XVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Техническая политика и формирование новых стандартных требований к электрооборудованию, применяемому в электроустановках АПК

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Толмачев В.В. 1

---

1ГБПОУ КО "Губернаторский аграрный колледж"

Годунов Б.А. 1

---

1ГБПОУ КО "Губернаторский аграрный колледж"

Работа в формате PDF

1.3 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

Рост количества и мощности электроустановок сопровождается совершенствованием их конструкций. Расширяется номенклатура выпускаемого электротехнической промышленностью оборудования, аппаратов, приборов, электромонтажных конструкций и материалов. Применяются новые методы индустриального строительства и производства электромонтажных работ. Периодически пересматриваются и вносятся корректировки в действующие государственные и отраслевые стандарты, электротехнические нормы и правила. Все это предъявляет высокие требования к подготовке электротехнических кадров всех уровней квалификации, в том числе наиболее массового звена – электромонтажник-электрик. Существует прямая взаимосвязь между характером и качеством требований к конечному продукту и оплатой заказчика. Поэтому электрику необходимо выполнять свою работу профессионально, чтобы удовлетворять требованиям заказчика и тем самым развивать свою деятельность. Соблюдение требований правил и норм обеспечивает технический уровень, качество, экономичность, надежность, долговечность и удобство в эксплуатации электрооборудования животноводческих ферм, птичников, теплиц. Несоблюдение норм и правил может привести к тяжелым авариям, пожарам и поражениям электрическом током людей. Поэтому выполнение требований норм и правил при строительстве, монтаже и эксплуатации электротехнических установок является непреложным законом для электриков. Они должны особенно хорошо знать и соблюдать правила организации и производства работ по монтажу
и наладке электротехнических устройств. Правила устройства электроустановок (ПУЭ). Электрикам при производстве работ необходимо также соблюдать требования отраслевых норм по монтажу отдельных видов электроустановок, а также требования, приведенные в технической документации предприятий – изготовителей электрооборудования.

1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.1. Оценка объектов электроэнергетики на применение новых стандартных требований

Сельское хозяйство - интенсивно развивающаяся отрасль. Перспективы
его развития просматриваются по направлению дальнейшего увеличения потребления энергоресурсов. Электрическая энергия обладает неоспоримыми преимуществами с точки зрения ее транспортировки, преобразования
и применения. Необходимо отметить так же то обстоятельство,
что электрификация сельского хозяйства позволяет существенно повысить технический уровень персонала, а удельный вес энергозатрат на единицу сельскохозяйственной продукции составляет – 20%. Рассматривая вопросы электробезопасности и энергосбережения в сельском хозяйстве, необходимо
в первую очередь учитывать такие аспекты, как техническое состояние электроустановок и технологического оборудования, организацию эксплуатации.

По первому направлению можно отметить следующие недостатки:

использование технически устаревшего технологического оборудования, обладающего большой энергоемкостью и не обеспечения необходимого уровня электробезопасности;

недостаточный уровень автоматизации технологических процессов
и электроустановок;

чрезмерно большое потребление электроэнергии на поддержание микроклимата в животноводческих помещениях.

Что касается деятельности энергослужб сельскохозяйственных предприятий, то здесь следует учитывать:

отсутствие на предприятиях АПК специалистов, способных комплексно решать задачи оптимизации электрических потерь и выполнять новые требования стандарта 1: к видам электропроводки и способам её монтажа в зависимости от внешних условий – температуры окружающей среды, наличия источников тепла, воды, внешних твердых тел, коррозионно-активных и загрязняющих веществ, ударов, вибрации и других механических воздействий, флоры и фауны, воздействия солнечного излучения, сейсмических факторов, движения воздуха, особенностей конструкции здания; сечению проводников; максимальной потери напряжения; выполнению электрических соединений; обеспечению пожарной безопасности при монтаже электропроводок; сближению электропроводок электрических цепей различных классов напряжения, а также с неэлектрическими коммуникациями;

отсутствие у персонала энергослужб практической заинтересованности в бережном отношении к энергоресурсам.

Необходимо также изменить и отношение руководства предприятий
к проблеме энергосбережения. Традиционно всё внимание уделяется производству, а не эффективному использованию энергоресурсов, которое рассматривается как проблема техническая, а не управленческая.

За последние годы в Российской Федерации разработаны и введены
в действие ряд новых государственных стандартов (ГОСТ), которые устанавливают дополнительные требования к электрооборудованию, учитывающие особенности их применения. Так, например стандарт 2-8, первый распространяется на устройства, устанавливаемые в местах, где к ним имеет доступ неквалифицированный персонал, содержит требования
к низковольтным комплектным устройствам, предназначенным для приема
и распределения электроэнергии, регулирования, измерения, сигнализации
и защиты электрооборудования с номинальным напряжением до 1000 В переменного тока частотой до 1000 Гц или до 1500 В постоянного. Дополнительные требования к низковольтным комплектным устройствам содержит стандарт 3.

Основные объекты для проведения мероприятий по применению стандартов на сельскохозяйственных предприятий – электрические сети, электроприводы, осветительные установки, бытовой сектор.

Сельские электрические сети отличаются радиальным принципом построения, значительной протяженностью, малой плотности нагрузки,
что предопределяет значительный уровень потерь электроэнергии в них.
Как нам известно, электрические потери делятся на технические
и коммерческие. Технические потери связаны с фактической сущностью
ее передачи и составляют примерно 11%. Коммерческие потери обусловлены несовершенством системы учета, несвоевременностью ее оплаты. Величина таких потерь в среднем находиться на уровне технических потерь,
а в отдельных энергокомпаниях достигает 20-25%. Комплекс мер, связанных
с уменьшением потерь в электрических сетях, содержит организационные
и технические мероприятия.

К организационным мерам следует отнести:

правильный выбор режима работы сетей;

выравнивание нагрузок по фазам;

отключение трансформаторов при малых нагрузках.

Сложнее обстоит дело с техническими мероприятиями, так как они связаны с реконструкцией электрических сетей с учетом требований новых стандартов и требуют значительных капитальных затрат. Среди технических мер необходимо отметить ряд первоочередных задач, которые специфичны для сельской электроэнергетики:

замена неизолированных проводов воздушных линий электропередачи на систему изолированных проводов;

использование в сетях энергоэффективного электрооборудования;

малочисленность энергослужб и медленная ориентация их на решение текущих задач с учетом новых государственных и межгосударственных стандартов по эксплуатации электрооборудования. Так, например стандарт 7 включает требования к защите человека и животных от поражения электрическим током при прямом и косвенном прикосновении к проводящим элементам, которые находятся или могут оказаться под напряжением в случае повреждения основной изоляции токоведущих частей. Стандарт 7 устанавливает специальные требования к электроустановкам во влажных помещениях, выделяя четыре зоны (0,1,2,3) повышенной опасности, способы защиты от поражения электрическим током, выбор и монтаж оборудования
в каждой из них:

оборудование класса 0. Защита от поражения электрическим током обеспечивается основной изоляцией;

оборудование класса . Защита обеспечивается основной изоляцией
и соединением открытых проводящих частей, доступных прикосновению
к защитным проводникам стационарной проводки;

оборудование класса . Защита обеспечивается применением двойной или усиленной изоляцией;

оборудование класса . Защита от поражения электрическим током основана на питании от источника безопасного сверхнизкого напряжения.

Стандарт 7 содержит специальные требования к защите от поражения электрическим током людей и животных в животноводческих
и птицеводческих помещениях; хранилищах для комбикормов, продукции растениеводства; кормоцехах, а также от пожара и огня, выбору и применению электрооборудования.

Стандарт 9 содержит требования, обеспечивающие безопасность при эксплуатации электроустановок зданий: к отделению проводников или электрических цепей, исключению случайной подачи напряжения
на электрооборудование, отключению оборудования для обслуживания его механической части, аварийному отключению электроустановки здания или
ее частей, управлению работой.

Стандарт также конкретизирует применение некоторых норм, в частности указывает на необходимость использования устройств защитного отключения (УЗО) с номинальным отключающим дифференциальным током до 0,03А для защиты интенсивных розеток наружной установки с номинальным током
до 20А; в нем используется новое понятие – главная заземляющая шина (зажим), которая должна быть предусмотрена в каждой электроустановке здания и предназначена для соединения заземляющих проводников
с защитными и проводниками системы уравнивания потенциалов.

Стандарт устанавливает следующие минимальные сечения защитных проводников (Sзащ) в зависимости от сечения фазных (S), при которых защитные проводники можно не проверять по нагреву:

Стандарт имеет неточность. Указывается, что сечение PEN-проводника должно быть равным сечению фазного в то время, как оно не может быть меньше определенного значения в зависимости от его материала.

1.2. Семь правил правильного подбора устройства защитного отключения для жилых и производственных помещений

Учитывая вышеизложенное, сформулируем следующие правила для правильного подбора УЗО.

Первое правило:

по номинальному напряжению

(1)

где = 230/240 В

по номинальному току

(2)

шкала номинальных токов УЗО: 6 (6,3); 16; 25;40; 63; 80; 100; 125А

по номинальному отключающему дифференцированному току

(3)

где - суммарный ток утечки защищаемой цепи электроустановки мА.

тогда

(4)

где – номинальный ток на контакты УЗО, А

L – длина фазного проводника от места установки УЗО до клемм потребителя, м

Стандартные значения номинального отключающего дифференцированного тока всех УЗО следующее: 10, 30, 100, 300, 500 мА (иногда 1000 мА).

Ряд номинальных токовых нагрузок на контакты УЗО, как правило, таков: 10, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100, 125А.

УЗО обычно имеет степень защиты IP20; IP25; IP40.
Для размещения в шкафу достаточно степень IP20.

На чертеже 1 представлена схема действия устройства защитного отключения и принцип его работы. Существует два варианта исполнения устройств защитного отключения: электронные и электромеханические.
Как показала исследовательская работа - более безопасны и надежны
в эксплуатации – электромеханические УЗО. Рекомендуется ежемесячно проверять работоспособность УЗО. Способ проверки – нажатие кнопки «ТЕСТ», которая расположена на корпусе УЗО (как правило, на кнопке «ТЕСТ» нанесено изображение большой буквы «Т»). Если УЗО исправно и подключено к сети. То оно при нажатии кнопки «ТЕСТ» должно сразу же сработать (то есть отключить нагрузку). Если после нажатия кнопки нагрузка остается под напряжением. То УЗО неисправно и должно быть заменено.

Второе правило: при срабатывании УЗО происходит отключение всех рабочих проводников, в том числе и нулевого.

Третье правило: в зоне действия УЗО нулевой рабочий проводник
не должен иметь соединений с заземленными элементами и нулевым защитным проводником. Согласно стандарту установлены требования к совмещенному нулевому защитному и рабочему проводнику (PEN-проводник).

Чертеж 1. Схема действия устройства защитного отключения
и принцип его работы.

Его сечение в стационарных электропроводках должно быть для медного не менее 10 мм² и 16 мм² для алюминиевого. Если в какой-либо точке электроустановки здания выполнено разделение PEN-проводника на нулевые защитный и рабочий, то запрещается последующее их соединение. Стандарты устанавливают наименьшее сечение главных проводников системы уравнения потенциалов 6 мм².

Четвертое правило: в жилых зданиях, должны применяться УЗО, реагирующие не только на переменные, но на пульсирующие токи повреждений. Источником пульсирующего тока является: персональные компьютеры, телевизоры, стиральные машины с регуляторами скорости и др.

Пятое правило: УЗО, как правило, следует устанавливать в групповых сетях, питающих штепсельные розетки, или отдельно для мощного электрооборудования (духовые шкафы, моечные машины, электронагреватели). Установка УЗО в линиях. Питающих различное осветительное оборудование, как правило, не требуется.

Шестое правило: следует обращать внимание при использовании проводов и кабелей с алюминиевыми жилами, потому что многие импортные УЗО допускают подключение только медных проводов.

Седьмое правило: УЗО должно сохранять работоспособность и свои технические характеристики при нестабильностях и помехах в электросетях (таблица 1).

Таблица 1 - Основные виды нестабильностей и помех в электросети, причины и способ защиты

Согласно стандарту бытового электрооборудования действующее значение напряжения в бытовых электросетях должно быть 220В ± 5% (предельно ± 10%), частота тока 50 ± 0,2 Гц (предельно ± 0,4 Гц), коэффициент несинусоидальности - длительно до 8% и кратковременно – до 12%.

Это означает, что напряжение в сети может менять свое значение
по синусоиде с периодами - сек., находится в пределах 198В -242В
и отличается по форме от идеальной синусоиды не более чем на 8 %.

Согласно таблице 1, такие нестабильности и помехи в электросети привели к тому, что на рынке появилось большое количество стабилизаторов напряжения, источников бесперебойного питания для квартир
и производственных помещений.

Выход параметров электроэнергии питающей сети за допустимые пределы приводит к включению автономных источников питания.
В зависимости от характеристик потока возмущений осуществляется либо включением только через стабилизатор напряжения либо переход на источник бесперебойного питания (ИБП) или источник (ИБП) с двойным преобразованием.

Функционирование системы автономного электроснабжения
в рассматриваемых режимах описывается с помощью следующей модели.

САЭ может находиться в соответствующем режиме работы, определяемом типом применяемого источника питания или их комбинацией. Предположим, что, находясь в ξ-м режиме (ξ = 0, 1…, b) система пребывает
в нем случайное время . Смена режимов образует цепь Маркова
с вероятностью перехода (ξ, i = 1,2, …, b). Причем вероятность перехода
из ξ-го состояния в i-е не зависит от прошлого и длительности пребывания
в нем.

Таким образом, переход из ξ-го состояния в i-е осуществляется под действием пуассоновского потока событий с интенсивностью , что характерно для Марковского процесса с дискретными состояниями
и непрерывным временем.

Обозначим через (t) ξ = 0, 1, …, b функцию распределения случайной величины , то есть (t) = P {≤ t}.

Будем считать, что величина распределена по показательному закону:

Известно, что Марковский процесс с конечным числом состояний Ψ = полностью определяется временем пребывания системы
в состоянии Ψ = 0, 1, …, b c функцией распределения (t)
и вероятностью (t) перехода из состояния в при условии.
Что Марковский процесс находился в состоянии в течении времени .

При решении поставленной задачи необходимо получить переходные вероятности (t) через исходные характеристики САЭ. Рассмотрим систему, имеющую в своем составе: основной источник питания (электросеть), резервный источник питания (стабилизатор напряжения) и источник бесперебойного питания.

Размеченный граф ее состояния показан на рисунке 1.

Рисунок 1. Состояния 0, 1, 2, 3 характеризуют следующие режимы: 0 – электроснабжение осуществляется от электросети; 1 – параметры электроэнергии питающей сети вышли за пределы допусков, включая стабилизатор напряжения; команда 2 – работает стабилизатор напряжения; 3 – электроснабжение осуществляется от источника бесперебойного питания.

Рассматривая установившийся режим работы, составим матрицу вероятностей переходов.

. (5)

используя короткую можно получить следующую систему линейных алгебраических уравнений:

(6)

Решая систему уравнений (6)с учетом нормировочного условия

(7)

определим выражения для предельных вероятностей: (8)

При t →∞ в системе устанавливается стационарный режим, при котором система автономного электроснабжения случайным образом меняет свои состояния, но вероятность каждого из них уже не зависит от времени. Предельные вероятности представляют собой не что иное, как среднее относительное время пребывания системы автономного электроснабжения
в данном состоянии. Исходя из этого, определим, например, время задействования стабилизатора напряжения

(9)

Аналогично может быть вычислен энергоресурс других источников питания.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных исследований новых стандартных требований к электрооборудованию можно сделать следующие выводы:

Стандарт [7] устанавливает специальные требования
к электроустановкам во внешних помещениях и в результате исследований разработаны четыре зоны повышенной опасности, способы защиты
от поражения электрическим током, выбор и монтаж оборудования в каждой
из них (таблица 2).

Таблица 2 - Зоны повышенной опасности

В результате теоретических и экспериментальных исследований разработаны семь правил правильного подбора УЗО для жилых
и производственных помещений, а также приводится методика вычисления энергоресурса источников питания, необходимых для покрытия перерывов электроснабжения от электросети.

ЛИТЕРАТУРА

Национальный стандарт РФ ГОСТ Р 50571.5.52-2011/МЭК 60364-5-52:2009 "Электроустановки низковольтные. Часть 5-52. Выбор и монтаж электрооборудования. Электропроводки" (утв. приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 13 декабря 2011 г. N 925-ст).

Государственный стандарт РФ ГОСТ Р 51628-2000 "Щитки распределительные для жилых зданий. Общие технические условия" (принят постановлением Госстандарта РФ от 5 июля 2000 г. N 181-ст).

Межгосударственный стандарт ГОСТ IEC 60947-2-2021 "Аппаратура распределения и управления низковольтная. Часть 2. Автоматические выключатели" (введен в действие приказом Федерального агентства
по техническому регулированию и метрологии от 20 октября 2021 г. N 1186-ст).

Межгосударственный стандарт ГОСТ IEC 60898-1-2020 "Аппаратура малогабаритная электрическая. Автоматические выключатели для защиты
от сверхтоков бытового и аналогичного назначения. Часть 1. Автоматические выключатели для переменного тока" (введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 4 августа 2020 г. N 465-ст).

Межгосударственный стандарт ГОСТ IEC 60269-1-2016 Предохранители плавкие низковольтные. Часть 1. Общие требования. (веден
в действие в качестве национального стандарта приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 23 мая 2017 года
N 394-ст).

Национальный стандарт РФ ГОСТ Р 50030.2-2010 (МЭК 60947-2:2006) "Аппаратура распределения и управления низковольтная. Часть 2. Автоматические выключатели" (утв. приказом Федерального агентства
по техническому регулированию и метрологии от 30 ноября 2010 г. N 711-ст).

Национальный стандарт РФ ГОСТ Р 50571.4.41-2022/МЭК 60364-4-41:2017 "Электроустановки низковольтные. Часть 4-41. Защита для обеспечения безопасности. Защита от поражения электрическим током" (утв. и введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 8 сентября 2022 г. N 897-ст).

Национальный стандарт РФ ГОСТ Р 50571.5.54-2013/МЭК 60364-5-54:2011 "Электроустановки низковольтные. Часть 5-54. Выбор и монтаж электрооборудования. Заземляющие устройства, защитные проводники
и защитные проводники уравнивания потенциалов" (утв. приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии
от 6 сентября 2013 г. N 976-ст).

Межгосударственный стандарт ГОСТ IEC/TR 60755-2017 "Устройства защитные, управляемые дифференциальным (остаточным) током. Общие требования" (введен в действие приказом Федерального агентства
по техническому регулированию и метрологии от 16 ноября 2018 г. N 1019-ст).

Государственный стандарт РФ ГОСТ Р МЭК 60173-99 "Расцветка жил гибких кабелей и шнуров" (введен в действие постановлением Госстандарта России от 24 августа 1999 г. N 279-ст).