54
АНАЛИТИКА
СЕТИ РОССИИ
54
к
а
ч
е
с
т
в
о
э
л
е
к
т
р
о
э
н
е
р
г
и
и
качество электроэнергии
ВВЕДЕНИЕ
В
последнее
десятилетие
в
линиях
электро
-
снабжения
происходит
рост
электрических
на
-
грузок
,
что
связано
с
увеличением
количества
используемых
бытовых
приборов
и
их
единич
-
ной
мощности
.
Увеличение
электрических
на
-
грузок
в
протяжённых
линиях
электропередачи
0,4
кВ
при
значительном
их
износе
,
особенно
в
сельской
местности
,
приводит
к
ощутимым
ко
-
лебаниям
уровня
напряжения
электрической
энергии
,
иногда
выходящим
за
допустимые
ве
-
личины
.
Продолжающееся
насыщение
бытовых
по
-
требителей
энергоёмкими
электроприборами
,
к
тому
же
чувствительными
к
перепадам
напря
-
жения
,
снижает
качество
электроснабжения
.
При
этом
повышается
риск
повреждения
элек
-
трического
оборудования
энергоснабжающих
предприятий
,
а
потребители
предъявляют
пре
-
тензии
к
некачественному
электроснабжению
.
Компании
,
снабжающие
электрической
энерги
-
ей
,
производят
компенсационные
выплаты
за
сгоревшую
бытовую
технику
,
оплачивают
штра
-
фы
,
подвергаются
применению
понижающих
коэффициентов
при
тарифном
регулировании
.
К
тому
же
ухудшается
репутация
предприятий
,
снабжающих
электрической
энергией
потреби
-
телей
.
Восстановление
показателей
качества
элек
-
троэнергии
до
значений
,
нормируемых
ГОСТом
32144-2013, [1],
традиционно
проводится
путём
реконструкции
существующих
электрических
сетей
.
Монтируются
провода
большего
сечения
,
увеличивается
мощность
трансформаторов
,
пе
-
реносится
центр
питания
в
центр
нагрузок
и
т
.
п
.
Однако
это
требует
дополнительных
финансо
-
вых
затрат
.
В
последние
годы
ряд
компаний
на
рынке
электрооборудования
предлагают
в
по
-
добных
случаях
применять
вольтодобавочные
трансформаторы
.
Применение
в
сетях
нового
вида
оборудова
-
ния
,
сравнение
его
эффективности
с
традици
-
онными
способами
восстановления
параметров
качества
электрической
энергии
,
экономическая
обоснованность
выбора
подобного
техническо
-
го
решения
требуют
научной
проработки
.
Установка
вольтодобавочных
трансформа
-
торов
,
обеспечивающих
качественную
пере
-
дачу
электрической
энергии
потребителям
,
без
осуществления
длительных
и
затратных
мероприятий
по
реконструкции
существующей
электрической
сети
может
стать
одним
из
ва
-
риантов
быстрого
,
относительно
недорогого
и
эффективного
решения
проблемы
повышения
качества
электрической
энергии
[2].
Это
позво
-
лит
снизить
экономические
потери
энергоснаб
-
Опыт применения вольто-
добавочных трансформаторов
в низковольтных
электрических сетях
Усиление требовательности со стороны потребителей, государственных органов
на фоне высокого износа и большой протяжённости низковольтных сетей (про-
тяжённость сетей 0,4 кВ, находящихся на балансе филиала «Рязаньэнерго», более
11 тыс. км) приводит к необходимости поиска наиболее эффективных способов
повышения качества электрической энергии. В статье рассмотрен опыт установ-
ки вольтодобавочного трансформатора (бустера) в Пронском районе Рязанской
области в существующую трёхфазную сеть напряжением 0,4 кВ.
Татьяна ВАСИЛЬЕВА, профессор кафедры
«Промышленная электроника» ФГБОУ ВПО РГРТУ, д.т.н.,
Юрий КОСТИН, заместитель директора по управлению
собственностью и правовым вопросам филиала «Рязаньэнерго»
ПАО «МРСК Центра и Приволжья»
55
№
5 (32) 2015
55
жающих
предприятий
с
учётом
современных
требо
-
ваний
энергосбережения
,
включая
снижение
уровня
потерь
в
результате
перекоса
фаз
,
и
обеспечит
дли
-
тельную
безаварийную
работу
электросетевого
обо
-
рудования
.
Необходимость
проведения
исследования
обу
-
словлена
обращениями
потребителей
населённого
пункта
Воскресенка
Пронского
района
Рязанской
об
-
ласти
в
сетевую
компанию
по
вопросу
ненадлежа
-
щего
качества
электроснабжения
,
в
частности
,
тако
-
го
показателя
,
как
отклонение
напряжения
.
Целью
исследования
являлось
:
•
изучение
устройства
вольтодобавочного
транс
-
форматора
,
его
технических
характеристик
и
правил
установки
и
эксплуатации
;
•
изучение
изменения
параметров
качества
элек
-
трической
энергии
у
потребителя
до
и
после
уста
-
новки
вольтодобавочного
трансформатора
.
МЕТОДИКА
ИССЛЕДОВАНИЯ
Для
достижения
указанной
цели
были
изучены
устройство
и
технические
характеристики
вольтодо
-
бавочного
трансформатора
ТВМГ
-52/125-380,
тех
-
нология
его
установки
в
действующую
воздушную
линию
электропередачи
(
ВЛ
) 0,4
кВ
.
В
населённом
пункте
Воскресенка
был
проведён
анализ
качества
электрической
энергии
у
потребите
-
лей
до
и
после
установки
вольтодобавочного
транс
-
форматора
на
ВЛ
0,4
кВ
.
Для
измерения
параметров
качества
электриче
-
ской
энергии
применялся
прибор
«
Прорыв
-
КЭ
».
РЕЗУЛЬТАТЫ
ИССЛЕДОВАНИЙ
Существующая
воздушная
линия
электропереда
-
чи
в
Воскресенке
была
построена
в
1960—1970
го
-
дах
и
выполнена
алюминиевыми
проводами
сечени
-
ем
25
мм
2
марки
4
А
-25 (
рис
. 1).
Рис
. 1.
Поопорная
схема
ВЛ
0,4
кВ
от
КТП
№
2838
в
н
.
п
.
Воскресенка
∆
U =
√
—
3
∑
(
i
R
cos
φ
+
i
X
sin
φ
), (1)
где
i
—
нагрузочные
токи
;
R
и
X —
активное
и
реактивное
сопротивления
участков
от
нагрузки
до
начала
линии
;
φ
—
угол
сдвига
фаз
между
напряжением
и
током
.
За
2005—2013
годы
нагрузки
потребителей
зна
-
чительно
возросли
.
У
потребителей
Воскресенки
появилась
разнообразная
бытовая
техника
:
элек
-
трически
мощные
стиральные
машины
,
кухонные
комбайны
,
мясорубки
,
соковыжималки
,
посудомоеч
-
ные
машины
,
компьютеры
,
телевизоры
,
кондиционе
-
ры
и
другое
оборудование
.
Кроме
того
,
в
населён
-
ном
пункте
реконструировались
уже
построенные
дома
,
строились
новые
жилые
дома
.
В
результате
протяжённость
воздушной
линии
электропередачи
увеличивалась
.
Рост
электрических
нагрузок
потре
-
бителей
и
увеличение
протяжённости
воздушных
ли
-
ний
электропередачи
привели
к
постепенному
суще
-
ственному
и
устойчивому
отклонению
напряжения
от
параметров
,
нормируемых
ГОСТом
32144-2013.
При
существую
-
щих
в
1960—1990
годах
нагрузках
воздушная
линия
электропередачи
полностью
обеспе
-
чивала
потребите
-
лей
электрической
энергией
,
соответ
-
ствующей
по
каче
-
ству
требованиям
соответствующих
ГОСТов
.
Величина
по
-
тери
напряжения
∆
U
не
превышала
7% U
ном
в
линии
электропередачи
,
а
установившееся
отклонение
напря
-
жения
δ
U
y
у
потре
-
бителей
было
не
более
4—5% U
ном
.
Потеря
напряже
-
ния
рассчитывалась
по
формуле
[3]:
,
56
СЕТИ РОССИИ
Измерения
параметров
качества
электрической
энергии
на
питающем
центре
(
трансформаторной
подстанции
ТП
10/0,4
кВ
)
не
показывали
отклонений
уровня
напряжения
от
параметров
,
нормируемых
ГОСТом
32144-2013.
Однако
измерения
значения
от
-
клонения
напряжения
δ
U
y
,
проведённые
у
наиболее
удалённого
от
центра
питания
потребителя
(
рис
. 1),
показали
,
что
положительные
и
отрицательные
зна
-
чения
отклонения
напряжения
выходят
за
пределы
допустимого
ГОСТом
32144-2013 — 10% U
ном
(
рис
. 2).
В
некоторые
часы
суток
они
составляли
более
30%.
При
этом
пики
значений
отклонения
уровня
напря
-
жения
в
положительную
сторону
в
часы
минималь
-
ной
нагрузки
укладывались
в
10% (
не
более
11%),
а
отрицательные
значения
отклонения
напряжения
были
значительными
и
достигали
в
среднем
24%
от
его
номинального
значения
.
Уровень
напряжения
у
потребителей
половину
суток
был
ниже
допустимого
значения
и
падал
до
150
В
(
рис
. 3).
Максимальные
изменения
напряжения
совпадают
с
пиками
потре
-
бления
электрической
энергии
.
Максимальные
про
-
валы
напряжения
наблюдаются
в
период
8—10
ча
-
сов
и
20—22
часа
.
Следовательно
,
потеря
на
-
пряжения
у
потребителя
,
наи
-
более
удалённого
от
центра
питания
,
вызвана
характери
-
стиками
воздушной
линии
пе
-
редачи
электроэнергии
,
такими
как
её
протяженность
и
износ
.
Этому
способствуют
наруше
-
ния
технологии
их
монтажа
,
в
частности
,
скрутки
проводов
,
малое
сечение
(
провод
4
А
-25)
и
несоответствие
их
подклю
-
чённым
нагрузкам
.
Как
вариант
повышения
ка
-
чества
электроэнергии
,
сетевой
компанией
рассматривалась
замена
провода
воздушной
ли
-
нии
передачи
электроэнергии
.
При
монтаже
провода
большо
-
го
сечения
СИП
3
х
50 + 1
х
54,6
или
СИП
3
х
70 + 1
х
54,6
удель
-
ное
активное
и
реактивное
со
-
противления
его
уменьшаются
,
а
пропускная
способность
ли
-
нии
возрастает
.
Определена
наибольшая
потеря
напряжения
в
линии
электропередачи
380
В
,
под
которой
понималась
разница
между
напряжениями
источни
-
ка
питания
и
узла
с
самым
низ
-
ким
напряжением
.
Наибольшую
потерю
напря
-
жения
определяют
по
формуле
:
∆
U
нб
=
∑
m
∆
U
k j
,
(2)
где
∆
U
k j
—
потери
напряжения
на
участке
линии
;
m
—
количество
участков
ли
-
нии
.
Сечения
проводов
в
рассма
-
триваемой
схеме
на
всех
участках
линии
электро
-
передачи
одинаковы
.
Поэтому
наибольшие
потери
напряжения
рассчитываются
по
формуле
[4]:
∆
U
нб
= 1/ U
ном
(r
0
n
∑
k=2
P
k
l
k
+
x
0
n
∑
k=2
Q
k
l
k
),
(3)
где
, U
ном
—
номинальное
значение
напряжения
,
В
;
P
k
, Q
k
—
активная
и
реактивная
мощности
нагруз
-
ки
k
-
го
узла
;
r
0
,
x
0
—
соответственно
удельное
активное
и
ре
-
активное
сопротивления
провода
;
l
k
—
длина
k-
го
участка
линии
;
n
—
количество
узлов
в
схеме
.
По
наибольшему
значению
потери
напряжения
определяют
напряжение
на
потребителе
,
наиболее
удалённом
от
центра
питания
, U
у
,
как
разницу
между
напряжением
источника
питания
U
цп
и
наибольшей
потерей
напряжения
∆
U
нб
линии
электропередачи
в
именованных
и
относительных
величинах
, [3,4]:
U
у
= U
цп
-
∆
U
нб
,
В
U
у
= (U
цп
-
∆
U
нб
)100/ U
цп
, %
При
замене
провода
4
А
-25
на
провод
СИП
3
х
50+1
х
54,6
потери
напряжения
в
сетях
220
В
будут
Рис
. 2.
Изменение
установившегося
отклонения
напряжения
δ
Uy (%)
у
наиболее
удалённого
потребителя
Рис
. 3.
Изменение
напряжения
U (
В
)
у
наиболее
удалённого
потребителя
57
№
5 (32) 2015
равны
30
В
(29,18
В
).
Напряжение
у
наиболее
уда
-
лённого
от
центра
питания
потребителя
составит
190
В
.
При
замене
провода
4
А
-25
на
провод
СИП
3
х
70+1
х
54,6
наибольшая
потеря
напряжения
в
сетях
220
В
будет
20
В
(19,4
В
),
а
напряжение
200
В
.
Расчётные
затраты
на
замену
провода
4
А
-25
с
учётом
работ
по
демонтажу
и
монтажу
провода
СИП
3
х
50 + 1
х
54,6
равны
1180
тыс
.
рублей
,
а
провода
СИП
3
х
70 + 1
х
54,6
составят
1426
тыс
.
рублей
.
Однако
при
замене
провода
малого
сечения
на
про
-
вод
большего
сечения
асимметрия
распределения
нагрузки
по
фазам
не
уменьшится
,
что
не
сократит
и
потери
электрической
энергии
в
реконструируемой
линии
и
трансформаторе
[5].
На
основании
расчётов
сетевой
компанией
было
принято
решение
о
применении
вольтодобавочного
трансформатора
.
Работы
по
установке
трансформа
-
тора
были
проведены
в
пределах
одного
рабочего
дня
бригадой
Пронского
РРЭС
филиала
«
Рязань
-
энерго
».
Вольтодобавочный
трансформатор
представля
-
ет
собой
трёхфазный
автотрансформатор
,
в
цепь
первичной
обмотки
которого
включена
катушка
с
регулируемой
индуктивностью
MCI (
рис
. 4).
Вольто
-
добавочные
трансформаторы
типа
ТВМГ
-52/125-380
предназначены
не
только
для
повышения
и
стабили
-
зации
напряжения
,
но
и
компенсации
асимметрично
-
сти
нагрузки
в
трёхфазной
сети
потребителей
пере
-
менного
тока
напряжением
0,4
кВ
частотой
50
Гц
, [2].
Следовательно
,
они
улучшают
параметры
качества
электрической
энергии
для
всех
потребителей
,
запи
-
танных
от
данной
ВЛ
.
Вольтодобавочный
трансфор
-
матор
устанавливается
в
разрыв
линии
электропе
-
редачи
трёхфазной
сети
потребителей
переменного
тока
напряжением
0,4
кВ
и
является
оборудованием
наружной
установки
с
длительным
режимом
работы
в
умеренных
климатических
условиях
.
Вольтодобавочный
трансформатор
оснащён
электронным
блоком
управления
,
который
анализи
-
рует
входное
и
выходное
напряжения
,
поддерживает
заданный
уровень
выходного
напряжения
и
выпол
-
няет
защиту
от
аварийных
режимов
.
Активная
часть
ТВМГ
находится
в
масле
и
помещена
в
герметичный
бак
.
Электронный
блок
управления
расположен
в
от
-
дельном
отсеке
на
крышке
герметичного
бака
.
Место
установки
вольтодобавочного
трансфор
-
матора
ТВМГ
определяют
,
исходя
из
параметров
линии
.
При
этом
учитывают
,
что
масляный
вольто
-
добавочный
трансформатор
ТВМГ
не
предназначен
для
работы
в
условиях
тряски
,
вибрации
,
ударов
.
Установка
вольтодобавочного
трансформатора
в
воздушной
линии
электропередачи
возможна
непо
-
средственно
на
опоре
или
с
применением
дополни
-
тельной
опоры
(
рис
. 5).
Затраты
на
монтаж
вольтодобавочного
транс
-
форматора
с
учётом
его
стоимости
покупки
в
воздушную
линию
электропередачи
составили
820,4
тыс
.
руб
.
Измерения
качества
электрической
энергии
по
-
сле
установки
вольтодобавочного
трансформатора
у
наиболее
удалённого
от
центра
питания
потреби
-
теля
показали
существенное
улучшение
качества
его
электроснабжения
(
рис
. 6, 7).
Значение
отклоне
-
ния
напряжения
стало
не
более
10%,
а
напряжение
у
потребителей
не
ниже
200
В
.
Для
анализа
эффективности
установки
вольтодо
-
бавочного
трансформатора
выбираем
два
сопоста
-
вимых
периода
времени
(
одни
сутки
)
до
и
после
про
-
ведённого
мероприятия
,
в
которые
были
измерены
напряжения
(
рис
. 8).
Напряжение
электрического
тока
у
потребителя
соответствует
нормируемым
пределам
δ
U(±)=10%
(
рис
. 8).
Кроме
того
,
напряжение
менее
подвержено
колебаниям
,
вызываемым
пиками
нагрузок
.
Рис
. 4.
Схема
вольтодобавочного
трансформатора
Рис
. 5.
Вольтодобавочный
трансформатор
ТВМГ
-52/125- 380
в
н
.
п
.
Воскресенка
Пронского
района
,
Рязанской
области
на
ВЛ
-0,4
№
1
от
ТП
2838
ф
. 1
ПС
110/10 «
Пронск
»
58
СЕТИ РОССИИ
Рис
. 6.
Изменение
установившегося
отклонения
напряжения
δ
Uy (%)
после
установки
вольтодобавочного
трансформатора
Рис
. 7.
Изменение
напряжения
U
у
(
В
)
у
самого
удалённого
потребителя
после
установки
вольтодобавочного
трансформатора
Рис
8.
Суточные
графики
изменения
напряжения
до
(
синий
цвет
)
и
после
установки
вольтодобавочного
трансформатора
(
красный
цвет
)
ВЫВОДЫ
Установка
вольтодобавоч
-
ного
трансформатора
приводит
параметры
качества
электро
-
энергии
у
потребителя
в
со
-
ответствие
с
требованиями
ГОСТа
32144-2013.
При
этом
отпадает
необходимость
про
-
ведения
дорогостоящей
рекон
-
струкции
электрических
сетей
,
необходимой
при
ином
вари
-
анте
устранения
недостатков
электроснабжения
,
как
то
:
за
-
мена
провода
малого
сечения
на
провод
большего
сечения
.
К
тому
же
такая
замена
прово
-
дов
требует
замену
или
укре
-
пление
опор
,
либо
разделение
нагрузок
с
установкой
нового
питающего
центра
.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Научное
и
практическое
под
-
тверждение
эффективности
использования
вольтодобавоч
-
ных
трансформаторов
в
целях
улучшения
параметров
каче
-
ства
электрической
энергии
в
низковольтных
электрических
сетях
позволяет
сетевым
орга
-
низациям
в
более
сжатые
сроки
и
с
меньшими
затратами
устра
-
нять
отклонения
напряжения
электрической
энергии
от
пара
-
метров
,
нормируемых
ГОСТом
32144-2013.
ЛИТЕРАТУРА
1.
ГОСТ
32144-2013
Нормы
качества
электрической
энергии
в
системах
общего
назначения
,
М
.6
Стандарт
информ
, 2014.
2.
Вольтодобавочный
транс
-
форматор
ТВМГ
ТУ
3411-
001-80753268-08
Техниче
-
ское
описание
и
инструкция
по
эксплуатации
,
Белгород
,
ООО
«
СКЭ
-
Электро
», 2009.
3.
Лещинская
Т
.
Б
.,
Будзко
И
.
А
.,
Электроснабжение
сель
-
ского
хозяйства
.
М
.:
Колос
,
1999.
4.
Идельчик
В
.
И
.
Электрические
системы
и
сети
:
Учебник
для
вузов
. —
М
.:
Энергоатомиз
-
дат
, 1989.
5.
Васильева
Т
.
Н
.
Надежность
электрооборудования
и
си
-
стем
электроснабжения
. —
М
.:
Горячая
линия
—
Теле
-
ком
, 2014.
Усиление требовательности со стороны потребителей и государственных органов на фоне высокого износа и большой протяжённости низковольтных сетей (протяженность сетей 0,4 кВ, находящихся на балансе филиала «Рязаньэнерго» 17 тысяч км) требует поиска наиболее эффективных способов повышения качества электрической энергии. В статье рассмотрен опыт установки вольтодобавочного трансформатора (бустера) в Пронском районе Рязанской области в существующую трёхфазную сеть напряжением 0,4 кВ.
