Роль качества кабельной продукции в обеспечении энергоэффективности систем электроснабжения предприятий

Аннотация

В статье рассматривается влияние качества кабельной продукции и предмонтажных мероприятий на энергетическую эффективность систем электроснабжения промышленных предприятий. Показано, что реализация требований законодательства об энергосбережении должна включать не только эксплуатационные и проектные мероприятия, но и контроль качества электромонтажной продукции на этапе закупки и приёмки. Особое внимание уделено проблеме контрафактной кабельной продукции, дефектам проводников и изоляции, а также их влиянию на потери электроэнергии и надёжность электроснабжения.

1. Введение

Рациональное использование энергетических ресурсов является одной из ключевых задач современной промышленности. В Российской Федерации основополагающим нормативным актом, регулирующим данную область, является Федеральный закон №261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности».

Согласно законодательному определению, энергосбережение представляет собой «реализацию организационных, правовых, технических, технологических, экономических и иных мер, направленных на уменьшение объема используемых энергетических ресурсов» .

Таким образом, повышение энергоэффективности должно рассматриваться как комплексная задача, включающая не только внедрение энергосберегающего оборудования, но и оптимизацию всех элементов системы энергоснабжения, включая кабельные линии.

В научных исследованиях подчеркивается, что значительная часть энергетических потерь в системах электроснабжения связана не только с режимами эксплуатации, но и с конструктивными особенностями электрических сетей. В частности, в работе А. Ф. Космачева отмечается, что повышение энергоэффективности линий электроснабжения предприятий достигается путем комплексной оптимизации конструкции линий, качества проводников и режима их эксплуатации; при этом уменьшение электрического сопротивления и предотвращение локальных дефектов в проводниках позволяет существенно снизить тепловые потери и повысить надежность работы сети (подробнее: Космачев А. Ф., 2018).

2. Нормативно-правовые основы повышения энергоэффективности

Федеральный закон №261-ФЗ устанавливает обязательность реализации мероприятий по повышению энергетической эффективности во всех секторах экономики. В частности, в нормативных положениях отмечается необходимость рационального использования энергетических ресурсов и внедрения технических решений, обеспечивающих снижение потерь энергии.

Кроме того, статья 13 указанного закона устанавливает, что используемые энергетические ресурсы подлежат обязательному учету с применением приборов учета. Данная норма подчеркивает необходимость контроля энергетических потоков, что невозможно без обеспечения надёжности и точности электрических сетей.

Нормативные требования к проектированию и эксплуатации кабельных линий также закреплены в ряде технических документов:
• ПУЭ (Правила устройства электроустановок) — регламентируют требования к выбору сечений проводников, допустимым токовым нагрузкам и способам монтажа кабелей;
• ГОСТ 31996-2012 — устанавливает требования к силовым кабелям с пластмассовой изоляцией;
• ГОСТ 22483-2012 — определяет технические характеристики медных и алюминиевых жил;
• СНиП 3.05.06-85 «Электротехнические устройства» — регламентирует правила монтажа и приёмки электроустановок.

В совокупности данные нормативные документы формируют систему требований, направленных на обеспечение энергоэффективности и безопасности электроустановок.

3. Влияние качества кабельной продукции на энергетические потери

В рамках практической реализации требований законодательства о энергосбережении значительную роль играет качество кабельной продукции, применяемой при строительстве и реконструкции электрических сетей.
В ряде случаев увеличение потерь электроэнергии обусловлено не только устаревшим оборудованием (например, лампами накаливания или низкоэффективной вычислительной техникой), но и использованием некачественных или контрафактных кабельных изделий.

Снижение качества кабельной продукции может проявляться в следующих дефектах:

1. Недостаточная чистота и качество меди.
   При нарушении технологии отжига меди в процессе изготовления кабельной жилы в структуре металла могут формироваться микротрещины. Эти дефекты увеличивают электрическое сопротивление проводника и способствуют локальному нагреву.
2. Заниженное фактическое сечение проводника.
   Несоответствие реального сечения кабеля номинальному приводит к увеличению плотности тока и, как следствие, росту потерь мощности на нагрев.
3. Использование легирующих добавок, ухудшающих электропроводность.
   Избыточные примеси в медных или алюминиевых жилах приводят к повышению удельного сопротивления проводника.
4. Низкое качество изоляционных материалов.
   Некачественная изоляция может иметь пониженную электрическую прочность, повышенную горючесть и способность выделять токсичные продукты горения.

Как отмечается в исследовании Александра Фёдоровича Космачёва, эффективность линий электроснабжения напрямую зависит от электрических параметров проводников и состояния их контактных соединений; любые технологические дефекты, увеличивающие переходное сопротивление, приводят к дополнительным тепловым потерям и снижению надежности системы (см. журнал "Энергосбережение" №2-2018 ).

4. Проблема контактных соединений и локальных перегревов

Особую опасность представляют повреждения кабелей, возникающие в процессе эксплуатации. В случае разрыва кабельной линии и последующего монтажа соединительной муфты с болтовыми контактами возможно образование оксидной пленки на поверхности проводника.

Для меди характерно образование оксидной пленки с повышенным электрическим сопротивлением, а для алюминия данный эффект проявляется ещё более выраженно. В результате контактное соединение начинает функционировать как локальный источник тепла.

Подобный эффект приводит к следующим последствиям:
• росту переходного сопротивления;
• увеличению тепловых потерь;
• ускоренному старению изоляции;
• формированию локального перегрева кабельной линии.

При подземной прокладке кабеля подобный перегрев может приводить к прогреву грунта, изменению его структуры и образованию так называемых плавунов, что вызывает просадку грунта и увеличение механических напряжений в кабеле. В результате возникает риск повторных повреждений линии.

5. Контроль качества кабельной продукции на этапе закупки

С учетом изложенного особое значение приобретает этап закупки кабельной продукции. Практика показывает, что одной из причин использования некачественных изделий является недостаточно строгая система приемочного контроля.

При формировании закупочного лота целесообразно предусматривать следующие требования:
• проведение входного контроля кабеля;
• обязательную проверку геометрических параметров жил;
• измерение электрического сопротивления;
• проведение рефлектометрического контроля (рефлектограммы).

Рефлектограмма позволяет выявлять неоднородности по всей длине кабеля, включая:
• дефекты проводников;
• неоднородность изоляции;
• микроповреждения жил.

Такие методы контроля позволяют обнаружить скрытые дефекты еще до монтажа, что соответствует принципам профилактики энергетических потерь и повышения надежности сетей.

6. Особенности монтажа современных кабелей

В последние годы широкое распространение получили кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена (XLPE). Данные кабели обладают рядом преимуществ:
• повышенная термостойкость;
• высокая электрическая прочность;
• удобство монтажа.

Однако такие кабели обладают высокой чувствительностью к механическим повреждениям и перегибам. Нарушение минимального радиуса изгиба при намотке на барабан или при прокладке может привести к скрытым повреждениям изоляции.
В отличие от традиционных маслопропитанных кабелей, где в ряде случаев возможно восстановление изоляционных свойств путем доливки масла, повреждения изоляции из сшитого полиэтилена практически не подлежат восстановлению и требуют полной замены поврежденного участка.

7. Комплекс мер по обеспечению энергоэффективности

Таким образом, реализация требований Федерального закона №261-ФЗ должна включать не только эксплуатационные мероприятия, но и комплекс предмонтажных действий:

1. грамотное проектирование электрических сетей;
2. корректный выбор сечений кабелей;
3. формирование технически обоснованного закупочного задания;
4. проведение входного контроля продукции;
5. соблюдение требований ПУЭ и СНиП при монтаже;
6. объективные приемо-сдаточные испытания.

Как подчеркивается в научной литературе, снижение потерь в линиях электроснабжения достигается только при комплексном подходе, сочетающем оптимизацию электрических параметров сети, повышение качества контактных соединений и применение проводников с гарантированными характеристиками (из доклада: A. ٍФ. Космачев, 2018 руководитель Центра кабельных технологий и электроснабжения).

8. Заключение

Повышение энергоэффективности систем электроснабжения предприятий является многокомпонентной задачей, требующей комплексного подхода. Федеральный закон №261-ФЗ устанавливает правовую основу для реализации мероприятий по энергосбережению, однако их практическая эффективность во многом зависит от качества инженерных решений и используемых материалов.

Контрафактная или некачественная кабельная продукция способна существенно увеличить энергетические потери, снизить надежность электроустановок и создать угрозу промышленной безопасности.

Поэтому ключевыми факторами обеспечения энергоэффективности являются:
• строгий контроль качества кабельных изделий;
• грамотная организация закупочных процедур;
• проведение объективных приемо-сдаточных испытаний;
• соблюдение требований нормативных документов.

Только при реализации данных мероприятий возможно обеспечить стабильную и безопасную работу электроустановок любого уровня ответственности.

Литература

1. Федеральный закон РФ от 23.11.2009 №261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности».
2. Правила устройства электроустановок (ПУЭ), 7-е изд.
3. СНиП 3.05.06-85 «Электротехнические устройства».
4. ГОСТ 31996-2012. Кабели силовые с пластмассовой изоляцией.
5. ГОСТ 22483-2012. Жилы токопроводящие для кабелей.
6. Космачев А. Ф. Повышение энергоэффективности линий электроснабжения предприятий // Энергосбережение. — 2018. — №2.
7. Нормативные документы по проектированию и эксплуатации электрических сетей.