Цифровые средства контроля и управления качеством электроэнергии

Компания «Энергия Оптимум» занимается комплексным изучением проблем электропитания у потребителей, внедрением технологий для обеспечения качества электроэнергии внутри объектов, оптимизации энергопотребления и сбережения электрической энергии. На основе богатого опыта, приобретенного за 10 лет решения подобных задач, в компании разработаны современные высокоавтоматизированные устройства, предназначенные для нормализации напряжения на стороне конечного потребителя.

За последние годы, в связи с реализацией ряда государственных программ и национальных проектов по развитию сельских территорий, повышению доступности загородной недвижимости, поддержке малого и среднего бизнеса за пределами городских агломераций, загрузка распределительных электрических сетей во многих регионах России существенно выросла. Вместе с ростом электрических нагрузок изменилась и структура энергопотребления, требования к надежности и качеству электроснабжения, предъявляемые как со стороны бытовых потребителей, так и со стороны коммерческих организаций.

Усиление требований к качеству электроснабжения потребителей происходит и на законодательном уровне. Так, в соответствии с Энергетической стратегией РФ на период до 2035 года (утв. Распоряжением Правительства РФ от 09.06.2020 № 1523-р) задачей электроэнергетики по обеспечению потребностей социально-экономического развития Российской Федерации является повышение качества энергоснабжения потребителей до уровня, сопоставимого с лучшими зарубежными аналогами, с обеспечением экономической эффективности. В соответствии с Федеральным законом от 26.03.2003 № 35 «Об электроэнергетике» субъекты электроэнергетики отвечают перед потребителями электрической энергии за качество электрической энергии. Аналогичные обязанности прописаны для субъектов электроэнергетики в «Основных положениях функционирования розничных рынков электрической энергии» (утверждены Постановлением Правительства РФ от 05.04.2012 № 442). Показатели и нормы качества электрической энергии в точках передачи электрической энергии пользователям электрических сетей определены ГОСТ 32144-2013 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения».

За последние годы сформирована обширная судебная практика, в соответствии с которой электросетевые и энергосбытовые компании привлекаются к ответственности из-за допущения существенных отклонений параметров качества сети от нормативных. Размеры компенсации ущерба, нанесенного имуществу потребителей вследствие подобных событий, в отдельных случаях исчисляются десятками миллионов рублей.

Проблемы с качеством электроснабжения потребителей в большинстве случаев возникают от необходимости увеличения мощности по распределительным электрическим сетям, исторически запроектированным и рассчитанным на гораздо меньшие уровни нагрузок, а также из-за увеличения протяженности ЛЭП 0,4 кВ в связи с расширением территории электроснабжения. Традиционными методами решения возникающих проблем с качеством являются:

• строительство нового центра питания (ТП 10(6)/0,4 кВ) вблизи вновь образованного центра электрических нагрузок с разделением сети 0,4 кВ на более короткие линии;
• реконструкция ЛЭП 0,4 кВ с увеличением сечения провода (кабеля) в соответствии с расчетами падения напряжения;
• установка вольтодобавочного трансформатора на ВЛ;
• локальные технические мероприятия (сезонное переключение отпаек ПБВ на силовом трансформаторе в ТП, перераспределение нагрузок по фазам ВЛ 0,4 кВ или между ТП).

Следует заметить, что локальные технические мероприятия, как правило, приносят очень незначительный и временный эффект. Их применение часто ограничено техническим состоянием распределительной сети и загрузкой линейного персонала, который должен осуществлять подобные манипуляции. Мероприятия, упомянутые в первых двух пунктах, являются достаточно дорогостоящими, и их реализация требует достаточно большой предварительной проработки: проектирование, выбор земельных участков для размещения, получение согласований с владельцами земельных участков и смежных коммуникаций и т.п. В случае с вольтодобавочными трансформаторами необходим грамотный выбор сопутствующего оборудования (коммутационные аппараты, система регулирования), а также выбор и обустройство площадки для его установки.

Современным высокоэффективным и рациональным с экономической точки зрения решением, преодолевающим вышеупомянутые ограничения и недостатки, является новое устройство автоматизированного регулирования напряжения — обратимый бустер.

Обратимые бустеры серии ОБ 3, разработанные ООО «Конструкторское бюро Энергия Оптимум» (участником инновационного центра «Сколково»), предназначены для нормализации напряжения на стороне конечного потребителя в электрических сетях систем электроснабжения общего назначения переменного трехфазного тока с номинальным напряжением 380/220 В и частотой 50 Гц. Выпускаются номинальной мощностью до 160 кВА.

На заданном участке линии устройство обеспечивает сохранение напряжения в диапазоне, задаваемом оператором, при изменении напряжения в питающей сети, выходящего за границы этого диапазона. Ширина диапазона выбирается таким образом, чтобы обеспечить напряжение, соответствующее оптимальному для данного вида нагрузки. В общем случае, для смешанной нагрузки устанавливается диапазон 220±5% (заводские установки для потребителя), для электросетевых компаний устанавливается диапазон 230±5%. При этом рабочий диапазон входных фазных напряжений питающей сети, при котором устройство сохраняет работоспособность, составляет 100–260 В. Бустер также имеет функции мониторинга электропотребления и некоммерческого учета энергопотребления. Устройство также измеряет и хранит информацию о напряжениях, токах, мощности и пр. для передачи в системы АСУ или на внешний компьютер. Для обеспечения технологического контроля возможна полная интеграция в различные системы АСКУЭ и АСУ ТП с использованием различных интерфейсов.

По сравнению с вольтодобавочными трансформаторами, устройства регулирования «Энергия Оптимум» имеют гораздо больший КПД — более 99% (КПД вольтодобавочного трансформатора в среднем около 96%). Вторым преимуществом является вес и габариты устройства, поскольку в сборе оно требует минимум железа. Установка обратимого бустера производится прямо на существующие опоры ВЛ 0,4 кВ (в зависимости от технического состояния опоры может потребоваться ее дополнительное усиление). Дополнительный землеотвод не требуется. При этом оборудование хорошо адаптировано к погодным условиям большинства регионов России: имеет степень защиты корпуса IP54 и рабочий диапазон температур от –45°С до +40°С.

Ноу-хау разработчика состоит в том, что после тщательного изучения физики коммутационных процессов специалисты «Энергия Оптимум» нашли надежный способ коммутации обмоток вольтодобавочного трансформатора под нагрузкой с использованием алгоритмов и коммутационных элементов, позволяющих контролировать процесс на микросекундном масштабе и делать переключение максимально надежно без скачков тока и напряжения.

Преимущества обратимого бустера позволяют реализовывать проекты, направленные на повышение качества электроснабжения потребителей, в максимально сжатые сроки и с существенной экономией инвестиционных ресурсов компании. Так, по итогам сравнительных расчетов различных вариантов решения задачи повышения качества электроснабжения на заданном участке сети, обратимый бустер продемонстрировал на 30% большую экономическую эффективность по сравнению с решением по реконструкции ВЛ 0,4 кВ и более чем на 50% большую эффективность по сравнению с проектом по строительству дополнительной ТП. Помимо этого, оборудование российской компании — на 20% дешевле зарубежных аналогов.

С учетом данных технико-экономических характеристик бустер может применяться на объектах с повышенными требованиями к надежности функционирования и безопасности, а также на объектах, критичных к габаритам и весу размещаемого оборудования. Необходимость и эффективность применения бустеров подтверждена компетенциями Группы компаний «Россети». Согласно информации, представленной техническими руководителями компании на VIII Международной научно-технической конференции «Развитие и повышение надежности распределительных электрических сетей», на сегодняшний день в распределительных электрических сетях Группы «Россети» установлено уже более 400 бустеров, в течение 2023 года запланировано к установке еще более 200 таких устройств. Обратимые бустеры компании «Энергия Оптимум» также прошли аттестацию в компании «Россети» и рекомендованы для применения на ее объектах. Устройства стабилизации напряжения серии ОБ 3 прошли ЗАК (заключение аттестационной комиссии) и рекомендованы для применения на объектах ДЗО ПАО «Россети».

Помимо обратимых бустеров, в компании «Энергия Оптимум» разработан оптимизатор энергопотребления ОЭП 3, а также другие устройства для регулирования и поддержания параметров качества в электрической сети и на стороне потребителя номинальной мощностью до 420 кВА. За 10 лет работы компанией произведено и реализовано более 5600 единиц оборудования, которое успешно применяется на тысячах объектах по всей стране, проведено более 35 тысяч обследований энергосистем отдельных предприятий. На сегодняшний день оборудование «Энергия Оптимум» стабильно работает в 1549 учебных заведениях в 12 регионах РФ, в других учреждениях социальной сферы и системы здравоохранения. Совместно с крупнейшими ТЭК произведено оснащение устройствами более 230 объектов по всей России.

Компания «Энергия Оптимум» готова выполнить обследования и предложить лучшие и наиболее эффективные решения по повышению качества электроснабжения на объектах.