Чинники впливу на технічний стан та безпеку промислових електроустановок. Частина 1

Доексплуатаційні чинники
Природні чинники, нормативні документи
Чинники взаємодії з іншими підсистемами виробництв
Електромагнітна несумісність електроустановок

У попередньому номері «Журналу головного енергетика» докладно викладено фізико-хімічні чинники, зумовлені «старінням» ізоляції та конструкцій. Далі продовжимо розглядати інші важливі чинники, які впливають на технічний стан
та безпеку промислових електроустановок (ЕУ).

Доексплуатаційні чинники

Недоліки виготовлення («приховані» дефекти) здебільшого спричинені тим,
що на підприємствах-виробниках упроваджують масову електротехнічну продукцію «вибіркового контролю», наприклад пускачі для електродвигунів. Контролювати кожен такий електричний апарат економічно недоцільно, перевіряють кілька «вибіркових» екземплярів. Проте в кожній партії можуть бути апарати з дефектами.

Дефекти транспортування. Зазвичай електротехнічне обладнання,
що є габаритним та виконують на замовлення, доставляють до замовника автотранспортом чи залізницею. Під час вантажно-розвантажувальних робіт, якщо електрообладнання неналежно закріпили, наприклад на платформі залізниці, ймовірне пошкодження.

Менш габаритне та достатньо легке електрообладнання (ЕО) спочатку можуть транспортувати з підприємства-виробника до проміжного складу оптового торговця, а потім – до замовника. Тим самим імовірність пошкоджень зростає вдвічі.

Дефекти зберігання найчастіше виникають, якщо ЕО потрапляє на будівельний майданчик заздалегідь, коли монтажні роботи ще не розпочалися. Тоді на стан ЕО впливають природні чинники: дощ, сніг, град, штормовий вітер, низькі температури тощо.

Також дефекти виникають, якщо запасні комплекти ЕО для заміни, запасні частини й комплектування зберігають у неналежних умовах – сирих чи вологих приміщеннях, з низькими температурами, високою забрудненістю.

«Приховані» дефекти й недоліки, яких не виявили під час пусконалагоджувальних робіт і приймально-здавальних випробувань. Такі дефекти найчастіше зумовлені тим, що пусконалагоджувальні та приймально-здавальні роботи обмежуються фіксацією та усуненням електричних параметрів ЕО.

Рентгеноскопія чи рентгенографія якості зварних з’єднань рухомих частин
у комірках розподільчих установок на напругу 6–10 кВ нормативами
не передбачені, тому інколи трапляється, коли після 5–6 оперативних перемикань роз’єднувача у місці зварювання розривається штанга ручного приводу. Також
не виявляють дефектів ливарного виробництва, наприклад, порожнини
в силумінових корпусах деяких двигунів.

Природні чинники

Природні явища можуть впливати на ЕО, розміщене просто неба на деяких виробництвах:

елементи систем електропостачання – повітряні лінії, відкриті розподільні установки, головні трансформатори, реактори тощо;
електричні двигуни різної потужності та з різною робочою напругою;
кабелі, прокладені на заміну старим кабелям по конструкціях та стінах будівель, а не у траншеях. Такий спосіб прокладання застосовують, коли через пошкодження кабелів у траншеях транспорт із сировиною чи продукцією не має змоги переміщуватися територією підприємства.

Перелік природних явищ, здатних впливати на стан ЕО, наведено в таблиці 1.

Щоб унеможливити проникнення мишей та пацюків, які можуть пошкодити ізоляцію чи спричинити коротке замикання, потрібно ретельно ущільнювати вхідні отвори вводу кабелів до кабельних каналів. Щоб запобігти потраплянню
до приміщень розподільчих установок тварин і птахів, усі отвори і прорізи
в зовнішніх стінах слід закривати сітками. Розмір сіток залежить від розмірів певного біологічного виду, поширеного в цьому регіоні України.

Нормативні документи
щодо природних чинників

Найбільшу увагу в Правилах улаштування електроустановок (ПУЕ) приділено дії кліматичних природних чинників на ПЛ і наведено карти районування території України за характеристичними, екстремальними та середньорічними значеннями чинників, що впливають на надійність ПЛ.

Стандарт СОУ-Н ЕЕ 20.579:2009 «Кліматичні дані для визначення навантажень на повітряні лінії електропередавання. Методика опрацювання» подає методику, за якою опрацьовувати кліматичні чинники за екстремальними значеннями, які спостерігали всі метеорологічні станції України (див. Додаток А).

Переважно це стосується горизонтальних та вертикальних навантажень на анкерні та проміжні опори ПЛ під дією екстремальних значень природних чинників достатньо короткочасної власної дії. Наявна низка чинників, вплив яких можливий тільки після достатньо тривалого часу їх дії. Наприклад, глибина промерзання ґрунтів та дія солоного приморського повітря.

У розділі «Опори та фундаменти» (пп. 2.5.134–2.5.137 ПУЕ) не наведено ніяких вимог саме до фундаментів та дії на них природних чинників. За більшого вітрового навантаження (тиску) на опори, проводи й троси ПЛ ламаються та падають опори, іноді вириваються недостатньо міцно укріплені у ґрунтах фундаменти.

ПУЕ поділяють територію України за мінімальними (мінусовими) температурами повітря на 9 районів. Проте не пов’язують ці температури з глибиною промерзання ґрунтів, що у регіонах із такими ґрунтами, як суглинки, глини, пилуваті піски,
де «видавлюються» фундаменти й падають опори чи портали.

Зважаючи на те, що ПЛ мають зазвичай велику протяжність, якщо падає навіть одна опора, то можуть залишитися знеструмленими цілі регіони. На рисунку 1 наведено залежності глибини промерзання ґрунтів від мінімальних температур повітря
і тривалості їх дії.

Доцільно розробити методику, аналогічну СОУ-Н ЕЕ 20.579:2009, щоб розраховувати конструкції фундаментів опор ПЛ та порталів підстанцій
за результатами геодезичних досліджень на місці.

Також варто додатково досліджувати тривалість руйнівної дії солоного повітря на узбережжі морів та солоних лиманів на опори, фундаменти та елементи конструкції ПЛ та портали й обладнання відкритих підстанцій та розподільчих пристроїв у цих регіонах.

Чинники взаємодії з іншими підсистемами виробництв

Чинники взаємодії з іншими підсистемами виробництва такі:

Затоплення кабельних каналів, вбудованих ТП, щитових під час проривів теплотрас, водопроводу, каналізації.
Електрокорозійне пошкодження теплотрас, водопроводів під час КЗ
в електроустановках (ЕУ), напругою до 1000 В, коли їх використовують
як «природні заземлювачі».

Сучасні електричні мережі напругою до 1000 В зі свого боку впливають на металеві трубопроводи інших інженерних мереж, вони пошкоджуються внаслідок електрокорозії (рисунок 2).

Для безпеки користувачів у кожній будівлі наявна система зрівнювання потенціалів, що передбачає з’єднати всі металеві частини будівлі (трубопроводи, арматуру тощо).

3. Зниження поверхневого опору ізоляторів повітряних ліній та відкритих розподільних установок (ВРУ) через промислові викиди.

4. «Винесення потенціалу» на робочі місця внаслідок «старих» підземних комунікацій.

5. Пожежі.

Електромагнітна несумісність електроустановок

Передусім слід відзначити вплив конденсаторних установок (КУ) на рівень напруги у живильній мережі.

Під час підключення КУ або її секції до мережі суттєво знижується напруга, оскільки реактанс конденсатора , момент підключення становить Це означає, що струми підключення в десятки, а інколи в сотні разів перевищують робочі струми КУ.

Найгірше «стрибки» напруги позначаються на комп’ютерних мережах, обладнанні з мікропроцесорним програмним керуванням, на роботі блоків живлення роботизованих систем. З огляду на це перш ніж упроваджувати нову техніку і технології, потрібно перевести старі КУ на підключення з допомогою конденсаторних контакторів, чи замінити їх на нові, збільшуючи кількість ступенів регулювання КУ з одночасним зниженням потужності окремих ступенів.

Доцільно КУ напругою 6–10 кВ вмикати за допомогою вакуумних вимикачів, установлюючи в комірці вимикача обмежувачі перенапруг.

Другий прояв несумісності – це вихід з ладу незахищених КУ, що супроводжується появою в мережі вищих гармонійних складових струму і напруги, коли
на підприємстві впроваджують будь-яку перетворювальну техніку.

Часто трапляється, що два малих підприємства живляться від шин 6 чи 10 кВ однієї підстанції. Якщо на другому підприємстві впроваджено джерело гармонік,
то особа, відповідальна за електрогосподарство першого підприємства, може
про це і не знати. Між тим, цілком імовірний вплив гармонік від другого споживача на КУ першого споживача через загальні шини 6 чи 10 кВ.

Важливими є додаткові обставини:

у трансформаторах зі схемою «трикутник–зірка» гармоніки, кратні трьом, замикаються у «трикутнику» і до мережі 0,4 кВ не потрапляють, але вони перевантажують первинну обмотку, і термометр трансформатора може показувати «перевантаження», тоді як амперметри на боці 0,4 кВ показують нормальне навантаження;
у разі виходу з ладу живильної лінії 6 (10) кВ однієї з секцій шин має спрацювати секційний вимикач (у разі АВР), і всі без винятку КУ обох споживачів опиняються під загрозою.

Особливо небезпечними можуть бути прояви гармонік (3, 9, 15, 21) у нейтралях N чи PEN мереж напругою до 1000 В, оскільки струми цих гармонік утворюють нульову послідовність, складаються у проводі робочої нейтралі та спричиняють його перевантаження, перегрівання або навіть згоряння, а також значну втрату напруги ΔU_N.

Джерела спотворення (ДС), що підключені до трифазної мережі 0,4 кВ
із PEN-провідником, здатні створити в ньому струми, що перевищують фазові. Ураховуючи, що раніше кабелі напругою до 1000 В випускали з перерізом
PEN-провідника на ступінь нижчим, ніж переріз фазових провідників – зрештою
він згоряв. На однофазових споживачах з’являлася напруга, близька до лінійної,
що призводило до виходу з ладу цих електроприймачів.

Слід також відзначити несумісність наявної системи захисту працівників від появи напруги на корпусах електрообладнання в разі пошкодження ізоляції з надійністю
і строком служби трансформаторів 6 (10)/0,4 кВ.

В основу дії «захисного занулення» за будь-якого режиму нейтралі (РЕN чи РЕ та N) покладено принцип перетворення замикання «на корпус» в однофазне коротке замикання. Це зроблено для прискорення та більш надійного спрацьовування захисних апаратів – запобіжників чи автоматичних вимикачів.

Струми замикання, відповідно до закону Біо–Савара, щоразу діятимуть на обмотку трансформатора, розтягуючи її у радіальних напрямках, що призводить
до поступового погіршення ізоляції.

Про порушення під час технічного обслуговування та оперативних перемикань, режимні чинники, експлуатаційний знос електрообладнання – читайте
в наступному номері журналу.