ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ ОТ ЗАМЕНЫ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ МАСЛЯНЫХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ НА ВАКУУМНЫЕ

В данной статье проведена оценка необходимости замены высоковольтных выключателей для сетевых компаний, предприятий, где имеются сети среднего напряжения (от 1кВ до 35кВ). Приведен перечень достоинств и недостатков, предложенных к установке выключателей, рассмотрены особенности конструкции. Далее на практическом примере описан расчет экономии после установки оборудования и срок окупаемости.

Одним из ключевых аспектов, обеспечивающих безаварийную работу электростанций, подстанций и систем электроснабжения промышленных является постоянная работоспособность выключателей высокого напряжения. Самыми проблемными с точки зрения надежности работы являются сети 6 (10) кВ, в них происходит порядка 70% всех перерывов электроснабжения.

Исходя из распределения технологических нарушений маслонаполненного оборудования: трансформатор силовой – 22%, прочее оборудование – 6%, измерительный трансформатор напряжения – 8%, измерительный трансформатор тока – 8%, выключатель масляный – 57% [3], можно сделать вывод, что наибольшее количество отказов имеют высоковольтные масляные (малообъемные и баковые) выключатели.

Согласно статистике ОАО "ФСК ЕЭС" прекращение работы высоковольтных выключателей приводит к нарушениям в технологическом процессе в 24% случаев из всех возможных отказов электротехнического оборудования[5]. Далее рассмотрим распределение поломок по конструктивным элементам выключателей: дугогасящая камера – 18%, привод – 26%, цепи управления – 42%, опорная изоляция и вводы – 14%.

Для устранения аварии и восстановления нормального режима работы сети 6 (10) кВ необходимо около 3 часов, срок работы электрооборудования увеличивает затраты на ремонт в среднем до 3 раз при эксплуатации 30 лет и выше. Разница между затратами на установку нового оборудования и капитальном ремонтом сильно изношенного составляет 2,5–3,5 раза, что повышает актуальность замены, в частности выключателей, при обеспечении постоянной работы наиболее распространённых сетей 6–35 кВ [3]. Кроме физического износа существует вопрос соответствия современным стандартам безопасности и режимов работы, по этому критерию, в отдельных случаях, оборудование отстаёт на 30 лет.

Известно, что для развития процесса образования электрической дуги необходима высокая концентрация молекул газа в изоляционном промежутке между контактами. Скорости ионизации молекул газа в вакууме путем соударения с ними электронов недостаточно для лавинообразного нарастания количества заряженных частиц, что делает вакуум идеальной изоляционной средой. Электрическая прочность вакуума выше, чем в масла, элегаза и воздуха, что снижает длину электрической дуги [2].

Предлагается взамен устаревших масляных выключателей установить вакуумные выключатели. Принцип действия вакуумного выключателя основан на том, что вакуум в нем используется как среда для гашения дуги, так как разряженный газ обладает наибольшим сопротивлением возникновению электропроводимости.

Исключительно простая кинематическая схема, небольшое число деталей, незначительное трение движущихся частей, способных работать без смазки, и замена механической защелки на магнитную обеспечивают вакуумным выключателям большую механическую стойкость и надежность в течение всего срока службы без проведения ремонтных работ. То есть не требуется проведение среднего и капитального ремонтов в течение всего срока их службы.

Простая конструкция выключателя на современных компонентах обеспечивает несущественный износ на протяжении 30 лет или 100000 операций включение/отключение [1].

Требуется лишь профилактический контроль технического состояния выключателей, который рекомендуется проводить в следующие сроки: при вводе в эксплуатацию, первую проверку – через 2 года эксплуатации, повторные – через каждые 5 лет.

В объем профилактического контроля входят: проверка общего состояния выключателя посредством внешнего осмотра; проверка работоспособности; измерение сопротивления главной цепи; испытание изоляции переменным одноминутным напряжением; протирка изоляции[2].

Достоинства вакуумного выключателя: простота конструкции; надежность; высокая коммутационная износостойкость; малые размеры; пожаро– и взрывобезопасность; отсутствие шума при операциях; отсутствие загрязнения окружающей среды; удобство эксплуатации; малые эксплуатационные расходы.

Недостатки вакуумного выключателя: сравнительно небольшие номинальные токи и токи отключения; возможность коммутационных перенапряжений при отключении малых индуктивных токов; небольшой ресурс дугогасительного устройства по отключению токов короткого замыкания.

Эксплуатационные затраты складываются из затрат на материалы для капитального и текущего ремонта выключателей и заработной платы обслуживающего персонала [4]. Так как ремонты проводятся не каждый год, то для сравнения определяются затраты, приведенные к одному году, руб.

где ,  – периодичность проведения текущих и капитальных ремонтов соответственно, руб.;

,  – затраты на материалы при проведении текущих и капитальных ремонтов, руб.;

,  – затраты на оплату труда ремонтного персонала, руб.

Итоговая экономия от замены выключателей составит [4], руб.

где  – эксплуатационные затраты на обслуживание масляного выключателя, руб.;

 – эксплуатационные затраты на обслуживание вакуумного выключателя, руб.;

N  – количество заменяемых выключателей.

Практическое применение и анализ. Предлагается взамен устаревших масляных выключателей ВМГ–10 установить вакуумные выключатели 10 кВ марки BB/TEL–10–20/1000.

Капитальные затраты на реализацию данного мероприятия составят К = 3800 тыс. руб. (оценка проводилась на месте). Статьи эксплуатационных затрат приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Статьи эксплуатационных затрат

Эксплуатационные затраты у масляных выключателей:

Эксплуатационные затраты у вакуумных выключателей:

Итоговая экономия от замены выключателей составит:

На данном предприятии при указанных условиях мероприятие окупается за:

Данное мероприятие имеет длительный срок окупаемости. Дополнительными стимулами внедрения является обеспечение пожарной безопасности, за счет замены пожароопасных масляных выключателей на вакуумные, а также существенное повышение надежности системы электроснабжения предприятия, что снижает вероятность недовыпуска продукции.

Список литературы:

1. Вакуумные выключатели 10 кВ – 2016. [электронный ресурс] — Режим доступа.— URL: http://www.tavrida.ru/Product/CommutationDevice/Vacuum Switch2000A / (дата обращения 15.10.2016)
2. Каталог / ЗАО "Группа компаний «Электрощит» – ТМ «Самара» – 2016 – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.electroshield.ru/catalog. / (дата обращения 15.10.2016)
3. Минин Г.П., Ковалев Ю.В. Справочник по энергопотреблению в промышленности, под ред. Г.П. Минина, Ю.В. Ковалева – М.: Энергия, 2012. – 493с.
4. МРР 3.2.23-97 Методические рекомендации по экономическому обоснованию применения конструктивных элементов и технологий. – 2016 – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.gosthelp.ru/text/MRR322397Metodicheskierek.html/ (дата обращения 15.10.2016)
5. Презентационные материалы ФСК ЕЭС – 2016. [электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://www.fsk-ees.ru/ (дата обращения 15.10.2016)