Модернізація викатного елементу високовольтної комірки КРУ-2-10 - Моісеєв, В. І.; Moiseev, V. I. (ТОВ «ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «МЕТІНВЕСТ ПОЛІТЕХНІКА», 2024)
В першому розділі проведено аналіз сучасного стану енергопостачання промислових підприємств, що працюють на основі високовольтних комірок напругою 6-10 кВ. Розглянуто основні типи комутаційних апаратів, які використовуються у розподільчих пристроях, їх конструктивні особливості та принципи роботи. Описано проблеми експлуатації викочуваних вимикачів, зокрема труднощі з їх переміщенням, високий рівень фізичного зносу, а також обмеженість у запасних частинах. Проаналізовано вплив цих факторів на надійність енергопостачання та безпеку персоналу. Визначено основні напрямки модернізації обладнання, зокрема можливість заміни масляних вимикачів на вакуумні аналоги та автоматизацію процесу вкочування і викочування візка. Виявлено основні переваги таких змін, включаючи підвищення швидкодії комутаційного процесу, зменшення експлуатаційних витрат та покращення умов праці обслуговуючого персоналу. В другому розділі розглянуто теоретичні основи роботи високовольтних вимикачів, механізмів їх управління та автоматизації. Проведено детальний аналіз існуючих розподільчих пристроїв 6-10 кВ, їх елементної бази та релейного захисту. Здійснено порівняльний аналіз масляних та вакуумних вимикачів, у якому визначено їхні основні характеристики, переваги та недоліки. Масляні вимикачі мають вищу масу, складніше обслуговуються та містять небезпечне для довкілля трансформаторне масло. Вакуумні вимикачі є більш надійними, довговічними та енергоефективними, що робить їх доцільними для впровадження в промислових системах. Досліджено механізми вкочування візка та проаналізовано їх недоліки, серед яких значні фізичні зусилля, необхідні для переміщення, а також ризик травмування персоналу. Визначено можливі шляхи автоматизації цього процесу, зокрема використання електроприводу з черв’ячним механізмом, що дозволяє значно покращити зручність та безпеку роботи. В третьому розділі викладено програму та методику проведення експериментальних досліджень модернізованого механізму вкочування візка вимикача. Визначено ключові параметри, що підлягали оцінці, включаючи швидкість переміщення, навантаження на привід та загальні експлуатаційні характеристики системи. Проведено математичні розрахунки механічних властивостей приводу, що дозволило визначити оптимальні параметри електродвигуна. Змодельовано роботу системи у 8 середовищі SolidWorks, що дало змогу оцінити її працездатність та ефективність. За результатами експериментів встановлено, що модернізований механізм вкочування дозволяє скоротити час переміщення візка з 3 хвилин до 45 секунд, що підвищує загальну ефективність роботи комірки. Відзначено зменшення фізичного навантаження на персонал та зниження ризиків травмування під час експлуатації. В четвертому розділі наведено розрахунки економічного ефекту від впровадження модернізованої системи вкочування візка вимикача. Проаналізовано економічні втрати, які виникають через простої електрообладнання, витрати на технічне обслуговування та ремонти. Розраховано вартість модернізації, що включає закупівлю електроприводів, їх монтаж та налаштування. Визначено окупність проєкту, яка становить приблизно 8 місяців. Результати економічного аналізу підтвердили, що модернізація дозволяє зменшити втрати через простої обладнання на 32%, а також знизити витрати на обслуговування комірок. Додатково враховано потенційну економію електроенергії, що забезпечується за рахунок використання енергоефективних приводів. В п’ятому розділі розглянуто питання безпеки експлуатації високовольтного обладнання та заходи щодо зниження ризиків для персоналу. Описано основні небезпечні фактори, які можуть виникати під час роботи з високовольтними вимикачами, та розглянуто способи їх мінімізації. Особливу увагу приділено ризикам, пов’язаним з ручним переміщенням візка вимикача, що може спричиняти фізичні перевантаження та травмування працівників. Запропоноване автоматизоване рішення значно знижує ці ризики, усуваючи необхідність застосування значних фізичних зусиль. Описано заходи з електробезпеки, що включають додаткове заземлення, контроль рівня напруги та впровадження системи дистанційного керування. Запропоновано рекомендації щодо вдосконалення інструкцій з техніки безпеки та організації навчань для персоналу, що працює з модернізованим обладнанням. Впровадження автоматизованої системи вкочування не тільки підвищує ефективність роботи комірок, а й суттєво покращує умови праці, роблячи процес керування вимикачем більш безпечним та зручним.

The first section analyzes the current state of power supply of industrial enterprises operating on the basis of high-voltage cells with a voltage of 6-10 kV. The main types of switching devices used in switchgear are considered. The problems of operating withdrawable switches are described, in particular, difficulties with their movement, high level of physical wear, as well as limited spare parts. The impact of these factors on the reliability of power supply and personnel safety is analyzed. The main directions of equipment modernization are determined, in particular, the possibility of replacing oil switches with vacuum analogues and automating the process of rolling in and rolling out the trolley. The main advantages of such changes are identified, including increasing the speed of the switching process, reducing operating costs and improving the working conditions of service personnel. The second section considers the theoretical foundations of the operation of high-voltage switches, their control and automation mechanisms. A detailed analysis of existing 6-10 kV switchgear, their element base and relay protection was carried out. A comparative analysis of oil and vacuum circuit breakers was carried out, which determined their main characteristics, advantages and disadvantages. Oil circuit breakers have a higher mass, are more difficult to maintain and contain environmentally hazardous transformer oil. Vacuum circuit breakers are more reliable, durable and energy efficient, which makes them appropriate for implementation in industrial systems. The 10 mechanisms for rolling the trolley were studied and their disadvantages were analyzed, including significant physical effort required for movement, as well as the risk of personnel injury. Possible ways of automating this process were determined, in particular, the use of an electric drive with a worm mechanism, which allows significantly improving the convenience and safety of work. The third section presents the program and methodology for conducting experimental studies of the modernized mechanism for rolling the trolley of the circuit breaker. The key parameters to be assessed were determined, including the movement speed, the load on the drive and the general operational characteristics of the system. Mathematical calculations of the mechanical properties of the drive were carried out, which made it possible to determine the optimal parameters of the electric motor. The operation of the system was modeled in the SolidWorks environment, which made it possible to assess its performance and efficiency. According to the results of the experiments, it was established that the modernized rolling mechanism allows to reduce the time of moving the trolley from 3 minutes to 45 seconds, which increases the overall efficiency of the cell. A decrease in the physical load on personnel and a reduction in the risk of injury during operation were noted. The fourth section provides calculations of the economic effect of implementing the modernized system of rolling the circuit breaker trolley. The economic losses arising from electrical equipment downtime, maintenance and repair costs were analyzed. The cost of modernization was calculated, which includes the purchase of electric drives, their installation and adjustment. The project payback period was determined, which is approximately 8 months. The results of the economic analysis confirmed that the modernization allows to reduce losses due to equipment downtime by 32%, as well as to reduce the costs of maintaining the cells. In addition, the potential electricity savings provided by the use of energy-efficient drives were taken into account. The fifth section considers the issue of safety of operation of highvoltage equipment and measures to reduce risks for personnel. The main hazardous factors that may arise when working with high-voltage circuit breakers are described, and ways to minimize them are considered. Particular attention is paid to the risks associated with manual movement of the circuit breaker trolley, which can cause physical overload and injury to workers. The proposed automated solution significantly reduces these risks, eliminating the need for significant physical effort. Electrical safety measures are described, including additional grounding, voltage level control and the implementation of a remote control system control. Recommendations are proposed for improving safety instructions and organizing training for personnel working with modernized equipment. The introduction of an automated 11 rolling-in system not only increases the efficiency of the cells, but also significantly improves working conditions, making the process of controlling the circuit breaker safer and more convenient.
Modernization of the retractable element of the high-voltage cell KRU-2-10
Наук. керівник: Цимбал Б. М., д. держ. упр., доцент
Keywords: електрообладнання; високовольтна комірка; комплектний розподільчий пристрій; викочуваний елемент; масляний вимикач; electrical equipment; high-voltage cell; complete switchgear; rolling-out element; oil circuit breaker