РСК-МЕТАЛЛ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОБЛЕМЫ

Одна из основных особенностей современного промышленного производства состоит в том, что сложное технологическое оборудование не может нормально функционировать, если есть перебои в электроснабжении. Перерыв электропитания на несколько секунд или даже на десятые доли секунды ведет к нарушению всего технологического процесса и к остановке производства. В лучшем случае это означает длительную, на часы, остановку в работе предприятия, но нередко происходит и повреждение оборудования, а иногда и нарушение экологической безопасности. Но с другой стороны, кратковременные нарушения нормальной работы электрической сети являются неизбежными. Полностью защитить электрическую сеть от коротких замыканий (КЗ), которые являются причиной большинства кратковременных нарушений электроснабжения, практически невозможно или, во всяком случае, это стоило бы очень дорого.

В воздушных сетях причинами КЗ являются как природные явления (грозовые разряды и др.), так и факторы, прямо или косвенно связанные с деятельностью людей: замыкания на землю через поросль, разросшуюся под линией электропередачи и не расчищенную вовремя, замыкания, обусловленные загрязнением изоляции уносами нефтехимических и других производств. С каждой из перечисленных (и многих других) причин можно и нужно бороться. Используются четы ре группы способов, повышающих надежность работы электрической сети:

• обслуживание линий электропередачи и открытых распределительных устройств: расчистка трасс, линий от поросли, обмыв изоляции и др.;
• скорейшее отключение поврежденного элемента сети релейной защитой для восстановления напряжения на участках сети, оставшихся в работе;
• автоматическое повторное включение (АПВ) воздушных линий, что полезно более чем в половине случаев, так как КЗ после того, как с линии снято напряжение, может за несколько секунд ликвидироваться;
• автоматическое введение резервного питания (АВР), если основной источник питания отключился.

Но, во-первых, гарантировать полное отсутствие КЗ нельзя при самом высоком качестве проектирования, монтажа и эксплуатации электрических сетей. Во вторых, такие меры, как АПВ и АВР, когда они успешны, позволяют не оставлять потребителя вообще без питания, но провал напряжения в течение времени от возникновения КЗ до того момента, когда будет снова подано напряжение, остается. Требовать от энергосистемы, чтобы она вообще не допускала кратковременного отсутствия напряжения, не реально.

Таким образом, имеется конфликт свойств, присущих энергосистемам, чья работа сопровождается кратковременными провалами напряжения, и промышленным потребителям с непрерывными технологическими процес0 сами, для которых перерывы нормального электроснабжения становятся причиной значительного ущерба.

Рассматривая эти вопросы, важно иметь в виду, что для предприятий со сложными и непрерывными технологическими процессами — при отсутствии необходимых противоаварийных мер — проблема кратковременных нарушений электроснабжения стоит более остро, чем проблема длительных нарушений. Это определяется двумя факторами.

Во первых, для предприятий со сложными и непрерывными технологическими процессами ущерб от кратковременного (обыкновенно — от долей секунды до десятка секунд) перерыва питания связан не столько с простоем на это малое время, сколько с самим фактом внезапного прерывания технологического процесса, потому что нарушается работа предприятия. При этом зависимость ущерба от продолжительности кратковременного перерыва питания имеет примерно такой вид, как показано на рисунке 1. Таким образом, перерыв питания на несколько секунд может привести к таким же последствиям, как и перерыв на гораздо более значительное время. Во вторых, длительные перерывы питания случаются значительно реже, чем кратковременные. Для того чтобы получился длительный перерыв питания промышленного предприятия, электроснабжение которого осуществляется по I категории, нужно отключение всех питающих линий или отказ АВР. Кратковременный же перерыв питания этого предприятия будет не только при КЗ на любой из питающих его линий, но и на линиях, питающих соседних потребителей.

Таким образом, конфликт между потребностями большинства современных промышленных предприятий в бесперебойном электроснабжении и возможностями энергосистем существенен, когда:

• критическое время перерыва питания промышленного потребителя меньше обычных для электрической сети перерывов нормального электроснабжения;
• его суммарный ущерб от кратковременных перерывов питания значителен.

Понимание причин, породивших этот конфликт, сегодня необходимо потому, что на современном этапе остается еще очень много норм и правил, сложившихся ранее и не преодолимых в короткие сроки. Не понимая этих причин, нельзя планировать стратегию развития систем электроснабжения и нельзя оценивать перспективы на ближайшее будущее. Основные нормы внутреннего и внешнего электроснабжения, которые были зафиксированы в Правилах устройства электроустановок (ПУЭ), разработаны еще в далекие 1940-1950 е годы, когда для промышленности были актуальными проблемы, связанные в основном с длительными нарушения ми электроснабжения. С тех пор в мире произошло несколько технологических революций, в результате которых требования к электроснабжению резко возросли. Это, естествен но, не осталось не замеченным, и за прошедшие годы при обсуждениях и очередных редакциях ПУЭ и других норм проектирования энергосистем неоднократно делались попытки (малоуспешные) наметить и узаконить пути комплексного решения проблемы.

Преобладал такой подход: поскольку энергосистема не в состоянии обеспечить электроснабжение без кратковременных нарушений, потребитель должен с этим либо мириться, либо принимать в собственном хозяйстве какие угодно меры. Такая постановка вопроса не лишена смысла, потому что многого можно достичь противоаварийными мерами именно у потребителя. В определенных случаях это возможно. Для достижения максимального эффекта (в обеспечении бесперебойной работы потребителей) при минимуме суммарных затрат иногда требуются противоаварийные меры как у потребителя, так и в энергосистеме, а иногда — и здесь, и там.

Поэтому принцип, по которому каждый из объектов, связанных воедино электрической цепью, проектируется и работает без учета выгоды или ущерба для другой стороны, не может быть оптимальным.

Казалось бы, при социалистической форме хозяйствования, когда широко использовалось понятие о народнохозяйственных выгоде и ущербе, были созданы все условия для нахождения оптимальных комплексных решений. Однако это не так. В советской системе на первое место были поставлены задачи экономии на стоимости проектируемого объекта и на самом проектировании. Учет же кратковременных возмущений требует достаточно глубокого анализа процессов, вызываемых ими, что при проектировании означает расход времени и средств. Эти затраты были явно лишними, так как такие важнейшие характеристики качества проектирования, как высокие экономические показатели и безаварийность функционирования спроектированного объекта, при проектировании электроснабжения во внимание не принимались. И никакого систематического сбора и анализа таких показателей по ранее спроектированным объектам, как правило, не было (по крайней мере, в системе проектирования электроснабжения). Преобладал ведомственный подход, и нормы проектирования энергосистем отражали, главным образом, интересы самих энергосистем. Поэтому в нормах проектирования энергосистем могли появляться только самые общие указания, ничего не решающие конкретно. Таким же образом, проектирование промышленных объектов и систем их внутреннего (внутриплощадочного) электроснабжения было проще всего вести, исходя из фантастической предпосылки, что «провалов напряжения не должно быть».

В тех условиях проведение на действующих предприятиях противоаварийных мер, даже самых элементарных (например, установка дополнительного устройства автоматики), требовало реальных средств, получить которые от вышестоящих органов было весьма затруднительно. В целом же, предприятиям было проще, удобнее и дешевле жаловаться на объективные трудности (плохое электроснабжение и недостаток денежных средств), чем применять какие либо специальные технические меры.