CC BY
13
УДК 618.84, 614.841.2, 614.842, 614.84
ОРГАНИЗАЦИЯ ГАРАНТИРОВАННОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ВОДОНАПОРНЫХ БАШЕН СЕЛЬСКОГО НАСЕЛЕННОГО ПУНКТА
В.А. Седнев
доктор технических наук,
профессор кафедры защиты населения и территорий Академия государственной противопожарной службы МЧС России
Адрес: 129366, г. Москва, ул. Бориса Галушкина, 4 E-mail: sednev70Qyandex.ru
Н.В. Лопухова
старший научный сотрудник - начальник научно-исследовательской группы безопасности в чрезвычайных ситуациях
Академия государственной противопожарной службы МЧС России
Адрес: 129366, г. Москва, ул. Бориса Галушкина, 4 E-mail: N.LopukhovaQacademygps.ru.ru
A.B. Варинов
доктор технических наук,
профессор кафедры аварийно-спасательных работ, Академия гражданской защиты МЧС России Адрес: 141435, Московская обл., г.о. Химки, мкр. Новогорск E-mail: а.barinovQamchs.ru
Аннотация. В статье обоснована схема электроснабжения потребителей водонапорных башен, обеспечивающая устойчивое и гарантированное противопожарное водоснабжение сельских населенных пунктов в условиях воздействия природных пожаров. Разработано три варианта сопряжения источников электрической энергии и потребителей водонапорных башен. Первый вариант предполагает сопряжение источника электрической энергии и потребителей с использованием разделительного трансформатора, второй предусматривает перевод стационарных потребителей в режим работы с изолированной нейтралью, третий — перевод источника электрической энергии в режим работы с глухозаземленной нейтралью.
Ключевые слова: населенный пункт, противопожарное водоснабжение, автономный источник электрической энергии.
Цитирование: Седнев В.А., Лопухова Н.В., Варинов A.B. Организация гарантированного электроснабжения водонапорных башен сельского населенного пункта // Научные и образовательные проблемы гражданской защиты. 2019. № 4 (43). С. 100-105.
Характерной особенностью водоснабжения сельской местности является малая величина хозяйственно-питьевых расходов по сравнению с расходами для тушения пожара [1].
Создание резервов водоснабжения на случай тушения пожаров ведет к удорожанию водопровода, поэтому в сельских населенных пунктах предусмотрен только хозяйственно-производственный водопровод, а воду на противопожарные нужды забирают из противопожарных водоемов и резервуаров, располагаемых параллельно с водопроводом (рисунок 1), который должен обеспечивать пополнение противопожарных запасов воды.
В качестве водонапорных и противопожарных сооружений в сельских населенных пунктах применяются металлические
водонапорные башни-колонны сборочно-блочной конструкции или башни из сборного железобетона. Башни-колонны выпускаются вместимостью 15 и 25 м3, при этом в ее металлической опоре также содержится 14 или 3
Пожарный объем воды в водонапорных башнях предусматривают в случаях, когда получение необходимого количества воды для тушения пожара из источника водоснабжения (артезианские скважины, очистные сооружения) технически невозможно или экономически нецелесообразно. Для использования этого объема воды при пожаре рекомендуется устанавливать насос-повыситель, что позволяет создавать необходимое давление в противопожарном водопроводе.
Рисунок 1 Предлагаемая схема электроснабжения водонапорных башен населенного пункта
При нарушении электроснабжения потребителей водонапорных башен возникает угроза нарушения противопожарного обеспечения и водоснабжения сельских населенных пунктов.
Потребители сельских населенных пунктов, как и электрооборудование водонапорных башен, обеспечиваются электроэнергией (далее ЭЭ) от Единой национальной энергетической системы.
Ведущая роль в обеспечении надежности электроснабжения своих электроустановок принадлежит потребителю.
В соответствии с п. 1.2.13 Правил устройства электроустановок (далее ПУЭ) [2]: «При выборе независимых взаимно резервируемых источников питания, являющихся объектами энергосистемы, следует учитывать вероятность одновременного зависимого кратковременного снижения или полного исчезновения напряжения на время действия релейной защиты и автоматики при повреждениях в электрической части энергосистемы, а также одновременного длительного исчезновения напряжения на этих источниках при тяжелых системных авариях».
Таким образом, если потребитель не может допустить даже кратковременного исчезновения питания электроприемников (далее ЭП),
он должен позаботиться о третьем (собственном) источнике электрической энергии (далее ИЭЭ). Уровень надежности определяют числом и длительностью перерывов питания в течение выбранного промежутка времени. В качестве количественной оценки уровней надежности электроснабжения часто используется ущерб от перерывов подачи ЭЭ [3].
Оценка надежности электроснабжения потребителей осуществляется на основе рекомендаций ПУЭ, которые не содержат нормативов надежности, а представляют собой результаты обобщения опыта проектирования и эксплуатации электрических систем, сетей и установок.
Необходимая степень надежности электроснабжения, в основном, определяется характером потребителей, их ролью, важностью, масштабом ущерба при перерывах электроснабжения.
В отношении надежности электроснабжения все ЭП подразделяют на три категории, причем категория относится к виду ЭП, а не к потребителю в целом, при этом ЭП 1-ой категории должны обеспечиваться питанием от двух независимых источников и перерыв их электроснабжения может быть допущен только на время автоматического ввода резервного питания.
Для объектов, требующих повышенной надежности электроснабжения, когда перерыв в электроснабжении ЭП угрожает жизни людей или может приводить к взрывам и разрушениям технологического оборудования, кроме двух основных источников, может предусматриваться третий (аварийный), независимый источник, мощность которого должна быть достаточна для безаварийного останова производства, который должен находиться в готовности к немедленному включению и автоматически включаться при исчезновении напряжения на обоих основных источниках питания. При небольшой мощности ЭП 1-ой категории в качестве второго (третьего) ИЭЭ могут быть использованы передвижные электростанции, а также электрические связи с ближайшими источниками, имеющими независимое питание с автоматическим включением резерва.
Для ЭП 2-ой категории допустимы перерывы электроснабжения на время включения резервного питания действиями дежурного персонала или выездной бригады. При этом допускается питание ЭП 2-ой категории по одной воздушной линии, а при наличии передвижного резервного трансформатора допускается питание от одного трансформатора.
Для ЭП 3-ей категории допускаются перерывы электроснабжения на время ремонта поврежденного элемента СЭС, но не свыше суток.
Надежность схем сетей, питающих потребителей первой группы, оценивается [4]:
средней частотой перерывов электроснабжения потребителей и математическим ожиданием суммарной длительности перерывов электроснабжения в течение года;
средней длительностью одного перерыва; вероятностью возникновения не менее одного перерыва электроснабжения в год; значением приведенных затрат. При оценке надежности схем сетей потребителей второй группы дополнительно определяют величину ожидаемого ущерба от нарушений электроснабжения.
Для обеспечения оптимального уровня надежности энергоснабжения потребителей необходимо создание резерва мощности, а кри-
терием выбора величины резерва является минимум суммарных приведенных затрат: в энергетике — на установку и эксплуатацию дополнительной резервной мощности, у потребителей — на компенсацию ущерба от недоотпус-ка ЭЭ и отсутствия противопожарного водоснабжения.
Сельские электрические сети характеризуются значительной протяженностью и относительно малой плотностью нагрузок [5]. Таким образом, при прекращении электроснабжения от государственной энергосистемы возникает (или может возникнуть) необходимость перевода потребителей системы противопожарного водоснабжения на автономное электроснабжение, соблюдая мероприятия по обеспечению электробезопасности.
В электроустановках до 1000 В применяются два режима работы нейтрали: изолированной и глухозаземленной, причем источники электрической энергии и стационарные потребители имеют различные режимы работы нейтрали, и задача заключается в согласовании режима работы нейтрали со способом защиты от поражения электрическим током.
Авторами предлагается рассмотреть три варианта сопряжения ИЭЭ и стационарных потребителей.
Первый вариант предполагает использование разделительного трансформатора (далее — РТ) с коэффициентом трансформации ИЭЭ при сопряжении ИЭЭ с напряжением и = 400 В, равном одному, и с коэффициентом трансформации л/3 — при сопряжении ИЭЭ с и = 230 В. В этом случае ИЭЭ подключается к первичной обмотке РТ и работает в режиме с изолированной нейтралью (рисунок 2).
Для защиты персонала со стороны ИЭЭ используется основная или вспомогательная система технических способов защиты (далее — ТСЗ). Нейтраль вторичной обмотки РТ глухо заземляется; защита персонала у потребителей, подключенных к вторичной обмотке РТ, осуществляется средствами, предусмотренными у стационарных потребителей для штатного режима работы.
Рисунок 2 Схема сопряжения ИЭЭ и стационарных потребителей с использованием
разделительного трансформатора
Второй вариант предусматривает перевод потребителей в режим работы с изолированной нейтралью, при этом нулевой провод потребителей отключают от заземления трансформаторной подстанции (далее ТП) и подключают к изолированной нейтрали ИЭЭ (рисунок 3). От нулевого провода потребителей должны быть отсоединены повторные заземления.
Если после этого сопротивление изоляции относительно земли отвечает требованиям, то вариант принимается к использованию. Для обеспечения безопасности применяются штатные ТСЗ, предусмотренные для ИЭЭ. Этот вариант требует относительно нродолжительно-IX) подготовительного периода и целесообразен при хорошем состоянии изоляции сети и потребителя.
Рисунок 3 Схема приведения стационарных потребителей к режиму работы с изолированной
нейтралью
Третий вариант (рисунок 4) предусматривает перевод ИЭЭ в режим работы с глухоза-земленной нейтралью: нейтраль ИЭЭ подключается к заземляющему устройству ТП (нулевому проводу сети) и соединяется с корпусом,
т.е. выполняется зануление. При развертывании ИЭЭ на удалении от ТП следует дополнительно установить защитное заземление и подключить его к ИЭЭ.
Рисунок 4 Схема приведения ИЭЭ к режиму работы с глухозаземленной нейтралью
Мероприятия по переводу потребителей на автономное электроснабжение могут выполняться заблаговременно и в ходе перевода потребителей на автономное электроснабжение. Причем должны выполняться организационные и технические мероприятия, содержание и объем выполнения которых зависит от способа перевода, имеющихся сил, средств и времени.
Проведение организационных мероприятий имеет целью подготовить персонал, источники электрической энергии и потребители к переходу на автономное резервное электроснабжение в чрезвычайной ситуации. Подготовку следует начинать с составления схемы питания потребителей, выявления таких потребителей и расчета необходимой мощности. При этом должны запрашиваться и приобретаться ИЭЭ для покрытия недостающей мощности, определяться места подключения ИЭЭ к потребителям и отключения стационарных потребителей от энергосистемы.
Необходимо также произвести расчет часового и суточного расхода топлива, масла и предусмотреть запасы и средства дозаправки.
Для перевода на автономное электроснабжение и обслуживания за ИЭЭ закрепляются расчеты, в состав которых включаются лица, допущенные по состоянию здоровья к работе в электроустановках, подготовленные по устройству и безопасной эксплуатации и получившие квалификационные группы (не ниже II).
При отсутствии электромехаников в штате организации необходимо их подготовить и осуществить их обучение, в ходе которого личный состав изучает устройство ИЭЭ, правила техники электробезопасности и приемы эксплуатации. Лицам, прошедшим проверку, присваивается квалификационная группа с выдачей удостоверения.
После проверки знаний обучаемые допускаются к стажировке на рабочем месте продолжительностью не менее 2 недель (не менее 50 часов). По окончании стажировки обучаемый допускается к самостоятельной работе и закрепляется за ИЭЭ.
Выполнение технических мероприятий имеет целью подготовить потребители и передвижные ИЭЭ к эксплуатации в условиях автономного электроснабжения, обеспечить электробезопасность и сократить время
перехода в режим автономного электроснабжения.
На ИЭЭ, находящихся в эксплуатации, должно быть проведено очередное техническое обслуживание. Особое внимание необходимо обратить на сопротивление изоляции, которое должно быть не менее 0,5 МОм.
Заблаговременно следует проверить порядок чередования фаз на передвижном ИЭЭ и у потребителя в месте подключения. При несовпадении порядка чередования фаз меняют местами две фазы генератора.
В месте подключения ИЭЭ должен быть установлен двухпозиционный переключатель, обеспечивающий подключение потребителей к энергосистеме или к автономному ИЭЭ. Все потребители должны быть проверены на надежность присоединения зануляющих проводников.
Подключившись к нулевому проводу в точке присоединения ИЭЭ, измеряют сопротивление заземления, величина которого не должна превышать 4 Ом, в противном случае следует предусмотреть дополнительное защитное заземление на площадке, где будут развертываться ИЭЭ.
Для обеспечения электробезопасности измеряется сопротивление петли фаза-нуль. Это сопротивление измеряется дважды у потребителя наибольшей мощности: первое измерение проводится для случая питания от энергосистемы; второе — для случая питания от автономного ИЭЭ. Если сопротивление петли фаза-нуль по первому измерению больше, чем по второму, то, в случае повреждения изоляции, время срабатывания защиты обеспечит безопасность.
При использовании третьего варианта сопряжения ИЭЭ и потребителя нулевой вывод ИЭЭ необходимо соединить с корпусом источника, а четвертую жилу соединительного кабеля — с нулем стационарной сети.
Таким образом, при заблаговременной подготовке перевода потребителей водонапорных и противопожарных сооружений населенных пунктов на автономное электроснабжение предпочтительны первый и второй варианты, обеспечивающие наибольшую безопасность людей, а при срочном переходе целесообразно использовать менее трудоемкий третий вариант.
Литература
1. Седнев В.А., Тетерина Н.В. Зимний водозабор водоема и незамерзающая ледовая лунка для обеспечения пожарной безопасности индивидуальных и коллективных домовладений / / Материалы XXVI международной научно-практической конференции «Предупреждение. Спасение. Помощь» 17 марта 2016. Новогорск. Академия гражданской защиты МЧС России.
2. Правила устройства электроустановок. 7-е издание: утв. Приказом Минэнерго России от 08 июля 2002 г. № 204 // www.insafety.ru.
3. Седнев В.А., Смуров A.B. Методы оценки и обоснования мероприятий по обеспечению электроэнергетической безопасности субъектов Российской Федерации в условиях чрезвычайных ситуаций: Монография. М.: Академия ГПС МЧС России, 2014. 125 с.
4. Комплексный анализ эффективности технических решений в энергетике / Ю.Б. Гук, П.П. Долгов, В.Р. Окороков и др. Л.: Энерго-атомиздат. Ленингр. отделение, 1985. 176 с.
5. Электротехнический справочник / Под ред. П.Г. Грудинского, М.Г. Чиликина и др. М.: «Энергия», 1972. 4-е изд., перераб. 816 с.
ORGANIZATION OF ASSURED SUPPLY OF WATER TOWERS RURAL
SETTLEMENT
Vladimir SEDNEV
Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Protection of Population and Territories
Academy of State Fire Service EMERCOM of Russia Address: 129366, Moscow, st. Boris Galushkina, 4 E-mail: sednev 70®yandex.ru
Nina LOPUKHOVA
Senior Researcher - Head security research group in emergency situations
Academy of State Fire Service EMERCOM of Russia Address: 129366, Moscow, st. Boris Galushkina, 4 E-mail: N.Lopukhova®academygps.ru.ru
Alexander BARINOV
Doctor of Technical Sciences,
professor of the Department
of emergency rescue operations,
Civil Defence Academy EMERCOM of Russia
Address: 141435, Moscow Region, Khimki,
md. Novogorsk
E-mail: a.barinovQamchs.ru
Abstract.In the article the scheme of power supply of consumers water towers, providing a stable and guaranteed fire water supply under the impact of wildfires on rural communities. Developed three options for coupling sources of electrical energy and stationary users. The first option involves the pairing of a source of electrical energy and stationary users using the iso-lation transformer, the second provides for the transfer of stationary users in a mode with the isolated neutral, the third source of electrical energy in the mode with dead-earthed neutral.
Keywords: village, fire water, consumers water towers, stand-alone source of electrical energy. Citation: Sednev V.A., Lopukhova N.V., Barinov A.V. Organization of assured supply of water towers rural settlement // Scientific and educational problems of civil protection. 2019. No. 4 (43). pp. 100-105.
References
1. Sednev V. A., Teterina N.V. Winter water intake and non-freezing ice hole to ensure fire safety of individual and collective households / / Materials of the XXVI international scientific-practical conference "Warning. The rescue. Help »March 17, 2016. Novogorsk. Academy of Civil Protection EMERCOM of Russia.
2. Rules for the installation of electrical installations. 7th edition: approved. By order of the Ministry of Energy of Russia dated July 08, 2002 No. 204 // www.insafety.ru.
3. Sednev V.A., Smurov A.V. Methods of assessment and justification of measures to ensure the electric power safety of the constituent entities of the Russian Federation in emergency situations: Monograph. M .: Academy of the State Fire Service of the Ministry of Emergencies of Russia, 2014. 125 p.
4. A comprehensive analysis of the effectiveness of technical solutions in the energy sector / Yu.B. Hook, P.P. Dolgov, V.R. Okorokov et al. L .: Energo-atomizdat. Leningra Department, 1985. 176 p.
5. Electrical reference book / Ed. P.G. Grudinsky, M.G. Chilikina et al. M .: "Energy 1972. 4th ed., Rev. 816 s.
