Качество электроэнергии. Применение бустеров для повышения качества электроэнергии

34

Сборник докладов XIX заседания Ассоциации электроснабжения городов России «ПРОГРЕССЭЛЕКТРО»

ШАМАНОВ Д.Г.,

директор по продажам в России и странах СНГ Ensto Utility Networks

КАЧЕСТВО ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ. 
ПРИМЕНЕНИЕ БУСТЕРОВ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ 
КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

П

роблема качества поставляемой потре-
бителям электроэнергии существует 
давно. В предлагаемой статье описыва-

ется бустер (вольт-добавочный трансформатор), 
принцип действия которого основан на управле-
нии силовой электроникой автотрансформатора. 
Скорость срабатывания силовой электроники 
может достигать 30 мс. При этом бустер не явля-
ется препятствием передачи сигнала по линии. 
Диапазон регулирования — до 172 В. Потери 
в бустере не превышают 10 Вт. Бустер может 
применяться в различных погодных условиях и 
может быть смонтирован без дополнительных 
капиталозатрат в разрыв сети прямо на опоре. 
Применение бустеров позволит решить задачу 
повышения качества электроэнергии — это как 
постоянное, так и временное решение.

Современная жизнь немыслима без исполь-

зования электричества. Электричество прочно 
вошло в нашу жизнь и стало социально значи-
мым. Мы не в состоянии отдыхать, работать, 
действовать, полноценно жить без электроэнер-
гии. Свидетельством тому — все прошедшие 
стихийные бедствия с авариями на энергети-
ческих объектах. Как в дачных или коттеджных 
посёлках, так и в отдалённых сёлах есть элек-
тричество. Потребление электроэнергии мелки-
ми частными потребителями неуклонно растёт, 
причём это сопровождается большим рассре-
доточением этих потребителей географически. 
Количество электроприёмников у потребите-
лей, потребляющих большую мощность, также 
растёт.

Существующие распределительные сети 

предполагают эксплуатацию в течение не одного 

десятка лет, но всё более заметным становится 
отставание пропускной способности сетей от 
постоянного повышенного спроса на потребле-
ние электроэнергии, во многих случаях наблю-
дается сезонность пиковых нагрузок, чаще — в 
летний период, когда городское население пере-
езжает в места расположения дач и коттеджей.

По исследованиям качества электроэнергии и 

отказов в распределительных сетях, проведён-
ным специалистами НИУ МЭИ, на первом месте 
с точки зрения качества электроэнергии стоит 
именно падение напряжения ниже норматива 
в точке присоединения потребителя, на втором 
месте — перекос фаз и на третьем — появление 
высших гармоник в сетях под влиянием электро-
приёмников. Хотя сам потребитель ощущает в 
первую очередь простые отключения и только 
во-вторую — падение напряжения. На третьем 
месте — скачки напряжения в сети. Падение 
напряжения регулируется стандартом EN50160 
или местными нормативами, но всегда в диапа-
зоне Un+/-10%, а чаще и по факту минимальное 
значение не менее 95% от номинала. Действи-
тельно, напряжение изменяется в соответствии с 
уровнем нагрузки у потребителя. Падение напря-
жения в линии вычисляется по формуле

V

drop 

=  





3 I (Rcos



 +  Xsin



)

Потребитель, конечно же, фиксирует эти 

проблемы исключительно визуально: низкий 
уровень напряжения приводит к снижению 
производительности электроприёмников. Вода в 
чайнике закипает медленней, освещение тускне-
ет, двигатели могут не работать и т.д.

35

6–8 февраля 2013 г. Ханты-Мансийск

Потребители, столкнувшись с подобными 

проблемами, могут потребовать от поставщика 
электроэнергии (сетевой организации) предо-
ставления качественных услуг, и сейчас всё 
чаще это делают.

Выход из этой ситуации сетевым предприяти-

ем традиционно осуществляется реконструкцией 
сети:
•  увеличением сечения проводов или кабеля;
•  строительством дополнительных линий;
• перенесением ТП ближе к потребителю, 

что приводит к уменьшению протяжённости 
распределительной сети низкого напряжения.
Но традиционные способы ликвидации этих 

проблем существенно дорогостоящие. Линии 
среднего напряжения зависят от внешних факто-
ров и требуют значительных капиталовложений. 
Временной фактор реконструкции для ликвида-
ции проблемы тоже играет важную роль. Сроки 
выделения финансирования, проектирования, 
согласования, строительных работ как таковых 
могут растянуться не на один месяц.

Можно также решить эту проблему, например, 

повышением напряжения распределительной 
сети до 1 кВ (в соответствии с требованиями 
норматива до 1кВ), это хотя и не сильно затрат-
ное решение, но временной фактор остаётся. 
Это решение может быть рассмотрено в отдель-
ной статье и может являться интересным для 
отдельного варианта исполнения.

Сегодня хотелось бы предложить достаточно 

простое решение.

Сделаем ещё одну ремарку: чаще всего 

проблемы падения напряжения могут возникать 
через короткий промежуток времени или сезон-
но, т.е. не постоянно.

В случае кратковременного или сезонного 

падения напряжения при стабильных значениях 
бустер (рис. 1) может являться окончательным 
решением. Такое наблюдается чаще всего в 
коттеджных посёлках, где потребитель находится 
лишь в течение тёплого сезона или в выходные 
дни; соответственно, большая нагрузка на сети 
возникает только в эти периоды. Традиционное 
переустройство сети в этом случае может быть 
необоснованным.

Но если проблема падения напряжения носит 

постоянный характер, ожидается увеличение 
числа потребителей и, как следствие, увеличе-
ние числа электроприёмников, то в этом случае, 
конечно же, потребуется реконструкция сети 

Рис. 1. Бустер 

(вольт-добавочный трансформатор)

Рис. 2. Принцип действия Бустера

2

1

Основной поток энергии

Повышенный поток энергии

U

вых

U

вх

36

Сборник докладов XIX заседания Ассоциации электроснабжения городов России «ПРОГРЕССЭЛЕКТРО»

с последующим увеличением передаваемой 
мощности. Использование бустера в этом случае 
может быть временным. Его установка не требу-
ет больших финансовых и временных затрат, 
не требует дополнительных согласований и 
проектных решений. Подключая его в разрыв 
сети в точке падения напряжения, в кратчайшие 
сроки смонтировав его на линии, можно быстро 
решить проблему, получив спокойный период 
на планирование инвестиций, проектирование 
и реконструкцию этого объекта. И после пере-
вода питания объекта на реконструированную 
сеть бустер может стать мобильным элементом 
решения проблем падения напряжения на других 
объектах.

Принцип действия (рис. 2) бустера основан на 

использовании автотрансформаторов как источ-
ника напряжения. 

Повышение напряжения основано на повы-

шающих ступенях обмоток трансформатора. 

Трансформатор выполнен по «сухой» техно-
логии. Это делает его лёгким и компактным в 
сравнении с нормальным трансформатором. 
Первичный ток повышается в соответствии с 
уровнем напряжения, каждая фаза представляет 
собой отдельный автотрансформатор. Напряже-
ние в каждой фазе измеряется и регулируется 
отдельной электронной схемой и имеет отдель-
ную коммутационную электронику. Электронный 
исполнительный (коммутационный) механизм 
имеет три ступени подключения (рис. 3).

С применением электроники быстродействие 

может быть установлено в пределах от 40 до 
1000 мс. Так как коммутационный элемент 
построен на полупроводниках, то, следова-
тельно, отсутствуют механические элементы, 
а с ними и проблемы механического износа. 
В системе реализован байпас, который вклю-
чается, как только теряется необходимость в 
повышении напряжения или контрольная систе-

ма обнаружит повреждения на 
линии. Переключение в режим 
байпас происходит и в случае 
ухода напряжения вне зоны 
регулирования. При выходе из 
строя бустера система также 
переходит в режим байпас, что 
позволяет не отключать потре-
бителя от напряжения в этом 
случае.

Ступени срабатывания повы-

шения напряжения следующие: 
20% — 13,3% — 6,7%, или значе-
ния напряжения регулируются в 
диапазоне входного напряжения 
172—222 В (рис. 4).

Бустер (табл.) сконструирован 

для установки на одной опоре 
(максимальный вес 160 кг), 
возможна установка на земле. 
Аппарат подразумевает простое 
присоединение в разрыв линии, 
как кабельной, так и воздушной, 
или на переходе между кабель-
ной и воздушной линиями. Не 
требует наладки и калибровки. 
Переходные кабели, зажимы, 
защитные элементы входят в 
комплект поставки

Бустер, построенный на 

«сухих» автотрансформаторах, 

→ L

L →

→ N

N →

Управление напряжением

Блок 

управления

К

онтак

торы 

ст

упеней

К

онтак

тор 

Байпас

Рис. 3. Принципиальная схема бустера

Рис. 4. Вольт-добавочная характеристика бустера

170

180

190

200

210

220

230

240

250

+10%

-10%

норм.

входящее напряжение

выходящее напряжение

250

240

230

220

210

200

190

180

170

160

В

В

37

6–8 февраля 2013 г. Ханты-Мансийск

Табл. Пример конструкций бустеров 

Наименование

VB20K

VB30K

VB50K

Номинальная 
мощность, кВА

3 x 7

3 x 10

3 x 17

Номинальный ток, А

3 x 30

3 x 44

3 x 74

Максимальный 
входной ток, А

3 x 36

3 x 52

3 x 89

Сеть

трёхфазная

трёхфазная

трёхфазная

Время срабатывания, 
мс

300

300

300

Потери ХХ, Вт

< 10

< 10

< 10

Эффективность, %

> 98

> 98

> 98

Вес, кг

105

130

170

Ступени повышения

20% – (U

вх

 =172–198 В); 13,3% – (U

вх

 =198–209 В)

6,7% – (U

вх

 = 209–222 В); байпас (U

вх

 > 222 В)

Корпус

Оцинкованная сталь, покрытие RAL7035

обладает высокой эффективно-
стью (более 98%). При нормальном 
напряжении сети активизируется 
режим байпас и потери становятся 
минимальными. В самом тяжёлом 
случае потери в коммутационной 
части составляют 50 Вт и потери 
в трансформаторе — 40 Вт (при 
максимальном уровне повышения 
и максимальной нагрузке для 
бустера 50 кВА). Сухое испол-
нение и малые потери даже при 
максимальной нагрузке позволяют 
использовать более простые и 
недорогие методы охлаждения. 
В нашем случае — за счёт воздуш-
ной конвекции. Жидкостное 
(масляное) охлаждение значитель-
но удорожает и утяжеляет аппарат. 
Особое внимание уделяется конструкции в части 
наружного исполнения — корпус выполняется 

прочным, стальным, горячей оцинковки и уров-
нем защиты трансформатора IP33.