Проблема надежности электроснабжения и особенности ее решения

Полноценная жизнь современного общества немыслима без использования электрической энергии. Возникающие перерывы электроснабжения в той или иной мере парализуют жизнь общества, порождая негативные последствия, которые не зависят от временных рамок и вида деятельности членов общества. Все это предопределяет особую значимость проблемы надежного электроснабжения.

Вопросы, возникающие при решении этой проблемы, определяются физическими особенностями электрической энергии. Одной из них является невозможность складирования электроэнергии. Последнее порождает непрерывность во времени процесса производства, передачи и ее потребления.

В границах "производство электроэнергии - электроприемники" система электроснабжения формируется с учетом эффекта совмещения. Последнее предопределяет транзитный характер систем, т. е. одновременное использование системы электроснабжения на разных ее уровнях для комплекса потребителей. Однако расчетные показатели системы электроснабжения для каждого конкретного потребителя имеют индивидуальное значение. Отметим жесткую связь конструктивных решений системы электроснабжения с местными условиями.

С точки зрения возникающих последствий при перерывах электроснабжения потребителей решающую роль играет внезапность возникновения этих перерывов. Последнее определяется характером работоспособности электрооборудования, используемого в системах электроснабжения. Невзирая на профилактические меры по поддержанию работоспособного состояния электрооборудования и наличия предупредительной сигнализации в процессе эксплуатации систем электроснабжения, возникают внезапные отказы элетроснабжения и отключения части или системы целиком. Возникающий при этом перерыв электроснабжения касается соответствующего круга потребителей, связанного с рассматриваемой системой электроснабжения. Продолжительность перерывов зависит от особенностей повредившегося оборудования, определяющих время, необходимое для восстановления его работоспособного состояния или его замены.

Невозможность складирования электроэнергии и необходимость всемерного сокращения негативных последствий от перерывов в электроснабжении вынуждают выполнять решения проблемы надежности электроснабжения потребителей за счет использования резервных элементов, которые вводятся в работу на период ремонта повредившегося элемента системы электроснабжения.

Объем резервирования определяется последствиями, возникающими у потребителя при внезапных перерывах электроснабжения. В этой связи возникает предложение о возможности решения проблемы надежности на основе технико-экономических расчетов, имея ввиду соответствующие затраты на создание и функционирование резервных элементов для предотвращения величины ущерба для потребителей.

При этом необходимо учитывать, что величина ущерба определяется особенностями технологического процесса потребителей. Однако ущерб некоторых из них не поддается оценке.

Внезапность перерывов электроснабжения и совпадение момента начала перерыва с разными фазами технологического процесса потребителей предопределяют решение проблемы надежности при строгом подходе в рамках вероятностного подхода.

Практически ее решение из-за указанных особенностей расчетных характеристик производится на основании соответствующих нормативных регламентаций, которые устанавливаются экспертным путем с учетом многолетнего опыта формирования и функционирования действующих систем электроснабжения. Регламентация основных требований к надежности электроснабжения потребителей в настоящее время отражена в седьмом издании "Правил устройства электроустановок (ПУЭ-7)". Эти требования относятся к электроприемникам потребителей или в целом к их технологическим процессам.

В соответствии с требованиями электроприемники разделены на три категории.

В качестве основного критерия принято допустимое время внезапного перерыва электроснабжения. В частности, для приемников первой категории перерыв допустим на время действия устройств автоматического переключения питания приемника с основного на резервный источник. Для приемников второй категории рассматриваемый перерыв допустим на время действия оперативного персонала по восстановлению электроснабжения. Для приемников третьей категории величина перерыва допустима на время ремонта повредившегося элемента системы электроснабжения, но не более одних суток.

В связи с многообразием электроприемников и технологических процессов в ПУЭ-7 приводятся только самые общие признаки последствий, связанных с внезапными перерывами электроснабжения каждой из указанных групп электроприемников. На основе этих признаков должна производиться соответствующая классификация конкретных приемников потребителей.

Проблема надежности электроснабжения возникает и решается на стадии формирования конкретных систем электроснабжения. Если ожидаемая расчетная нагрузка потребителя определяет параметры основных элементов системы его электроснабжения, то квалификация приемников потребителя по требованиям к надежности их электроснабжения устанавливает характеристики резервных элементов рассматриваемой системы электроснабжения.

К сожалению, в ПУЭ нет необходимой классификации конкретных приемников, а также рекомендаций по способам формирования систем электроснабжения конкретных потребителей. По этой причине при решении рассматриваемых вопросов необходимо использовать ведомственные СНиПы, в которых отмечаются конкретные приемники, привязанные к классификации ПУЭ, а также принципы построения систем электроснабжения соответствующих потребителей. Однако из-за прошедшей приватизации значимость ведомственных СНиПов стала недостаточно определенной. В то же время применительно к электроснабжению городской инфраструктуры необходимые рекомендации содержатся в РД 34.20.185-94 "�нструкция по проектированию городских электрических сетей" и получили необходимое подтверждение в 2003 г.

Согласно РД 34, городские электроприемники по требованию к надежности их электроснабжения, с учетом классификации ПУЭ, разделяются на три категории. К первой категории относятся: электроприемники противопожарных устройств различного назначения, используемые в зданиях и сооружениях и регламентируемые соответствующими нормами; электроприемники операционных блоков, отделений реанимации и интенсивной терапии больниц; электродвигатели сетевых и подпитывающих насосов котельных с водогрейными котлами производительностью более 10 Гкал/ч; лифты, эвакуационное и аварийное освещение в жилых зданиях высотой более 17 этажей;эвакуационное и аварийное освещение зрелищных предприятий вместимостью на 800 мест и более, детских театров, дворцов со зрительными залами любой вместимости; охранная сигнализация торговых учреждений площадью более 2 тыс. кв. м, столовых, ресторанов с числом посадочных мест более 500.

К первой категории также относятся комплексы электроприемников водопроводных и канализационных станций городов с числом жителей более 50 тыс. чел.; гостиниц более чем на 1 тыс. мест, учреждений с количеством работающих более 2 тыс. чел., учреждений и музеев федерального значения; тяговых подстанций городского транспорта, АТС, учреждений массовой информации.

Ко второй категории относятся комплексы электроприемников: жилых домов с электроплитами, а также домов высотой в 6 этажей с газовыми плитами; зданий учреждений высотой до 16 этажей с количеством работающих от 50 до 2 тыс. чел.; детских и медицинских учреждений, аптек; крытых зрелищных предприятий с количеством мест в зале от 300 до 800; предприятий общественного питания с количеством посадочных мест от 100 до 500, а также магазинов с торговой площадью от 250 кв. м до 2 тыс. кв. м; комбинатов бытового обслуживания, ателье с количеством рабочих мест более 50, парикмахерских; учебных заведений с количеством учащихся от 200 чел. до 1 тыс. чел., музеев местного значения, гостиниц высотой до 16 этажей с количеством мест от 200 до 1 тыс.; установок тепловых сетей, городских осветительных устройств; водопроводов и канализаций городов с числом жителей от 5 тыс. до 50 тыс. чел.

Не вникая в подробности формирования городской распределительной сети, которые представляют собой совокупность внешних систем электроснабжения объектов города, отметим основные особенности электроснабжения потребителей с учетом приведенной выше классификации электроприемников, а также содержание негативных последствий для жизнедеятельности населения, которые возникают при перерывах электроснабжения.

В этой связи основная задача будущих собственников городского объекта при разработке задания на проект электроснабжения объекта - правильно классифицировать категорийность электроприемников, учитывая, что решение этого вопроса определяет как стоимость сооружения системы электроснабжения объектов, так и последующую надежность его электроснабжения, а следовательно возможных последствий из-за перерывов электроснабжения объекта. При этом не следует забывать, что надежность покупается. В то же время потребители достаточно часто свои электроприемники относят к приемникам третьей категории, ошибочно полагая, что в зимних условиях ремонт кабельных линий возможно выполнить в пределах одних суток.

При наличии в составе объекта приемников разной категории система его электроснабжения может обеспечивать разный уровень электроснабжения. Последнее означает, что при отказах системы электроснабжения перерывы электроснабжения могут касаться части приемников. Например, для жилого дома высотой более 17 этажей допустим перерыв электроснабжения на время действия дежурного персонала, однако лифты, эвакуационное и аварийное освещение дома в то же время должны обеспечиваться электроэнергией.

Поскольку нарушение электроснабжения затрагивает интересы потребителей, возникает проблема ответственности за эти нарушения. В связи с этим необходимо различать системы внешнего и внутреннего электроснабжения объектов. В качестве точки разграничения ответственности выступает вводное электрораспределительное устройство объекта или подобное устройство в составе городских распределительных сетей.

В результате, внешняя система электроснабжения находится в границах от центра питания энергоснабжающей организации до указанного распределительного устройства. Внутренняя система включает всю совокупность электротехнических устройств, размещенных от вводного устройства до каждого электроприемника рассматриваемого объекта электроснабжения. Особенности формирования внутриобъектных систем электроснабжения регламентируются соответствующим СНиПом.

При возникновении перерывов электроснабжения ответственность возлагается как правило на энергоснабжающую организацию. Между тем отказы электрооборудования имеют место и во внутренних системах электроснабжения, которые находятся в ведении собственников объектов.

Частота отказов электрооборудования определяется уровнем постановки эксплуатации систем электроснабжения. В этой связи отметим, что энергоснабжающая организация, отвечающая за надежность внешних систем электроснабжения потребителей, в своей деятельности не только строго придерживается нормативной регламентации, но даже использует дополнительные меры повышения надежности электроснабжения потребителей. Например, распределительная сеть 10 кВ Санкт-Петербурга выполняется автоматизированно, что создает условия бесперебойного электроснабжения городских потребителей в случаях отказа таких сетей.

В то же время недостаточный уровень постановки эксплуатации внутридомовых сетей, которые находятся в ведении жилищных управлений, и необходимость неотложного повышения этого уровня достаточно известны. Неслучайны возникновения пожаров из-за неисправности внутренних сетей объектов.

Трудности всестороннего решения проблемы надежности электроснабжения усугубляются тем обстоятельством, что классификация приемников в ПУЭ по продолжительности перерывов электроснабжения не содержит регламентации частоты этих перерывов. Указанное не случайно, т. к. физический объем систем электроснабжения и показатели отказов ее элементов являются характерными для каждого отдельного электроприемника.

Для представления о натуральных показателях уровня надежности электроснабжения потребителей на примере распределительных сетей Санкт-Петербурга, имея в виду только внешнюю систему электроснабжения, произведем оценку расчетной частоты ее отказов для жилого дома, который согласно РД относится ко второй категории электроприемников с учетом средних показателей повреждаемости электрооборудования.

В системе электроснабжения дома будем учитывать три уровня: распределительная сеть 10 кВ, трансформаторная подстанция (ТП) напряжением 10/0,38 кВ и питающие линии 0,38 кВ. Показатели повреждаемости электрооборудования принимаемы по данным технической литературы.

Сеть 10 кВ, как отмечено выше, автоматизирована, при ее отказах перерывы электроснабжения не происходят.

Электрооборудование 0,3 8-10 кВ ТП в следствие его простоты и трансформаторы 10/0,38 кВ отличаются очень высокой надежностью. По имеющимся данным, средняя частота отказов целиком ТП (включая трансформаторы) в год составляет 0,008.

По средней длине кабельной линии 0,38 кВ от ТП до ГРЩ дома 150 м и средней частоте отказов кабельных линий 0,38 кВ 0,4 на 1 км частота отказов рассматриваемой линии в год составит 0,4х0,15=0,006. Следовательно, перерыв электроснабжения рассматриваемого жилого дома будет наблюдаться один раз в 1/0,008+0,0006=72 года.

Приведенная цифра показывает весьма высокий уровень надежности электроснабжения потребителей, который обеспечивается принятым способом формирования и уровнем постановки эксплуатации городской распределительной сети Санкт-Петербурга.

Однако остается недостаточно решенным вопрос обоснованности указанной надежности электроснабжения, учитывая, что вышеприведенная действующая регламентация базируется только на натуральных показателях надежности, а не на технико-экономических расчетах ее оптимальных показателей. Новые законодательные положения о материальной ответственности за последствия нарушений электроснабжения следует рассматривать в качестве предпосылки для решения проблемы на основе оптимизации надежности.

Автор: В. А. Козлов Дата: 01.06.2004 Журнал Стройпрофиль 4-04 Рубрика: электротехническое оборудование Внимание: Публикация является архивной и на текущий момент может быть не достоверной.

«« назад