Три шага к эффективному распределению энергии на предприятии

В 2009 году в России был принят Федеральный закон № 261 «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности». В соответствии с разработанной на основе этого закона Федеральной программой к 2020 году предполагается обеспечить снижение энергоёмкости внутреннего валового продукта не менее, чем на 13,5%. Для того чтобы определить путь, при помощи которого можно достичь рекомендованных правительством результатов, на предприятиях следует провести энергоаудит. По результатам обследований разрабатывается комплекс мер, позволяющих повысить энергоэффективность предприятия. Как правило, к основным способам снижения потребления энергии относят следующие:

• введение коммерческого и технического учёта внутри предприятия (выявление скрытых ресурсов и потенциала для экономии);

• обновление ранее установленных инструментов учёта и измерения (может дать до 3,5% экономии);

• системный энергетический мониторинг;

• замена кабельных линий – для снижения потерь и адаптации под постоянно растущие нагрузки.

Ни одна из описанных выше мер не принесёт сама по себе ожидаемых результатов без модернизации изношенной системы электроснабжения. Внедрять в морально устаревшие сети какое-либо новое оборудование экономически не имеет смысла, да и не всегда возможно.
Поэтому воплощать в жизнь идеи эффективного использования энергии необходимо с самого низкого логического уровня – с полной замены кабельных линий и устаревших аппаратов защиты. Причём к выбору последних надо подходить основательно.

/// Врезка. Согласно Федеральному закону № 261, до 31 декабря 2012 года уже должны были пройти энергоаудит предприятия:
 
 расходы которых на энергоресурсы превышают 10 млн. руб. в год;

 участвующие в регулируемых видах деятельности;

 обеспечивающие производство, переработку или транспортировку ресурсов (нефти, газа, электричества, воды и т.п.);

 получающие финансирование (полностью или частично) из государственного бюджета или органов муниципального образования.

Для остальных предприятий получение энергетического паспорта пока добровольно.

Шаг 1. Выбрать подходящие аппараты защиты

Замена кабельных линий – достаточно дорогостоящий процесс, который позволяет снизить потери и повысить энергоэффективность предприятия. Кроме замены кабельных линий необходима и их последующая защита. Такие процессы, как перегрузка и короткие замыкания, губительны для кабельных линий и вызывают преждевременное старение изоляции, дополнительные потери и выход из строя.
«В целях экономии бюджета иногда при замене кабелей оставляют старые коммутационные аппараты. Но подобный подход не совсем верен, поскольку оборудование со временем изнашивается и технически устаревает. Кроме того, зачастую новый кабель подразумевает другие токовые характеристики и требуется установка и настройка новых электрических аппаратов. Современные аппараты уже не просто выполняют защитные функции, но и благодаря своим характеристикам могут стать одним из звеньев в цепи по снижению энергоёмкости предприятия», – считает Антон Малюк, аудитор в системе РИЭР , директор сервисного центра компании «НИИЭлектромаш».

Коммутационные аппараты, такие как автоматические выключатели и выключатели нагрузки с предохранителями, играют важнейшую роль в защите не только кабельных линий, но и всего технологического оборудования. Принцип действия этих устройств различен, соответственно, отличаются и особенности их работы, и вклад в энергоэффективность (см. табл. 1).

Таблица 1
Сравнение автоматических выключателей и устройств с предохранителями
Автоматический выключатель Предохранитель

Критерий 1. Вероятность отказа

В силу конструкции могут происходить сваривания контактов, заедание механизма срабатывания, что препятствует нормальному срабатыванию защиты Отказы минимизорованы благодаря простоте конструкции и принципу действия

Критерий 2. Влияние внешней среды

Подвержены воздействию вибрации и запыленности – возможны ложные срабатывания Устойчивы к воздействию вибрации и пыли

Критерий 3. Простота эксплуатации

Необходимо регулярное тестирование автоматов на соответствие заявленным характеристикам. Не требует дополнительных проверок и настроек.

Критерий 4. Влияние на энергоэффективность

В результате горения дуги на поверхности контактов образуется нагар, увеличивающий переходное сопротивление контактного соединения, что приводит к дополнительным энергетическим потерям.

Контактная группа коммутационного оборудования – самозачищающаяся. Характеристики неизменны во время эксплуатации, таким образом, энергопотребление увеличиваться не будет.
 


Из таблицы видно, что в условиях промышленного предприятия для защиты кабельных линий рекомендуется использовать аппараты с предохранителями, так как они надёжны и нетребовательны в обслуживании. Специалисты выделяют ещё один существенный плюс предохранителей: совершенно иной уровень безопасности персонала. Даже при включении аппарата на короткое замыкание, находясь в непосредственной близости от распределительной панели, человек не получит ожог и другие распространённые электротравмы.
 
Денис Гришкин, специалист компании Mars Inc, делится опытом по обустройству электрических сетей на заводе компании по производству шоколада: «Изначально в проекте на электроснабжение нашего предприятия был заложен тип защиты, предусматривающий использование предохранителей. Это было связано с тем, что такую систему проще эксплуатировать, чем автоматические выключатели, которые, например, надо раз в год прогружать с помощью специального испытательного комплекса. В качестве защитных устройств были выбраны выключатели нагрузки с предохранителями серии SlimLine SR от АББ, сейчас доступно следующее поколение аппаратов – серия SlimLine XR. Могу сказать, что специалистов нашей службы эксплуатации полностью устраивают выбранные аппараты. Они не требуют настройки и проверки уставок срабатывания перед вводом в эксплуатацию. Достаточно установить предохранители необходимого номинала и включить аппарат с помощью рукоятки, компактно складывающейся во включённом и выключенном состоянии. Удобно, что рукоятку можно заблокировать навесными замками. Благодаря двойному разрыву в каждом полюсе аппарата замена предохранителей абсолютно безопасна для обслуживающего персонала».




Шаг 2. Найти эффективный способ монтажа

Часто основным источником потерь энергии являются электрические контакты. Таким образом, эффективность защитных элементов зависит от устройств соединения и коммутации.

«Наименьшие потери наблюдаются при использовании втычной контактной системы. Согласно проведённым исследованиям, снижение потерь может достигать 20% за счёт более чем двукратного сокращения контактных соединений в шинной разводке. Кроме того, установка защитных аппаратов на шинах позволяет сократить габариты низковольтного комплектного устройства (НКУ) и уменьшить металлоёмкость конструкции шинопровода. Экономия трудозатрат и оборудования может достигать 40 %», – говорит Алексей Кокорин, менеджер по группе изделий компании АББ, лидера в производстве силового оборудования и технологий для электроэнергетики и автоматизации.
 
Схемы распределения в шкафах с монтажом на силовых шинах гораздо легче перестраивать при модернизации или реконструкции предприятия. Таким образом, говорить можно не только о сиюминутном удобстве, но и о возможных изменениях в будущем.

С точки зрения установки аппаратов, втычная система контактов обеспечивает минимальное время монтажа защитного оборудования. Например, для того чтобы установить выключатель SlimLine XR в подготовленный для этого шкаф TriLine® (АББ), понадобится меньше минуты – необходимо просто задвинуть аппарат по направляющим до упора и зафиксировать двумя винтами на вертикальных профилях. При этом снаружи шкафа остаётся только пластиковая фронтальная часть выключателя с элементами управления и индикации, имеющая степень защиты IP41, что делает необязательным установку двери. На самом модуле аппарата сверху и снизу имеются направляющие, облегчающие установку последующих выключателей. Втычные выключатели нагрузки с предохранителями можно устанавливать и извлекать с шинных сборок, находящихся под напряжением. Такое решение позволяет осуществить монтаж выключателей после установки и подключения шкафа непосредственно на объекте.



Шаг 3. Внедрить систему энергетического мониторинга

С точки зрения эффективности расходования электроэнергии есть два подхода к эксплуатации системы электроснабжения.
Первый подход – «классический», применяющийся уже не один десяток лет практически на всех предприятиях. Он предусматривает регулярный (плановый) осмотр с целью проверки и электрического, и механического оборудования. Подобный контроль позволяет предупредить поломку приборов и аппаратов во время их эксплуатации. Основной проблемой проведения профилактического обслуживания является его нерациональность – специалистам приходится обследовать всё оборудование и выявлять то, которому требуется ремонт. Это ведёт к повышенным трудовым и временным затратам. Кроме того, несмотря на регулярное выполнение профилактических работ, нет гарантии, что оборудование не откажет в интервале между ними.

Единственный плюс классического подхода – минимизация затрат на обустройство электрических сетей, а самый главный минус – неэффективность. Поэтому сегодня всё больше предприятий при устройстве электрических сетей выбирают второй подход, базирующийся на инновациях. Он подразумевает некоторые вложения в подсистему мониторинга и дистанционного управления. Вместе с обычными компонентами в распределительные шкафы монтируются датчики, позволяющие наблюдать различные параметры: ток, напряжение, температуру, мощность и т. п.

В масштабах предприятия развёртывается целая система мониторинга, собирающая и обрабатывающая сигналы со всех датчиков. Она позволяет заранее предсказать точку, в которой возможно возникновение тока перегрузки или короткого замыкания, и просто исключить саму возможность возникновения аварийных ситуаций. А значит, и сократить затраты на обслуживание и ремонт электрической сети.
«Не всегда экономически выгодно устанавливать отдельные измерительные приборы – ведь они недёшевы, плюс занимают лишнее место в распределительных шкафах, – считает Алексей Кокорин. – Удобнее использовать аппараты со встроенными датчиками. Например, выключатель SlimLine XR ITS оснащён трансформаторами тока, устройствами контроля напряжения и температуры. Он сам осуществляет измерение всех параметров сети, включая энергопотребление и коэффициент мощности, что позволяет легко и без дополнительных затрат реализовать систему удалённого мониторинга энергосистемы». В выключателях вышеуказанной серии обмен данными осуществляется по протоколу ModBus RTU. При этом все компоненты, расположенные в НКУ, включая главный вводной выключатель осуществляют обмен информацией по единому протоколу. Все настройки блока ITS могут быть заданы с помощью ноутбука, подключаемого к каждому выключателю посредством USB кабеля.

Основное преимущество инновационного подхода с точки зрения решения задачи повышения энергоэффективности – это возможность контролировать расход энергии и в соответствии с ним построить энергетические профили для каждой установки. «Пики потребления мощности (определяющие максимальную заявленную мощность, за которую предприятие платит сбытовой компании) приходятся на одновременное включение нескольких электроустановок, – поясняет Виталий Побокин, главный инженер проектов компании «Электромонтажгрупп». – Подобного наложения энергетических профилей отдельных установок можно избежать, если предприятие разработает график включения своего оборудования. Сниженная максимальная заявленная мощность даёт существенную экономию, особенно в пересчёте на год. По нашим оценкам, она может составлять до 15% от общих расходов на энергоносители».

 Повышение энергоэффективности сегодня – это программа, законодательно утвержденная на всей территории России. Так же не стоит забывать об энергоэффективности и при проектировании новых объектов энергетики. Современный подход к организации системы электроснабжения позволяет добиться достаточно серьёзной экономии ресурсов, не только обеспечив соответствие федеральному законодательству, но и снизив эксплуатационные расходы производства.