении защиты.

4. Разработана методика практической проверки эффективности работы защиты при косвенном прикосновении в сетях до 1 кВ с системой заземления 1 Т при питании об ИБП статического типа.

5. Обосновано использование разделительного трансформатора в качестве средства для перехода из сети с действующей системой заземления TN на сеть с изолированной нейтралью.

6. Расчетные эксперименты показали, что установка разделительного трансформатора в сети с действующей системой заземления ТМ позволяет увеличить максимально допустимую длину питающей линии электроприемника, при которой выполняется защита при косвенном прикосновении.

7. Предложены рекомендации по установке разделительного трансформатора в случае перехода от сети с системой заземления TN на сеть 1 Т при питании ответственных электроприемников .

8. Разработаны дополнительные алгоритмы и модули для комплекса программ «Выбор кабелей в сетях до 1 кВ» для персональных ЭВМ, предназначенного для автоматизированного выбора сечений токопроводящих жил кабелей по критерию обеспечения защиты при косвенном прикосновении и позволяющего вести расчет для ответственных потребителей.