Тренды развития низковольтных распределительных устройств

Согласно исследованиям компании Global Market Insights [1] мировой объем рынка распределительных устройств в 2019 г. превысил $120 млрд (рис. 1), и эта цифра продолжает расти. Тенденция вполне закономерна: увеличение населения и улучшение качества жизни требуют дополнительного электроснабжения. Промышленность и города все больше электрифицируются, причем на электроэнергию переходят даже такие традиционные потребители нефтепродуктов, как автомобильный и общественный транспорт. Из-за прироста энерго­потребления эволюционируют генерация и распределительные устройства, которые являются основными поставщиками электроэнергии потребителям. Низковольтные распределительные устройства составляют большую часть объема рынка, а значит, прогресс в этой области наиболее заметен.

Рис. 1. Рынок распределительных устройств в 2019 г. (объем в $ млрд) [1]

Несмотря то, что человек использует низковольтные распределительные устройства уже более ста лет, их конструкция длительное время сильно не изменялась. Только технологический прогресс последних десятилетий позволил найти решения, способные качественно усовершенствовать распределительные устройства — например, повысить безопасность, являющуюся одной из самых главных (если не главной) характеристик таких устройств.

В последнее время вопросу безопасности уделяется внимание не только на промышленных площадках, но и в привычной для нас городской среде. Несомненно, распределительные устройства представляют собой источники опасности в связи с высокими протекающими токами и напряжением, а также необходимостью контакта с человеком. Благодаря разработкам в сфере изолирующих материалов и использованию системы секционирования в распределительных устройствах удалось добиться существенного повышения безопасности эксплуатации.

Тем не менее вопросы к безопасности все еще остаются: определенные ситуации допускают риск прикосновения человека к токоведущим поверхностям шин или контактной системы, а также риск образования внутренней дуги в распределительном устройстве, способной причинить значительный вред человеку и оборудованию. Так, согласно статистике, более чем 80% электротравм получают именно в результате дуговых замыканий.

Рис. 2.
а) Традиционная шинная система с плоскими шинами;
б) ламинированные (многослойные) шины в виде пластин

Для повышения безопасности распределительного устройства необходимо совершенствовать изоляцию контактной и шинной систем вплоть до исключения возможности их контакта с человеком, а также изоляцию всей поверхности фаз во избежание вероятности внутренней дуги. Это стало возможно реализовать в низковольтных распределительных устройствах благодаря технологии ламинированных шин, при которой сборные и распределительные шины одной фазы изготавливаются в виде пластины и фазы чередуются друг с другом через изоляторы, подобно слоеному пирогу. Таким образом обеспечивается не только полная защита человека от прикосновения за счет изоляции поверхности шин, но и защита от дуги изолирующими материалами во всем межфазном пространстве. Пример традиционного исполнения (неизолированные плоские шины в распределительном устройстве) и ламинированной технологии (пластинчатые шины) приведен на рис. 2, 3.

Рис. 3. Пример системы ламинированных шин для одной секции РУ:
1 – система изолированных между собой и от внешней среды ламинированных шин;
2 – контактные выводы (контактная система) для подключения потребителей;
3 – выводы ламинированных шин для соединения с другими секциями РУ

Контактная система распределительного устройства также может быть усовершенствована в целях безопасности. Требования современных стандартов задают степень защиты от прикосновения IP 2X / IP XXB, что обеспечивает защиту от прикосновения пальцем, но не более тонким предметом, например отверткой. Таким образом, увеличив степень защиты с IP 2X / IP XXB до более высоких значений (таблица) — например IP 3XD, можно исключить возможность прикосновения к токопроводящим частям предметом размером более 2,5 мм, таким как отвертка или проволока (ГОСТ 14254-2015, IEC 60529:2013).

Реализовать степень защиты IP 3XD можно с помощью специального исполнения контактных выводов, например, как показано на рис. 4.

Рис. 4. Пример усовершенствованной контактной системы с ламельными контактами трубчатой формы

За счет применения ламельных контактов трубчатой формы (как в аппаратах среднего напряжения) вместо традиционных контактов пинцетного типа можно также увеличить надежность и сократить частоту необходимого обслуживания контактной системы (благодаря высокой защите от пыли и грязи).

Таким образом, улучшение защитных характеристик распределительных устройств позволяет не только повысить безопасность, но и оптимизировать обслуживание, удлинив межремонтный интервал. При этом возрастает эффективность производств, способных безостановочно работать больший интервал времени, и обеспечивается более надежное электроснабжение критичных потребителей (аэропорты, больницы и т. д.). Дополнительные возможности увеличения межремонтного интервала в совокупности с уменьшением расходов на эксплуатацию распределительных устройств открываются при использовании цифрового оборудования.

Несмотря на то, что цифровизация часто рассматривается просто как модный тренд формата «Индустрии 4.0», при рациональном применении она может оказать реальную помощь в поддержании работоспособности и эксплуатации распределительных устройств. С каждым годом рынок цифрового оборудования растет, и его все чаще используют в распределительных устройствах (рис. 5).

Рис. 5. Развитие рынка цифрового оборудования в 2016–2021 гг. в США, Китае и Европе. Как европейские взяты суммарные данные по пяти странам: Франции, Германии, Италии, Испании и Великобритании.
Источник: Statista Digital Market Outlook

Например, использование цифрового оборудования с поддержкой сети Ethernet позволяет передавать необходимые данные об электроснабжении в реальном времени, а локальный накопитель информации, расположенный внутри распределительного устройства, обеспечивает просмотр собранной информации без необходимости применения дополнительных систем верхнего уровня (АСУЭ, АСТУЭ). Для этого к сети Ethernet распределительного устройства достаточно подключить ноутбук или даже обычный смартфон с веб-браузером (если поддерживается беспроводное соединение), так как для отображения данных может использоваться веб-интерфейс (рис. 6).

Рис. 6. Цифровое распределительное устройство с возможностью вывода данных об электроснабжении на веб-интерфейс

Благодаря открывающимся возможностям становится доступна дистанционная эксплуатация электрооборудования и анализ истории электроснабжения в режиме 24/7 — без необходимости держать на объекте эксплуатирующий персонал и применять системы автоматизации.

В качестве примера распределительного устройства, обладающего перечисленными в статье характеристиками, можно привести новое решение от компании ABB — низко­вольтное комплектное устройство NeoGear на базе изолированной системы шин [2].