Комплексные решения по повышению качества электроэнергии для сетей низкого напряжения

52

XX заседание Ассоциации электроснабжения городов России «ПРОГРЕССЭЛЕКТРО»

ШАМАНОВ Д.Г.,

директор по СНГ ООО «Энсто Рус»

КОМПЛЕКСНЫЕ РЕШЕНИЯ ПО ПОВЫШЕНИЮ 
КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ДЛЯ СЕТЕЙ 
НИЗКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

П

роблема качества поставляемой потреби-
телям электроэнергии существует давно. 
В предлагаемом докладе описываются 

некоторые решения, позволяющие оперативно 
решить эту проблему, основанные на исполь-
зовании бустера (вольт-добавочного трансфор-
матора) с последующим переносом ТП в новый 
узел потребления с помощью универсального 
кабеля EXCEL (рис. 1). Принцип действия 
вольт-добавочного трансформатора основан 
на управляемых силовой электроникой фазных 
автотрансформаторах. Скорость срабатывания 
силовой электроники может достигать 30 мс. 
При этом бустер не является препятствием для 
передачи сигнала по линии. Диапазон регули-
рования — до 172 В. Бустер может применяться 
при различных погодных условиях и монтиро-
ваться без дополнительных капитальных затрат 
в разрыв сети прямо на опоре. Применение 
бустеров позволит решить задачи повышения 
качества электроэнергии.

При использовании бустера в качестве времен-

ного решения перенос ТП можно осуществить 
универсальным кабелем EXCEL, подвешивая 
его на существующих опорах сети 0,4 кВ. Такая 
возможность существует благодаря небольшим 
массогабаритным параметрам кабеля и его 
высокой пропускной способности на короткие 
расстояния.

Современная жизнь немыслима без исполь-

зования электричества. Электричество прочно 

Рис. 1. Бустер 

(вольт-добавочный трансформатор)

вошло в нашу жизнь и стало социально значи-
мым. Мы не в состоянии отдыхать, работать, 
действовать, полноценно жить в отсутствии 
электричества. Свидетельством тому — все 
прошедшие стихии с авариями на энергетических 
объектах, приведшие к коллапсу в жизни людей. 
Можно с полной уверенностью утверждать, что 

53

2–4 июня 2014 г., Нижний Новгород

потребление электроэнергии мелкими частными 
потребителями по понятным причинам неуклон-
но растёт, причём это сопровождается большим 
рассредоточением этих потребителей географи-
чески. Количество электроприёмников, потре-
бляющих большую мощность, также растёт.

Существующие распределительные сети пред-

полагают эксплуатацию не один десяток лет, 
но всё более заметным становится отставание 
пропускной способности сетей от постоянного 
повышенного спроса на потребление электро-
энергии.

Потребитель ощущает и реагирует в первую 

очередь на простое отключение и во вторую 
очередь — на падение напряжения. Падение 
напряжения регулируется стандартом EN50160 
или местными нормативами, но всегда в диапа-
зоне Un+/-10%. Действительно, напряжение 
изменяется в соответствии с уровнем нагрузки 
у потребителя. Падение напряжения в линии 
вычисляется по формуле

Udrop = 

√

─

3

I

 (RcosФ + XsinФ).

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.

Потребители по фиксации подобных проблем 

могут потребовать от поставщика электроэнер-
гии (сетевой организации) предоставления каче-
ственных услуг, и сейчас всё чаще это делают.

Выход из этой ситуации у сетевого предпри-

ятия традиционно осуществляется реконструк-
цией сети следующим образом:
•  увеличением сечения проводов или кабеля;
•  строительством дополнительных линий;
•  перенесением ТП ближе к потребителю, что 

приводит к уменьшению распределительной 
сети низкого напряжения.
Временной фактор реконструкции для ликви-

дации проблемы играет очень важную роль. 
Сроки выделения финансирования, проектиро-
вания, согласования, строительных работ как 
таковых могут растянуться не на один месяц.

Сегодня хотелось бы предложить следующее 

решение.

Если проблема падения напряжения носит 

постоянный характер, ожидается также 

увеличение числа потребителей и, как след-
ствие, увеличение числа электроприёмников, то 
в этом случае, конечно же, потребуется рекон-
струкция сети с последующим увеличением 
передаваемой мощности. Использование бусте-
ра в этом случае может быть только временным. 
Установка бустера не требует больших затрат 
финансовых и временных, не требует дополни-
тельных 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 (время) на плани-
рование инвестиций, проектирование и рекон-
струкцию этого объекта. И уже после перевода 
питания объекта на реконструированную сеть 
бустер может стать мобильным элементом 
решения проблем падения напряжения на 
других объектах.

Принцип действия (рис. 2) предлагаемого 

бустера основан на использовании автотранс-
форматоров как источника напряжения. 

Рис. 2. Принцип действия Бустера

2

1

Основной поток энергии

Повышенный поток энергии

U

вых

U

вх

54

XX заседание Ассоциации электроснабжения городов России «ПРОГРЕССЭЛЕКТРО»

Повышение напряжения основано на повы-

шающих ступенях обмоток трансформатора, 
который выполнен по «сухой» технологии. Это 
делает его лёгким и компактным в сравнении с 
нормальным трансформатором. Первичный ток 
повышается в соответствии с уровнем напряже-
ния. Каждая фаза представляет собой отдельный 
автотрансформатор. Напряжение в каждой фазе 
измеряется и регулируется отдельной электрон-
ной схемой и имеет отдельную коммутационную 
электронику. Электронный исполнительный 
(коммутационный) механизм имеет три ступени 
подключения (рис. 3).

В связи с применением электроники быстро-

действие может быть установлено в пределах от 
40 до 1000 мс. Так как коммутационный элемент 
построен на полупроводниках, следовательно, 
отсутствуют механические элементы и, как 
следствие, отсутствуют «дребезг» контактов 

→ 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

и проблемы механического 
износа. В системе реализован 
байпас, который включается, 
как только нет необходимости в 
повышении напряжения. Пере-
ключение в режим байпас также 
происходит в случае ухода 
напряжения из зоны регули-
рования. При выходе из строя 
бустера система переходит в 
режим байпас, что позволяет 
не отключать потребителя от 
напряжения. 

Ступени срабатывания повы-

шения напряжения — 20—13,3—
6,7% или значения напряжения 
регулируются в диапазоне вход-
ного напряжения 172—222 В 
(рис. 4).

Бустер сконструирован для 

установки на одной опоре 
(максимальный вес 170 кг), 
возможна также установка на 
земле. Аппарат подразуме-
вает простое присоединение 
в разрыв линии, как кабель-
ной, так и воздушной. Или на 
переходе между кабельной 
и воздушной линиями. Не 
требует наладки и калибровки. 
Переходные кабели, зажимы, 
защитные элементы входят в 

комплект поставки. Бустер выполнен в стальном 
оцинкованном корпусе, конструкция предусма-
тривает крепление на любой тип опор (железо-
бетонные или деревянные). Весь крепёж также 
поставляется в комплекте. Основные характери-
стики сведены в табл. 1. 

После запуска бустера в работу проблема 

падения напряжения временно решена и появ-
ляется возможность плановой реконструкции. 
В этом случае возможны варианты. 

Никто не отрицает реконструкцию сети теперь 

уже традиционным способом строительства 
линии с использованием защищённых проводов 
при переносе ТП в новый узел потребления. 
Преимущества такой линии уже не подлежат 
сомнению: это и габариты линии, и охранные 
зоны, и надёжность и т.д. 

Но сейчас предлагаются к рассмотрению 

более жёсткие условия, когда линия низкого 

55

2–4 июня 2014 г., Нижний Новгород

напряжения, предполагаемая к ре-
конструкции, располагается в стес-
нённых условиях и нет возможности 
установки новых опор.

В этом случае надо учесть следу-

ющие исходные данные:
•  линия низкого напряжения постро-

ена в населённом пункте;

• расстояние между опорами в 

среднем 20—30 м, в связи с тем 
что таким образом легко органи-
зовывать абонентские ответвле-
ния к потребителям (потребители 
располагаются на небольшом 
расстоянии друг от друга);

• в связи с тем что расстояние 

между опорами 20—30 м, можно с 
полной уверенностью утверждать, 
что опоры в линии как минимум в 
два раза недогружены по механи-
ческим нагрузкам;

•  становится возможным монтаж по 

тем же опорам цепи, соизмеримой с линией 
низкого напряжения по механическим нагруз-
кам;

•  перенос ТП необходимо произвести на неболь-

шое расстояние от 500 до 1500—2000 метров.
Применение универсального кабеля типа 

EXCEL (рис. 5) в этом случае — наиболее прием-
лемый вариант. Дело в том, что разработчики 
кабеля приняли за основу как раз те самые 
вышеизложенные исходные данные.

Рассмотрим конструкцию предлагаемого 

кабеля.

Конструкция кабеля выпускается 

марками EXCEL 3x10/10 или ЕXCEL 
3x16/10 и на классы напряжения 10 
или 20 кВ. Кабель выполнен в трёх-
фазной конструкции с жилами из 
меди сечением 10 или 16 мм

2

. Каждая 

фаза имеет легко снимаемый 
электропроводящий экран по изоля-
ции, что позволяет не пользоваться 
специальным инструментом при его 
снятии для монтажа аксессуаров. 
Экран кабеля выполнен из медной 
сетки вокруг всех трёх фаз. Поверх 
экрана — ленты герметизирующие и 
прочная полиэтиленовая оболочка, 
стойкая как к механическим повреж-
дениям, так и к солнечной радиации 
и другим воздействиям окружающей 
среды.

Допустимый ток по жиле кабеля — 

71 А для 10 мм

2

 (85 А для 16 мм

2

) 

при прокладке по воздуху. Длитель-

но допустимые перегрузки — до 96 А для 10 мм

2

(105 для 16 мм

2

) при прокладке в земле. Ток 

короткого замыкания по жиле — 2,0 кА для 
10 мм

2

 (3,0 кА для 16 мм

2

). Ток короткого 

замыкания по экрану — 2,0 кА, сопротивление 
жилы — 1,83 Ом/км для 10 мм

2

 (1,15 Ом/км 

для 16 мм

2

). Высокий уровень токовых харак-

теристик говорит о том, что можно передать 
достаточно большую мощность от 0,5 МВА при 
10 кВ и 10 мм

2

 до 2 МВА при 20 кВ и 16 мм

2

. 

Следует обратить внимание на то, что мы пред-
лагаем такое решение только для случаев 

Рис. 5. Универсаль-

ный кабель EXCEL

VB20K

VB30K

VB50K

Номинальная мощность, кВ 

3 x 7 

3 x 10 

3 x 17 

Номинальный ток, А

3 x 30 

3 x 44 

3 x 74 

Макс. 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% (Vin = 172—198 В) 13,3% (Vin = 198—209 В) 

6,7% (Vin = 209—222 В) Байпас (Vin > 222 В) 

Кожух

Оцинкованная сталь, покрытие RAL7035

Табл. 1. Основные характеристики бустера

56

XX заседание Ассоциации электроснабжения городов России «ПРОГРЕССЭЛЕКТРО»

переноса ТП или просто строитель-
ства ответвлений среднего класса 
напряжения на небольшие расстоя-
ния. Ведь на передачу такой большой 
мощности, конечно же, будет влиять 
сопротивление жилы, и здесь можно с 
уверенностью сказать, что при макси-
мально допустимом напряжении в 
начале линии потери по напряжению 
будут ощущаться на расстоянии 
2,0—2,5 км. Конечно же, в начале 
линии максимального напряжения не 
получить, особенно при переносе ТП. 
Но с уверенностью можно сказать, 
что такой кабель является удачным решением 
для переноса ТП на небольшие расстояния в 
стеснённых условиях.

Теперь остановимся на механической оценке 

предлагаемого универсального кабеля.

Минимальный габарит для 10 мм

2

 и 10 кВ — 

диаметр кабеля составляет 29 мм, вес — 
830 кг/км и максимальный габарит для 16 мм

2

Рис. 6. Схема переноса механической силы тяжения от 

поверхности кабеля к жилам

Рис. 7. Анкерный зажим

и 20 кВ — диаметр кабеля 43 
мм, вес 1400 кг/км. Для срав-
нения, низковольтный СИП 
имеет следующие габариты 
(табл. 2).

Следовательно, можно с 

уверенностью говорить, что 
предлагаемый универсальный 
кабель EXCEL соизмерим по 
массогабаритным размерам 
с самонесущими изолиро-
ванными проводами до 1 кВ. 
С учётом исходных данных о 
недогруженности существую-
щих линий как минимум в два 
раза дополнение существу-
ющих линий предложенным 
универсальным кабелем не 
приведёт к ухудшению устой-
чивости линии и позволит при 

прокладке применить существующие 
опоры, и, соответственно, не будет 
необходимости пересогласовывать 
установку опор на новых местах.

 На рис. 6 представлена схема пере-

носа нагрузки от поверхности кабеля 
на жилы.

Как видно из рисунка и конструкции 

кабеля, его несущая способность 
сконцентрирована в жилах. И, соот-
ветственно, анкерные зажимы (рис. 7) 
в этом случае применяются спираль-
ного типа с распределённой нагрузкой 
по оболочке кабеля, а в промежуточ-

ном подвесе применяется зажим, охватывающий 
весь кабель (рис. 8).

Для проектирования применяются следующие 

механические параметры:
• максимально допустимое усилие тяжения при 

расчёте — 8,1 кН;

• среднее ударное разрывное усилие тяжения 

кабеля >20 кН;

• среднее длительное разрывное усилие тяжения 

кабеля >15 кН.
Такой универсальный кабель активно приме-

няется в скандинавских странах, а также в стра-
нах восточной Европы уже в течение десятков 
лет, в странах СНГ пока опыта применения нет, 
но такая конструкция может иметь достаточно 
широкую область применения как один из этапов 
повышения качества электроэнергии.

Рис. 8. 

Поддерживающий 

зажим

Табл. 2. Габариты низковольтного СИП

Сечение СИП2

Диаметр, мм

Вес, кг/км

3х35+50

30

614

3х50+70

35

842

3х95+95

44

1423