Энергоэффективность низковольтных сетей. Способы снижения потерь

Page 1

Page 2

XX заседание Ассоциации электроснабжения городов России «ПРОГРЕССЭЛЕКТРО»

ЛЕСНЫХ В.В.,

руководитель группы по работе с ПО

Дивизиона «Низковольтное оборудование» ООО «АББ»

ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ НИЗКОВОЛЬТНЫХ
СЕТЕЙ. СПОСОБЫ СНИЖЕНИЯ ПОТЕРЬ

ВВЕДЕНИЕ

Вопросу снижения потерь в электрических

сетях 0,4 кВ в настоящее время уделяется боль-
шое внимание как на федеральном, так и на
региональных уровнях. Об этом свидетельству-
ют представленные ниже документы.

1. Постановление Правительства РФ от

16.02.2008 № 87 (ред. от 08.08.2013) «

О составе

разделов проектной документации и требова-

ниях к их содержанию»

(с изм. и доп., вступаю-

щими в силу с 01.01.2014) [1].

2. Приказ Минэнерго России от 30 декабря

2008 г. № 326 (ред. от 01.02.2010

) «Об органи-

зации в Министерстве энергетики Российской

Федерации работы по утверждению нормати-

вов технологических потерь электроэнергии

при её передаче по электрическим сетям»

[2].

«Методические рекомендации по опре-

делению потерь в городских электрических

сетях напряжением 10(6)—0,4 кВ»

. Разра-

ботаны Российским акционерным обществом
«Роскоммунэнерго» и ЗАО «АСУ Мособлэлек-
тро». Утверждены заместителем председателя
Госстроя России 23.04.01.

В соответствии с их указаниями, уже на этапе

проектирования необходимо предусматривать
мероприятия по обеспечению энергетической
эффективности, которые включают в себя
разработку требований:
• к используемым в зданиях, строениях и соору-

жениях устройствам и технологиям;

• к включаемым в проектную документацию и

применяемым при строительстве, реконструк-
ции и капитальном ремонте зданий, строений
и сооружений, технологиям и материалам.

Данные меры должны исключить нерацио-

нальный расход энергетических ресурсов как в
процессе строительства, реконструкции и капи-
тального ремонта зданий, строений и сооруже-
ний, так и в процессе их эксплуатации.

В «Методических рекомендациях по опреде-

лению потерь в городских электрических сетях
напряжением 10(6)—0,4 кВ» [3] рассмотрены
основные организационно-технические меро-
приятия, направленные на снижение технологи-
ческого расхода электрической энергии при её
передаче и распределении в городских сетях
напряжением 10(6)—0,4 кВ.

В докладе остановимся на некоторых из

них, имеющих непосредственное отношение к
оборудованию и техническим решениям, кото-
рые предлагает наша компания на российском
рынке.

К приоритетным техническим мероприятиям

наряду с другими указанный выше документ
относит следующие:
• комплексная автоматизация и телемеханиза-

ция электрических сетей, применение комму-
тационных аппаратов нового поколения;

• увеличение эффективности использования

трансформаторов за счёт сезонного отклю-
чения одного из двух трансформаторов двух-
трансформаторной подстанции;

• внедрение нового электрооборудования, в

частности трансформаторов с уменьшенными
активными и реактивными потерями холостого
хода;

• использование максимально допустимого

сечения проводов в электрических сетях
напряжением 0,4—10 кВ с целью адаптации

Page 3

2–4 июня 2014 г., Нижний Новгород

их пропускной способности к росту нагрузок в
течение всего срока службы.
Ниже приводятся некоторые данные о совре-

менной аппаратуре управления и коммутации,
применяемой в низковольтных распределитель-
ных сетях в составе распределительных устройств
НН. Кратко рассмотрены их конструктивные
особенности, которые обеспечивают снижение
потерь мощности. Приведены примеры органи-
зации управления энергопотреблением и автома-
тизации инженерных систем зданий. Технические
решения, направленные на снижение потерь в
системах сборных шин и разборных электриче-
ских контактных соединений РУНН и ГРЩ(ВРУ).

УПРАВЛЕНИЕ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЕМ

Повышение энергоэффективности сети 0,4 кВ

возможно достичь несколькими путями.

Первый, наиболее продуктивный, — оптими-

зация энергопотребления за счёт внедрения
системы управления электроснабжением потре-
бителей. Эти системы реализуются на уровне
распределительных устройств низкого напря-
жения ТП и в сетях управления освещением,

вентиляцией, теплоснабжением, водоснабжени-
ем зданий и сооружений.

Второй — совершенствование конструкции

оборудования передачи и распределения элек-
трической энергии с целью снижения потерь на
её элементах.

Оптимизация энергопотребления за счёт

внедрения системы управления электроснаб-
жением потребителей

Автоматический контроль и управление

нагрузками, основанные на анализе потребляе-
мой энергии, являются оптимальным решением
для эффективного сокращения расходов.

Целью таких систем управления является

упорядоченное регулирование потребления
электроэнергии, что исключает бесконтрольный
режим работы нагрузок. Например, в жаркий
летний день все системы обеспечения климата,
кондиционеры могут начать работать одно-
временно, создавая пик потребления и после-
дующие проблемы с энергообеспечением и
увеличением стоимости электроэнергии за счёт
дополнительных выплат при превышении значе-
ний заявленной мощности.

Рис. 1. Фрагмент схемы распределительной сети 0,4 кВ

Page 4

XX заседание Ассоциации электроснабжения городов России «ПРОГРЕССЭЛЕКТРО»

Кроме того, в наибо-

лее сложных случаях для
предотвращения сраба-
тывания защиты по пере-
грузке придётся увеличить
мощность электроустановки.

Возможность управления

нагрузками в соответствии
со списком приоритетов,
определяемым пользова-
телем, предоставляет ему
определённые важные преи-
мущества с экономической и
технической точек зрения:
• оптимизация энергопотребления позволяет

избежать санкций за превышение договорных
лимитов установленной мощности или изме-
нения тарифа сбытовой компанией при посто-
янных превышениях установленных пределов
потребления энергии;

• алгоритм расчёта позволяет кратковременно

превышать установленный предел мощности,
но в длительном режиме обеспечивает уровень
средней потребляемой мощности ниже, чем
установленный пользователем предел;

• исключить срабатывание вводного автомати-

ческого выключателя по перегрузке, а следо-
вательно, обеспечить непрерывность работы
всей электроустановки.

Техническая реали-

зация данной системы
возможна в двух вариан-
тах.

Вариант 1

Автома-

тический выключатель
Emax 2 устанавливается
в качестве вводного аппа-
рата в главных распреде-
лительных щитах зданий
или распределительных
устройствах низкого
напряжения трансфор-

маторных подстанций. С помощью блока Ekip
Signalling вводной автоматический выключа-
тель имеет возможность отключать от сети и
подключать до 15 отходящих к нагрузкам линий
посредством подачи управляющих сигналов на
электромеханические приводы аппаратов защи-
ты соответствующих потребителей (рис. 1).

Электронные расцепители Ekip (рис. 2) с моду-

лем измерения мощности Ekip Measuring обраба-
тывают значения суммарного потока мощности
за определённый интервал времени и по опре-
делённому алгоритму определяют возможность
его превышения над установленным значением.

По истечении каждого определённого заранее

интервала времени значение суммарной мощно-
сти обнуляется. Таким образом, расчётный

модуль программы, реализую-
щей функцию Power Controller,
имеет в своём распоряжении
значение мощности, измеренное
за текущий интервал.

На рис. 3 показан процесс

ограничения единовременной
мощности за счёт отключения от
сети неприоритетных нагрузок.
Превышение единовременной
мощности над заявленной свиде-
тельствует о присоединении к
сети дополнительных нагрузок,
не предусмотренных договором
с электроснабжающей организа-
цией и техническими условиями
на присоединение. Единовре-
менная мощность, потребляемая
в настоящий момент времени,
равняется сумме мощностей
приборов и всего электро-
оборудования, потребляющего

Рис. 3. Пример ограничения единовременной мощности за

счёт отключения неприоритетных нагрузок

Рис. 2. Электронный расцепитель

Touch LSIG

Page 5

2–4 июня 2014 г., Нижний Новгород

электроэнергию в определённый период, поэто-
му она не может быть больше заявленной мощно-
сти и лишь теоретически может быть равна ей.
Поэтому программа, реализующая функцию
Power Controller, следит за ростом потребления
электроэнергии, оценивает вероятное энергопо-
требление в конце периода измерения (кривая
жёлтого цвета на слайде), сравнивает с заяв-
ленным значением и при необходимости выдаёт
сигнал на отключение одной из нагрузок. Прио-
ритетность и порядок их отключения задаётся
сотрудниками службы эксплуатации и произво-
дится на дисплее расцепителя. Таким образом
поддерживается заданное значение мощности
(кривая синего цвета на рис. 3). Это решение
для управления нагрузками представляет собой
оптимальный баланс надёжности, простоты и
экономичности. Функция Power Controller встра-
ивается в электронные расцепители защиты
автоматических выключателей Emax 2 при их
сборке на заводе-изготовителе в виде специаль-
ной программы и потому не требует каких-либо
сложных систем управления и измерения, а
также внедрения дополнительного программно-
го обеспечения.

Вариант 2.

Является более продвинутым

техническим решением по сравнению с первым
вариантом. Оно позволяет реализовывать

сложные алгоритмы управления нагрузками.
В основе его находится программно-аппарат-
ный комплекс АББ под условным обозначением
ATS500, в который входит не только оборудо-
вание, но и комплекты электрических схем и
программное обеспечение для контроллера.

Внедрение в конструкцию РУНН (ГРЩ)

технического решения АББ ATS500 (рис. 4) на
базе свободно программируемого логического
контроллера АС500 и современных приборов
учёта и измерения параметров электрической
энергии А44 и DMTME или М2М позволяет
значительно увеличить количество аппаратов
отходящих линий, управление которыми возмож-
но вести с автоматизированного рабочего места
оператора АСУ электроснабжением объекта
(ЭС). Также в связи с применением в качестве
управляющего элемента свободно программи-
руемого контроллера АС 500 увеличивается
количество вариантов программ управления
автоматикой включения резерва.

Применение ПЛК с удалёнными блоками

ввода-вывода позволило сократить число
межпанельных соединений до минимума. Все
дискретные сигналы от аппаратов отходящих
линий собираются на блок ввода-вывода в
рамках одной панели. Также и команды управ-
ления на включение и отключение аппаратов

Рис. 4. Пример реализации технического решения ATS 500

Page 6

XX заседание Ассоциации электроснабжения городов России «ПРОГРЕССЭЛЕКТРО»

подаются непосредственно с это блока (пока-
зано стрелками на рис. 4). Обмен информацией
между центральным контроллером и блоками
ввода-вывода производится цифровыми кодами
по стандартной витой паре. С внешним устрой-
ством управления ПЛК обменивается информа-
цией с использованием стандартных протоколов
Modbus RTU или Modbus TCP.

Это решение позволяет также организовать

с учётом сезонных графиков нагрузки более
эффективное использование силовых транс-
форматоров подстанции типа 2КТП. Снижение
потерь энергии в этом случае будет достигать-
ся за счёт сезонного отключения одного из
двух трансформаторов, что является одним
из приоритетных технических мероприятий по
снижению потерь в распределительных сетях
10(6)—0,4 кВ.

Но для реализации этого алгоритма работы

автоматики ТП подойдут далеко не все силовые
трансформаторы. Вероятны случаи, когда при
отключённом втором трансформаторе возможно
резкое повышение потребления энергии. Авто-
матика РУНН обнаружит это и даст команду
на включение второго трансформатора. При
этом пуск трансформатора может проводится
в зимнее время при самых неблагоприятных
условиях, например при низких значениях темпе-
ратур. Обеспечить пуск на номинальный ток при
температуре обмоток -60

С под силу в настоящее

время только одной серии силовых трансформа-
торов, которая представлена на рис. 5.

Их испытания проводились нагрузкой двойным

номинальным током после охлаждения обмоток до
температуры -60

С. Трансформаторы RESIBLOC

выдержали многократные испытания.

Механическая прочность является одним

из самых важных условий надёжности сухих
трансформаторов. Трансформаторы RESIBLOC

находятся в производстве начиная с 1974 года.
С этого момента было произведено более
50000 трансформаторов и не зафиксировано ни
одного случая образования трещин в изоляции
их катушек.

Благодаря большой доле стекловолокна

(около 80%) в обмотке высокого напряжения и
сочетанию радиальных связей с осевым усиле-
нием стекловолокном, блок обмотки обладает
очень высокой радиальной и осевой прочностью,
сравнимой с прочностью стали.

КОМПЛЕКСНАЯ АВТОМАТИЗАЦИЯ

ПРОЦЕССОВ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИМИ

СИСТЕМАМИ ЗДАНИЙ

Деятельность по автоматизации процессов

управления техническими системами зданий
направлена на оптимизацию энергопотребления
в системах освещения, отопления, вентиляции и
кондиционирования.

Гибкость и функциональность интеллектуаль-

ного управления техническими
системами здания позволяет
достигать значительных резуль-
татов в энергосбережении,
добиваться снижения эксплуа-
тационных расходов.

Современное законодатель-

ство способствует продвижению
энергоэффективных технологий
по всему миру. Например, в
Европе критерии энергоэф-
фективности зданий определя-
ются европейским стандартом
EN 15232. Для оценки влияния
систем автоматизации и управ-
ления оборудованием на энер-
гопотребление зданий вводятся
четыре класса эффективности,
от А до D (табл. 1).

Повышение энергоэффектив-

ности за счёт интеллектуальной

Рис. 5. Трансформаторы RESIBLOC

Page 7

2–4 июня 2014 г., Нижний Новгород

Потенциальная экономия по результатам
научных исследований:

Управление отоплением помещений

14—25

Автоматизация отопления

7—17

Управление жалюзи

9—32

Управление освещением

25—58

Управление вентиляцией

20—45

автоматизации, например применения техно-
логии ABB i-bus

KNX в системах управления

освещением, микроклиматом (отопление, венти-
ляция, кондиционирование), позволяет получить
результаты, представленные в табл. 2.

Данный экономический эффект достигается

за счёт автоматизации процессов управления в
системах управления освещением и микрокли-
матом.

С помощью программно-аппаратных средств в

них реализуются следующие мероприятия:
• включение и отключение света производится в

зависимости от наличия людей в помещениях;

• регулирование светового потока производится

в зависимости от уровня естественной осве-
щённости;

• поддержание постоянной освещённости в

помещении по заданным алгоритмам или
временным интервалам;

• обеспечено автоматическое включение и

отключение освещения коридоров и внешних
периметров;

• выполняется регулирование и поддержание

температуры воздуха в помещении в задан-
ных пределах и по установленным алгоритмам
(например, день-ночь);

• осуществляется автоматическое управление

вентиляцией по заданным алгоритмам или
параметрам воздуха;

• оптимизируется управление фанкойлами

систем кондиционирования;

• проводится мониторинг положения створок

окон;

Табл. 1. Классы энергоэффективности по стандарту EN 15232

Табл. 2. Экономия электрической энергии

после внедрения технологии АВВ i-bus

KNX

• осуществляется управление жалюзи с регули-

рованием положения створок, а также штора-
ми и роликовыми шторками.

СНИЖЕНИЕ ПОТЕРЬ НА ОСНОВНЫХ

ЭЛЕМЕНТАХ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ

УСТРОЙСТВ 0,4 КВ

Задача снижения потерь на основных элемен-

тах распределительных устройств трансформа-
торных подстанций 10 (6)/0,4 кВ в свете требова-
ний Приказа Минэнерго РФ от 30 декабря 2008 г.
№ 326 в настоящее время становится наиболее
актуальной. Допустимый уровень технологиче-
ских потерь для ТП 10 (6) кВ определён значени-
ем в 150 Вт (табл. 3).

Такие жёсткие требования предполагают

применение в качестве вводных автоматических
выключателей ТП очень эффективных с точки
зрения потерь мощности высокотехнологиче-
ских аппаратов. Также предполагается приме-
нение эффективных средств стабилизации

* Теплообменники систем кондиционирования.

Page 8

XX заседание Ассоциации электроснабжения городов России «ПРОГРЕССЭЛЕКТРО»

переходного сопротивления разборных электри-
ческих контактных соединений.

В последние пятнадцать лет у всех произво-

дителей силовых трансформаторов и коммута-
ционного оборудования наметилась устойчивая
тенденция, направленная на совершенствова-
ние их конструкции, применения современных
материалов и технологий при производстве
автоматических выключателей, выключателей
нагрузки, контакторов (пускателей), что привело
к значительному улучшению данных параметров.

Говоря о силовых трансформаторах, сегодня

можно отметить развитие четырёх главных
направлений.

Традиционная линия — классические транс-

форматоры «эконом класса» для развития и
поддержания в рабочем состоянии сетевого
хозяйства.

Новые тенденции:

• трансформаторы с сердечником из

аморфной стали;

•

трансформаторы для мобильных
подстанций и трансформаторных
подстанций с автономной системой
отопления. С высокими показателями
по пуску при низких температурах
окружающего воздуха;

• трансформаторы с индивидуальны-

ми параметрами, определёнными
заказчиком (например, для ЦОД, для
работы в сетях с наличием гармо-
нических составляющих высокого
порядка и нестандартным значением
К-фактора).
Рассмотрим основные показатели

снижения потерь на силовых трансфор-
маторах с магнитной системой, изготов-
ленной из аморфной стали.

Силовые трансформаторы

Применение аморфной стали для изготовле-

ния магнитопровода позволяет в разы снизить
потери холостого хода трансформатора. Кроме
того, КПД трансформаторов с магнитопровода-
ми из аморфной стали значительно выше, чем
КПД традиционных трансформаторов. Иссле-
дования, проведённые академиком РАН (Отде-
ление энергетики, машиностроения, механики
и процессов управления

ОЭММПУ, секция СЭ

Энергетика), д.т.н. Янушем Брониславовичем

Данилевичем показывают, что КПД транс-
форматора с сердечником из аморфной стали
достигает 94,13%, тогда как у трансформатора
с сердечником из обычной трансформаторной
стали этот показатель составляет 90,09%.
Похожие данные приводит американская компа-
ния Metglas Inc: используя аморфную сталь,

Табл. 3. Допустимый уровень технологических потерь

Вид оборудования

Удельные потери электроэнергии при напряжении, кВ

110

154

220

330

500

750

ШР, тыс. кВт·ч/МВА в год

СППС, тыс. кВт·ч на ПС

в год

1,3

415

737

Примечание: значения потерь, приведённые в таблице, соответствуют году с числом дней 365.
При расчёте потерь в високосном году применяется коэффициент к=366/365

Табл. 4. Сравнительные данные по потерям в сухих

трансформаторах

Стандартный

сухой транс-

форматор

EcoDry

Номинальная мощность

1000 кВА

Напряжение (первичное)

10 000 В

Потери ХХ

2000 Вт

1500 Вт

Потери КЗ

10 120 Вт

6785 Вт

Потери при полной нагрузке

12 120 Вт

8285 Вт

Эффективность при полной
нагрузке

98,79%

99,17%

Ежегодные потери энергии

106 171 кВт·ч

72 577 кВт

СО

57,4 т/г

39,3 т/г

Page 9

2–4 июня 2014 г., Нижний Новгород

Значение рассеиваемой мощности для серии
Emax 2 сокращено на 20% (относительно
предыдущей серии Emax)

можно сократить потери в трансформаторе на
71—80%. В табл. 4 приведены данные компа-
нии АББ для трансформаторов EcoDry серии
DTE.

В целом применение трансформаторов с

сердечниками из аморфной стали (рис. 6) позво-
ляет сократить суммарные потери (холостого
хода и короткого замыкания) для средних или
сильных переменных нагрузок на 45%, а для

Рис. 6. Трансформатор с сердечниками из

аморфной стали EcoDry

Рис. 7. Ретроспектива линейки низковольтных воздушных автоматических выключателей АББ

на токи до 6300 А

высоких — на 30% по сравнению с обычными
сухими трансформаторами.

Автоматические выключатели

Большие успехи достигнуты в совершенство-

вании конструкции автоматических выключате-
лей. Компания АББ заняла лидирующие позиции
в мире по показателям потерь мощности на
воздушных аппаратах защиты.

В среднем потери мощности на воздушных

выключателях последней серии Emax 2 снижены
на 20% по сравнению с предыдущими сериями
(рис. 7).

Стабильность значения переходного сопро-

тивления главных контактов автоматических
выключателей АББ обеспечивается примене-
нием уникальных материалов и эффективной
технологии гашения дуги, возникающей при их
размыкании под нагрузкой (рис. 8).

Форма контактной группы и конструкция каме-

ры дугогашения позволяют избежать термиче-
ского воздействия на контактные площадки, их
обгорания и образования оксидных плёнок и,
как следствие, сохранить значение переходного
сопротивления в заданных пределах на весь
период службы аппарата. При этом современные
электронные расцепители Ekip позволяют опре-
делять процент износа главных контактов авто-
матического выключателя и либо отображать

Page 10

XX заседание Ассоциации электроснабжения городов России «ПРОГРЕССЭЛЕКТРО»

эти данные на своём табло, либо передавать
их на верхний уровень АСУ электроснабжением
объекта.

ВЫКЛЮЧАТЕЛИ НАГРУЗКИ

Серия выключателей-разъединителей OT на

номинальные токи от 16 до 4000 А прекрасно
зарекомендовала себя на электротехническом
рынке. Аппараты отличаются надёжностью,
компактными размерами и высокими техниче-
ским характеристикам. Отличных показателей
удалось достигнуть за счёт применения в выклю-
чателях нагрузки ОТ контактной группы изогну-
той формы, многократного разрыва каждой
фазы и ножевых контактов (рис. 9).

Изменение формы контактов позволило

использовать взаимодействие магнитных полей
для обеспечения более надёжного соединения.
Многократный разрыв каждой фазы позволяет
значительно увеличить суммарную величину
промежутка и обеспечивает быстрое и надёжное
размыкание в компактном корпусе.

Ножевые контакты не позволяют образовы-

ваться нагару, что увеличивает срок службы
аппарата и уменьшает нагрев контактной группы.

Изменение конструкции главных контактов

привело к значительному (по сравнению с
предыдущей серией OETL) уменьшению габа-
ритно-установочных размеров (32%) и сниже-
нию потерь мощности выключателя в среднем
на 30% в диапазоне номинальных токов от 200
до 3150 А. Это также позволило расширить

Рис. 8. Гашение дуги в воздушном

автоматическом выключателе Emax 2

Рис. 9. Выключатель нагрузки серии

ОТ4000Е03

линейку существующих выключателей-разъе-
динителей до 4000 А, реверсивных аппаратов —
до 3200 А.

Контакторы

Новое поколение контакторов АББ — AF

(рис. 10) — оснащено электронной электромаг-
нитной системой, действие которой основано на
обработке микропроцессором сигнала управле-
ния, поступающего на аппарат, а также анализе
уровня напряжения в цепи управления.

Применение данной системы позволило

обеспечить гарантированную коммутацию глав-
ных контактов аппарата при снижении напряже-
ния на катушке управления на 75% от номиналь-
ного значения. Кроме того, электромагнитная
система контакторов AF использует энергию
постоянного тока. Это позволяет в среднем на
80% уменьшить мощность потребления электро-
энергии и поддерживать оптимальное распре-
деление электромагнитных сил в магнитной
системе.

В контакторах серии AF применены новые

материалы контактных площадок как неподвиж-
ных, так и подвижных контактов. Такое решение
повышает надёжность изделия, уменьшает
тепловые потери на 10% и ведёт к сокращению
нагрева контактных элементов.

Инновации выгодны не только на стадии

внедрения, но и в период эксплуатации. Специ-
алисты компании АББ посчитали, что замена
контакторов в лифтовом хозяйстве Санкт-
Петербурга за год принесёт экономию в 8 млн
рублей.

Page 11

2–4 июня 2014 г., Нижний Новгород

СИСТЕМА СБОРНЫХ ШИН.

КОНТАКТНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Снижение потерь на сборных и распреде-

лительных шинах комплектных устройств
низкого напряжения является также не
менее важной задачей, чем применение
энергоэффективных аппаратов. Потери
на данных элементах низковольтных
комплектных устройств зависят от каче-
ства выполнения разборных контактных
соединений (РКС) и правильном выборе
сечений токоведущих проводников.

Разборные контактные соединения (РКС)

являются основой любой системы приёма
и распределения электрической энергии.
От качества исполнения и технических
характеристик этого элемента зависят не
только потери электрической энергии, но и
безопасность электроустановки в целом.

Если болтовое соединение участка шин или

ответвления от сборных шин выполнено недо-
статочно хорошо или в процессе эксплуатации
ослабло, то контакт между соединёнными шина-
ми ухудшается, т.е. переходное сопротивление
контакта возрастает.

При прохождении тока через такое соединение

мощность, теряемая на сопротивлении, увели-
чивается, вследствие чего усиливается нагрев
соединения. Усиление нагрева влечёт за собой
интенсивное окисление металла и, следователь-
но, ещё большее увеличение переходного сопро-
тивления.

Успешное решение вопросов стабилизации

контактного нажатия в разборном контактном
соединении является основой для снижения
потерь мощности на этом элементе распредели-
тельной сети.

На практике зона электрического контакта при

соединении двух проводников прямоугольной
формы определяется фактически размерами
плоских шайб или тарельчатых пружин, установ-
ленных под головками болтов или гаек. Реальное
контактное пятно показано на рис. 11.

Светлая зона на фотографии — это область

пластической деформации микронеровностей на
поверхности шины (зона электрического контак-
та). В этом месте при сохранении исходной силы
сжатия токопроводящих поверхностей доступ
кислорода ограничен, а следовательно, не проис-
ходит образования оксидной плёнки и, как след-
ствие, снижения переходного сопротивления.

Задача, которая стоит перед разработчиком РУ,
заключается в том, чтобы сохранить эту зону на
весь период службы изделия. При этом долж-
ны быть учтены все основные режимы работы
шинной системы.

Рис. 11. Контактное пятно разборного

электрического контактного соединения

Рис. 10. Серия контакторов AF с электронной системой

управления на токи от 9 до 2650 А

Поскольку тепловой режим работы шинной

системы лежит в пределах от 5 до 100

С, то

очевидно, что сохранение этого параметра
возможно в том случае, если применять специ-
альные средства. Наиболее эффективным
способом решения этой задачи является приме-
нение в РКС тарельчатых пружин [4].

На рис. 12 показана технология сборки РКС,

реализуемая в технических решениях компании
АББ, которая базируется на применении тарель-
чатых пружин, изготовленных в Германии по
национальному стандарту DIN 6796.

Кроме того, все элементы, входящие в

Page 12

XX заседание Ассоциации электроснабжения городов России «ПРОГРЕССЭЛЕКТРО»

конструкцию РКС, а именно болты, гайки и
шайбы, имеют классы прочности, которые
обеспечивают при заданных моментах затяжки
сохранение их геометрических размеров на весь
срок службы распределительного устройства.

В совокупности эти меры позволяют стаби-

лизировать переходное сопротивление РКС и
не допустить увеличения потерь мощности на
протяжении всего периода службы распредели-
тельного устройства.

Существенное влияние на величину переход-

ного сопротивления РКС также оказывает способ
соединения шин. В настоящее время широко
применяются соединения с полным перекрыти-
ем, соизмеримым с шириной шины. При данном
способе соединения для обеспечения надёжного
электрического контакта при установленных
нормами моментах затяжки болтов требуется
фрезеровка шины.

На практике эта операция не выполняется,

что ведёт к повышению значения переходного
сопротивления, поскольку усилие
затяжки тратится не на деформа-
цию микронеровностей контактной
поверхности и создания зон контак-
та, а на компенсацию линейных
неровностей поверхности.

В результате этого при двух

разных способах соединения
шины 80х10 разница пере-
ходного сопротивления может
составлять несколько раз
(рис. 13).

Целесообразность в максималь-

ном увеличении длины нахлёста
при соединении шин между собой в
принципе отсутствует.

Многочисленные практиче-

ские исследования разборных
контактных соединений плоских
проводников (шин) между
собой показали следующее [5]:
• сопротивление участка целой
шины длиной L будет всегда
меньше переходного сопро-
тивления участка аналогичной
длины, выполненного наложе-
нием двух плоских проводников
друг на друга, при полном элек-
трическом контакте по всей
площади наложения;

• эта разница обусловлена эффектом потока в

месте стыка плоских проводников и зависит
от соотношения длины соединения и толщины
соединяемых проводников;

• оптимальная длина участка наложения плоских

проводников (шин) составляет 5—7 величин их
толщины (рис. 14).
На графике (рис. 14) видно, что величина

коэффициента потока (ось ординат), начиная
с величины соотношения длины соединения и
толщины соединяемых проводников, равной 5,
практически не меняется.

Система сборных шин. Выбор оптимально-

го сечения

Важным фактором в снижении потерь в РУНН

является также правильный выбор сечений токо-
ведущих проводников сборных и распределитель-
ных шин. Погрешности, допущенные на этом этапе
конструирования распределительных устройств,

Рис. 12. Пример контактного соединения с применением

тарельчатых пружин, изготовленных по стандарту DIN 6796

Рис. 13. Два варианта соединения шин:

1,1 мкОм

2,1 мкОм

Page 13

2–4 июня 2014 г., Нижний Новгород

приводят к значительному их перегреву.
Это уже само по себе свидетельствует о
высоких потерях электрической энергии.

Кроме того, следует помнить, что

температура рабочей поверхности
проводников сборных и распредели-
тельных шин, как правило, нормируется
и определяется исходя из их свойств,
материалов, используемых для монта-
жа шин, и допустимых температурных
режимов работы кабелей (исходя из
сохранения изоляционных свойств), а
также устройств, соединённых с шинами.
Таким образом, превышение температу-
ры может негативно повлиять на надёж-
ность работы оборудования и пожарную
безопасность электроустановки в целом.

Ошибки, связанные с выбором требу-

емых поперечных сечений токоведущих
проводников прямоугольного сечения, обуслов-
лены тем, что в отечественной нормативной базе
отсутствуют чёткие указания по этому вопросу.
Основным документом, которым пользуются
разработчики комплектных распределительных
устройств, являются ПУЭ. В них содержатся
таблицы с данными по допустимым длительным
токам для определённого сортамента шин. Но
следует отметить, что допустимые длительные
токи приведены в таблицах 1.3.29 — 1.3.35 ПУЭ
для неизолированных проводов и окрашенных
шин. Поэтому использование этих данных для
выбора сечений голых (неокрашенных) шин
приводит к серьёзным проблемам в ходе эксплу-
атации.

Разница в значениях длительно пропускаемого

по шинам тока для голых окрашенных проводни-
ков при условии сохранения одинаковой темпе-
ратуры на их поверхности может составлять от
15 до 20%.

Значения длительных токов для медных

шин с одной площадью поперечного сечения
Sсеч=500 мм

и одинаковыми геометрическими

размерами 100х5 мм: окрашенные — 1300 А,
голые — 1080 А.

Существенно влияют на значения тока и геоме-

трические размеры прямоугольных проводников.

Значения длительных токов двух медных

голых шин с одной площадью поперечного сече-
ния Sсеч=500 мм

при геометрических размерах

100х5 мм — 1080 А, при 50х10 мм — 852 А.

Категорически не допускается применять

Рис. 14. Коэффициент влияния потока в зависимости

от соотношения размеров

соединения шин

метод аналогии при их выборе исходя из иден-
тичности значений только поперечных сечений.
Выше приведены данные из немецкого стан-
дарта

DIN 43671-1975 «Токоведущие шины из

меди. Определение длительных токов»,

кото-

рые наглядно иллюстрируют данные замечания.

Накопление ошибок, приводящих к перегреву,

связанно также с выбором сечений токоведущих
проводников при формировании пакетов из
нескольких шин, а также при их ориентации в
пространстве. Игнорируется тот факт, что допу-
скаемая нагрузка возрастает не пропорциональ-
но числу полос в пакете, а значительно меньше
вследствие худшего охлаждения шин в пакете.
Кроме того, при переменном токе имеет большее
значение так называемый эффект близости.

При числе полос в пакете больше двух эффект

близости приводит к неравномерному распре-
делению тока в полосах пакета — в средних
полосах ток будет меньше, чем в крайних. Так,
при трёх полосах в пакете ток в крайних поло-
сах будет по 40%, а в средней полосе — 20% от
общего тока фазы.

Значения токов для пакетов вертикально уста-

новленных окрашенных медных шин сечением
100х5 мм: одинарная шина — 1300 А, пакет из
двух шин — 2010 А, пакет из трёх шин — 2150 А.

Поэтому при переменном токе рекомендуется

применять не более трёх полос в пакете.

При изменении положения шин с вертикально-

го на горизонтальное для сохранения необходи-
мой температуры на поверхности проводников

Page 14

XX заседание Ассоциации электроснабжения городов России «ПРОГРЕССЭЛЕКТРО»

следует применять понизительные коэффициен-
ты (табл. 5).

Табл. 5. Поправочные коэффициенты при

горизонтальном расположении шин*

Размещение

шин

Ширина

шин, мм

Коэффициент К

Окрашен-

ные шины

Неизолиро-

ванные шины

1 ———

50—200

0,90

0,85

2 ———

———

50—200

0,85

0,80

3 ———

———

50—80

0,85

0,8

100—120

0,8

0,75

4 —— ——

—— ——

160

0,75

0,7

200

0,7

0,65

* Значения коэффициента К

приведены по DIN

43671-1975.

В настоящее время большинство производите-

лей РУНН (ГРЩ) используют для выбора сечений
токоведущих шин рекомендации европейских
разработчиков. Так, в каталогах АББ на шкафы
для НКУ приведены данные по выбору сечений
шин для конкретных значений рабочих токов.

Эти величины выбирались разработчиками

из Германии на основании немецкого стандарта
DIN 43 671 „Stromschienen aus Kupfer“ 1975.

После проведения испытаний готовых изделий

в независимой лаборатории IPH в Берлине и
последующей сертификации данного техниче-
ского решения в составе НКУ Triline-R данные
значения были рекомендованы российским
партнёрам АББ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведённый краткий обзор путей и способов

повышения энергоэффективности распредели-
тельных сетей низкого напряжения говорит о
том, что:
• для достижения целей по повышению энер-

гоэффективности распределительных сетей
10/0,4 кВ на всех уровнях распределения
следует использовать современное коммута-
ционное оборудование с низкими значениями
потерь мощности. Чтобы перейти к практиче-
ской реализации мероприятий по сокращению
потерь в распределительных сетях 0,4 кВ,
необходимо установить допустимые потери
энергии для всех видов оборудования, входя-
щего в состав распределительных устройств.

На этапе проведения конкурсов среди постав-
щиков руководствоваться в первую очередь
этими показателями. В противном случае при
доминировании только ценовых результатов
говорить об энергоэффективности не имеет
смысла;

• в сетях и электроустановках, введённых в

эксплуатацию более двадцати лет назад,
следует предусмотреть проведение работ по
замене устаревшего оборудования на совре-
менное;

• при проектировании новых объектов и рекон-

струкции старых целесообразно активно
внедрять передовые технологии и системы
управления производством и потреблением
электроэнергии. Активно включать эти меро-
приятия в соответствующий раздел проектной
документации;

• назрела реальная необходимость разработки

новых нормативов РФ в области контактных
соединений и выбора сечений проводников
прямоугольного сечения.

ЛИТЕРАТУРА

Постановление Правительства РФ от
16.02.2008 № 87 (ред. от 08.08.2013)
«О составе разделов проектной документации
и требованиях к их содержанию» (с изм. и доп.,
вступающими в силу с 01.01.2014).

2. Приказ Минэнерго РФ от 30 декабря 2008 г.

№ 326.

Методические рекомендации по опреде-
лению потерь в городских электрических
сетях напряжением 10(6)-0.4 кВ. Основные
организационно-технические мероприятия
по снижению потерь электрической энер-
гии. Разработаны Российским акционерным
обществом «Роскоммунэнерго» и ЗАО «АСУ
Мособлэлектро». Согласованы Госэнергонад-
зором Минэнерго России (09.11.00 №32-01-
07/45). Утверждены заместителем председа-
теля Госстроя России 23.04.01.

4. В.В. Лесных, А.В. Цапенко «Выбор средств

стабилизации контактного нажатия в разбор-
ных электрических контактных соединениях
НКУ». Журнал «Безопасность труда в промыш-
ленности», № 7, 2007 г.

Учебно-справочное пособие «Электриче-
ские контакты», Н.К. Мышкин, В.В. Кончиц,
М. Браунович. Долгопрудный: Интеллект, 2008,
558 с.

Оригинал статьи: Энергоэффективность низковольтных сетей. Способы снижения потерь

Читать онлайн

Вопросу снижения потерь в электрических сетях 0,4 кВ в настоящее время уделяется большое внимание как на федеральном, так и на региональных уровнях.