18
Ежеквартальный
спецвыпуск
№
4(35),
декабрь
2024
Проектирование
электрических
сетей
0,4–35
кВ
с
учетом
энергоэффективности
В
статье
отмечается
актуальность
повышения
энергетиче
-
ской
эффективности
распределительных
сетей
0,4–35
кВ
.
Представлены
технологии
,
применение
которых
направ
-
лено
на
сокращение
потерь
электроэнергии
.
Описаны
осо
-
бенности
применения
энергосберегающих
технологий
,
ко
-
торые
необходимо
учитывать
на
этапе
проектирования
электрических
сетей
0,4–35
кВ
.
Делается
вывод
,
что
приме
-
нение
новых
технологий
без
выполнения
технико
-
экономи
-
ческих
расчетов
недопустимо
.
Никита
МИТРОФАНОВ
,
инженер
Службы
технологического
развития
,
инноваций
,
энергосбережения
и
повышения
энергети
-
ческой
эффективности
филиала
«
Россети
Волга
» — «
Оренбург
-
энерго
»
Р
аспределительные
сети
0,4–35
кВ
обладают
рядом
особенностей
:
большие
колебания
на
-
пряжения
,
большая
доля
однофазных
нагрузок
,
возникновение
несимметричных
режимов
рабо
-
ты
[1].
Эти
особенности
сказываются
на
энергосбереже
-
нии
.
Вопрос
к
повышению
энергоэффективности
в
се
-
тях
0,4–35
кВ
—
это
сокращение
потерь
электроэнергии
.
Повышение
энергетической
эффективности
—
это
улуч
-
шение
характеристик
,
которые
отражают
отношение
полезного
эффекта
от
использования
энергоресурсов
к
затратам
энергоресурсов
,
произведенным
в
целях
по
-
лучения
такого
эффекта
[2].
В
стратегических
докумен
-
тах
развития
топливно
-
энергетического
комплекса
Рос
-
сийской
Федерации
было
заявлено
сокращение
потерь
электроэнергии
на
ее
передачу
до
7,3%
к
2035
году
[3].
Однако
на
момент
2024
года
снижение
потерь
электро
-
энергии
не
достигло
и
14%.
При
проектировании
энергоэффективных
линий
электропередачи
в
группе
компаний
«
Россети
»
руковод
-
ствуются
положением
«
О
единой
технической
политике
в
электросетевом
комплексе
» (
Положение
).
В
статье
рассматриваются
ключевые
тенденции
в
производстве
энергоэффективного
оборудования
,
которые
соответ
-
ствуют
требованиям
Положения
.
Энергоэффективность
ПРИМЕНЕНИЕ
ТРАНСФОРМАТОРОВ
ИЗ
АМОРФНОГО
МЕТАЛЛА
Для
экономии
электроэнергии
в
распределительных
сетях
наиболее
перспективно
использовать
трансфор
-
маторы
из
аморфного
металла
.
В
таких
трансформато
-
рах
на
сердечник
в
один
слой
намотана
металлическая
лента
,
изготовленная
из
аморфной
стали
,
что
снижает
потери
в
сердечнике
трансформатора
за
счет
уменьше
-
ния
числа
витков
.
Аморфная
сталь
изготавливается
из
сплавов
железа
,
никеля
,
кобальта
и
других
элементов
.
Материал
«
перенимает
»
ферромагнитные
свойства
сплавов
,
такие
как
:
высокая
коррозийная
стойкость
,
жа
-
ростойкость
,
повышенный
модуль
упругости
[4].
Аморф
-
ная
сталь
имеет
низкую
механическую
прочность
,
что
накладывает
некоторые
ограничения
при
изготовлении
аморфных
трансформаторов
.
Например
,
в
отличие
от
традиционных
трансформаторов
,
где
сердечник
явля
-
ется
несущей
конструкцией
,
которая
держит
активную
часть
трансформатора
,
в
аморфных
трансформаторах
сердечник
крепится
к
обмоткам
,
намотанным
на
стерж
-
ни
магнитопровода
,
поэтому
необходимо
проводить
до
-
полнительные
мероприятия
по
увеличению
прочности
конструкции
.
Также
необходимо
проводить
промышлен
-
ные
испытания
оборудования
с
целью
выявления
посто
-
19
янства
технических
характеристик
с
течением
времени
.
Аморфный
трансформатор
обладает
более
высоким
КПД
(95–98%),
чем
стандартный
трансформатор
(<94%),
за
счет
низких
потерь
в
сердечнике
.
В
качестве
приме
-
ра
в
таблицах
1
и
2
указаны
значения
потерь
холостого
хода
и
короткого
замыкания
трансформаторов
серии
ТМГэ
и
АМГ
мощностью
100
кВА
.
ПРИМЕНЕНИЕ
ТРАНСФОРМАТОРА
С
СИММЕТРИРУЮЩИМ
УСТРОЙСТВОМ
Одной
из
составляющих
потерь
электроэнергии
в
низ
-
ковольтных
сетях
является
возникновение
несимме
-
тричных
режимов
работы
сети
за
счет
несимметрии
трехфазных
напряжений
и
кривизны
токов
по
фазам
.
Несимметрия
создает
в
оборудовании
дополнитель
-
ные
потери
электроэнергии
,
связанные
с
появлением
токов
нулевой
последовательности
.
С
целью
снижения
влияния
несимметрии
напряжений
на
трехфазные
низ
-
ковольтные
сети
и
выравнивания
токов
необходимо
ис
-
пользовать
трансформатор
с
симметрирующей
обмот
-
кой
.
Особенность
этого
трансформатора
заключается
во
включении
в
разрыв
нулевого
провода
дополнитель
-
ной
обмотки
[5].
Эта
обмотка
способна
выдерживать
номинальный
ток
фазы
трансформатора
.
Схематичное
изображение
соединения
обмоток
симметрирующего
трансформатора
показано
на
рисунке
1.
Принцип
работы
трансформатора
заключается
в
компенсации
потоков
нулевой
последовательности
.
При
несимметричной
нагрузке
возникшие
уравнитель
-
ный
ток
в
нулевом
проводе
и
потоки
нулевой
последова
-
тельности
в
обмотках
трансформатора
будут
скомпен
-
сированы
противоположно
направленными
потоками
нулевой
последовательности
симметрирующей
обмот
-
ки
.
Таким
образом
трансформатор
устраняет
несимме
-
трию
фазных
напряжений
.
Характеристики
симметриру
-
ющего
трансформатора
с
введением
симметрирующей
обмотки
практически
не
отличаются
от
характеристик
стандартного
трансформатора
.
Однако
благодаря
дан
-
ной
обмотке
сокращаются
потери
электроэнергии
и
по
-
вышается
пропускная
способность
сети
.
К
недостаткам
данного
устройства
можно
отнести
малый
диапазон
но
-
минальных
мощностей
и
необходимость
замены
суще
-
ствующих
трансформаторов
.
КОМПЕНСАЦИЯ
РЕАКТИВНОЙ
МОЩНОСТИ
Одной
из
основных
задач
энергосбережения
и
повыше
-
ния
энергоэффективности
является
компенсация
реак
-
тивной
мощности
.
Компенсация
применятся
в
случаях
,
когда
в
сети
происходит
сильный
износ
оборудования
,
растут
падение
напряжения
и
потери
в
линии
электро
-
передачи
.
В
бытовых
и
промышленных
сетях
индуктив
-
ные
нагрузки
есть
повсеместно
,
компенсацию
необхо
-
димо
проводить
только
после
энергоаудита
,
который
осуществляется
для
того
,
чтобы
избежать
перекомпен
-
сации
реактивной
мощности
.
В
зависимости
от
типа
подключения
различают
:
индивидуальную
,
групповую
и
централизованную
ком
-
пенсацию
.
При
индивидуальной
компенсации
компен
-
сирующее
устройство
устанавливается
в
месте
,
где
возникает
индуктивная
реактивная
мощность
.
Досто
-
инствами
индивидуальной
компенсации
является
де
-
шевизна
и
простота
монтажа
,
при
этом
выполняется
главная
задача
компенсации
—
разгрузка
подводящих
линий
.
При
групповой
компенсации
для
группы
индук
-
тивных
потребителей
,
аналогично
индивидуальной
компенсации
,
подключается
одно
компенсирующее
устройство
и
также
разгружается
подводящая
линия
до
разделения
на
потребителей
.
Централизованная
ком
-
пенсация
реактивной
мощности
обычно
применяется
для
электрических
систем
,
где
нагрузка
многократно
Табл
. 1.
Характеристики
трансформатора
ТМГэ
-100/6/0,4-
У
1
Характеристика
Значение
Обозначение
ТМГэ
Номинальная
мощность
,
кВА
100
Схема
и
группа
соединения
обмоток
Y/Z
н
-11
Потери
холостого
хода
,
Вт
217
Потери
короткого
замыкания
,
Вт
1591
Табл
. 2.
Характеристики
трансформатора
АМГ
-100/6/0,4-
У
1
Характеристика
Значение
Обозначение
АМГ
Номинальная
мощность
,
кВА
100
Схема
и
группа
соединения
обмоток
Y/Z
н
-11
Потери
холостого
хода
,
Вт
64
Потери
короткого
замыкания
,
Вт
1617
Рис
. 1.
Схема
соединения
обмоток
симметрирующего
трансформатора
А
a
B
b
C
c
0
20
Ежеквартальный
спецвыпуск
№
4(35),
декабрь
2024
изменяется
в
течение
суток
.
В
ней
используется
одна
конденсаторная
батарея
,
подключенная
к
главному
рас
-
пределительному
щиту
.
Управление
такой
установкой
выполняет
контроллер
,
который
проводит
мониторинг
потребления
реактивной
мощности
в
сети
[6].
ПРИМЕНЕНИЕ
УСТРОЙСТВ
ПОВЫШЕНИЯ
НАПРЯЖЕНИЯ
(
БУСТЕРЫ
)
Поддержание
регламентированного
уровня
напряжения
на
зажимах
потребителя
и
обеспечение
низкого
уров
-
ня
потерь
являются
главными
требованиями
,
предъ
-
являемыми
к
сис
теме
электроснабжения
[7].
В
систе
-
мах
электроснабжения
существует
проблема
падения
напряжения
в
удаленных
от
источника
питания
точках
электрической
сети
.
В
этом
случае
становится
умест
-
но
применение
бустеров
напряжения
.
Бустеры
—
это
устройства
повышения
напряжения
,
устанавливаемые
непосредственно
вблизи
потребителя
с
низким
напря
-
жением
.
В
своей
основе
бустер
имеет
три
автотранс
-
форматора
с
пошаговым
регулированием
выходного
напряжения
,
каждая
фаза
управляется
своим
блоком
электроники
.
Бустер
анализирует
значения
напряже
-
ний
на
каждой
фазе
и
в
зависимости
от
этого
выбирает
степень
регулирования
.
Реализация
бустеров
напряже
-
ния
возможна
на
следующих
способах
регулирования
:
ступенчатое
электромеханическое
,
феррорезонансное
,
подмагничивание
постоянным
током
,
использование
регулируемой
индуктивности
[8].
При
эксплуатации
бустеров
напряжения
на
нагрузке
повышаются
до
10%,
при
этом
потери
электроэнергии
и
несимметрия
напряжений
в
системе
электроснабже
-
ния
понижаются
[9].
ПРИМЕНЕНИЕ
ДАТЧИКОВ
ТОКА
И
НАПРЯЖЕНИЯ
С
целью
осуществления
мониторинга
за
состоянием
сети
,
запуска
защит
цепи
,
обнаружения
отказов
обору
-
дования
применяются
различные
датчики
тока
и
напря
-
жения
.
Самыми
распространенными
датчиками
принято
считать
трансформаторы
тока
и
напряжения
.
Для
транс
-
форматоров
тока
представлен
широкий
диапазон
но
-
минальных
токов
и
напряжений
.
Трансформатор
обес
-
печивает
гальваническую
развязку
вторичных
цепей
.
Размыкание
измерительной
обмотки
приводит
к
ава
-
рийной
ситуации
,
обусловленной
перенапряжением
и
перегревом
[10].
Трансформаторы
напряжения
путем
преобразования
высокого
напряжения
в
низкое
изоли
-
руют
цепи
релейных
защит
от
действия
высокого
на
-
пряжения
.
Благодаря
развитию
волоконно
-
оптических
техно
-
логий
в
сфере
измерений
появились
волоконно
-
опти
-
ческие
датчики
тока
.
Конструктивно
датчики
состоят
из
обрабатывающего
блока
и
чувствительного
изме
-
рительного
элемента
.
Чувствительный
элемент
пред
-
ставляет
собой
волоконный
кабель
,
замкнутый
вокруг
исследуемого
проводника
.
Блок
обработки
соединяет
-
ся
с
чувствительным
элементом
оптическим
кабелем
,
выполняющий
функцию
линии
связи
[11].
Принцип
дей
-
ствия
датчика
основан
на
эффекте
Фарадея
.
Ток
,
про
-
текающий
в
проводнике
,
индуцирует
магнитное
поле
,
который
поворачивает
плоскость
поляризации
излуче
-
ния
,
распространяющегося
по
волоконному
кабелю
,
на
-
мотанному
на
проводник
[12].
К
достоинствам
волокон
-
но
-
оптического
датчика
относятся
высокая
точность
,
большой
диапазон
номинальных
данных
,
независи
-
мость
от
внешних
магнитных
полей
и
передача
данных
на
большие
расстояния
.
С
целью
автоматизации
объектов
электроэнергети
-
ки
применяются
цифровые
технологии
сбора
и
передачи
информации
.
Одним
из
обширных
направлений
цифро
-
визации
является
измерительный
комплекс
.
На
данный
момент
ведется
активная
разработка
электронных
од
-
нофазных
комбинированных
измерительных
трансфор
-
маторов
,
которые
осуществляют
масштабное
и
анало
-
гово
-
цифровое
преобразование
входных
сигналов
тока
и
напряжения
.
Оцифрованные
сигналы
передаются
по
сети
Ethernet (
шина
процесса
)
в
виде
сэмплированных
значений
(SV, Sampled Values) [13].
На
прием
сигналов
Рис
. 2.
Установка
компенсации
реактивной
мощности
Энергоэффективность
21
подключаются
цифровые
устройства
релейной
защиты
и
автоматики
,
счетчики
электроэнергии
.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1.
Применение
аморфных
трансформаторов
в
распреде
-
лительных
сетях
0,4–35
кВ
позволяет
сократить
потери
холостого
хода
в
2–3
раза
,
а
также
снизить
рабочие
температуры
трансформатора
,
что
напрямую
влияет
на
его
срок
службы
.
2.
Использование
трансформаторов
с
симметрирующей
обмоткой
в
низковольных
сетях
позволяет
устранить
перекос
фаз
напряжений
,
тем
самым
повысив
надеж
-
ность
электроснабжения
.
3.
Правильно
выполненная
компенсация
реактивной
мощности
позволит
снизить
затраты
на
электроэнер
-
гию
,
влияние
несимметрии
фаз
и
тепловые
потери
в
сети
,
тем
самым
повысив
их
надежность
.
4.
Установка
бустеров
напряжения
непосредственно
вблизи
потребителя
служит
одним
из
способов
регу
-
лирования
напряжения
,
однако
необходимо
прово
-
дить
дальнейшие
исследования
по
развитию
данной
технологии
с
целью
сокращения
влияния
на
систему
электроснабжения
.
5.
Применение
датчиков
позволяет
достоверно
провести
измерение
тока
и
напряжения
с
целью
повышения
надежности
и
безопасности
электрической
сети
.
С
развитием
электроэнергетики
целесообразно
уста
-
навливать
оборудование
,
основанное
на
цифровых
технологиях
.
Это
позволит
сократить
объемы
затра
-
чиваемой
кабельной
продукции
,
снизить
затраты
на
монтаж
оборудования
и
уменьшить
производственную
площадь
объекта
электроэнергетики
.
По
итогам
можно
сделать
вывод
,
что
при
проектирова
-
нии
электрических
сетей
0,4–35
кВ
с
учетом
энергоэффек
-
тивности
в
обязательном
порядке
необходимо
выполнять
технико
-
экономические
расчеты
.
Технические
решения
принимаются
путем
сравнения
вариантов
с
учетом
энерго
-
эффективности
использования
технологий
и
материалов
,
которые
исключают
нерациональный
расход
энергетиче
-
ских
ресурсов
как
в
процессе
строительства
и
реконструк
-
ции
,
так
и
в
процессе
эксплуатации
.
Из
числа
технически
сопоставимых
вариантов
предпочтение
отдается
варианту
с
минимальными
дисконтированными
затратами
.
При
проектировании
могли
бы
помочь
методические
рекомендации
по
применению
энергосберегающих
тех
-
нологий
в
электрических
сетях
0,4–35
кВ
,
так
как
на
рын
-
ке
появляется
значительное
количество
оборудования
и
технических
решений
,
в
которых
заявляется
эффект
по
снижению
технических
потерь
электроэнергии
.
При
этом
эти
заявления
в
значительной
части
ничем
не
подтверж
-
дены
.
Разработка
подобных
методических
рекомендаций
возможна
в
рамках
реализации
программы
НИОКР
группы
компаний
«
Россети
».
ЛИТЕРАТУРА
1.
Железко
Ю
.
С
.,
Артемьев
А
.
В
.,
Савченко
О
.
В
.
Расчет
,
ана
-
лиз
и
нормирование
потерь
электроэнергии
в
электриче
-
ских
сетях
:
Руководство
для
практических
расчетов
.
М
.:
Изд
-
во
НЦ
ЭНАС
, 2004. 280
с
.
2.
Положение
ПАО
«
Россети
» «
О
единой
технической
поли
-
тике
в
электросетевом
комплексе
».
Положение
утвержде
-
но
Советом
директоров
Общества
(
протокол
от
20.10.2022
№
592). URL: https://www.rosseti.ru/upload/docs/20221020_
TP_FSK_EES.pdf.
3.
Энергетическая
стратегия
Российской
Федерации
на
период
до
2035
года
.
Утверждена
распоряжением
Пра
-
вительства
Российской
Федерации
от
09
июня
2020
г
.
№
1523-
р
. URL: https://docs.cntd.ru/document/565068231.
4.
Войтюлевич
О
.
А
.,
Гапанюк
С
.
Г
.
Трансформаторы
с
аморф
-
ным
магнитопроводом
/
Материалы
научно
-
технической
конференции
студентов
и
аспирантов
«
Актуальные
про
-
блемы
энергетики
».
Минск
:
БНТУ
, 2017.
С
. 409–412.
5.
Сердешнов
А
.
П
.,
Протосовицкий
И
.
В
.,
Леус
Ю
.
Н
.,
Шум
-
ра
П
.
П
.
Симметрирующее
устройство
для
трансформа
-
торов
.
Средство
стабилизации
напряжения
и
снижения
потерь
в
сетях
0,4
кВ
//
Новости
ЭлектроТехники
, 2005,
№
1(31).
6.
Рысев
П
.
В
.,
Мальков
С
.
С
.
Перспективы
систем
центра
-
лизованной
компенсации
реактивной
мощности
с
груп
-
повым
управлением
синхронных
электрических
двигате
-
лей
//
Динамика
систем
,
механизмов
и
машин
, 2014,
№
1.
С
. 346–348.
7.
Коновалов
Ю
.
В
.,
Абрамович
Б
.
Н
.,
Устинов
Д
.
А
.
Электро
-
механические
комплексы
с
синхронными
двигателями
.
Saarbrucken: LAP LAMBERT, 2013. 116
с
.
8.
Крюков
А
.
В
.,
Кулик
И
.
Б
.
Анализ
эффективности
приме
-
нения
бустер
-
трансформаторов
в
системах
электроснаб
-
жения
//
Современные
технологии
и
научно
-
технический
прогресс
, 2019,
т
. 1.
С
. 244–245.
9.
Закарюкин
В
.
П
.,
Крюков
А
.
В
.
Моделирование
систем
элек
-
троснабжения
,
оснащенных
бустер
-
трансформаторами
//
Современные
технологии
.
Системный
анализ
.
Моделиро
-
вание
, 2015,
№
3(47).
С
. 175–180.
10.
Дубров
И
.
А
.,
Булойчик
Е
.
В
.
Датчики
тока
и
напряжения
/
Материалы
научно
-
технической
конференции
«
Акту
-
альные
проблемы
энергетики
».
Минск
:
БНТУ
, 2017.
С
. 178–179.
11.
Григорьев
М
.
Г
.,
Вавилова
Г
.
В
.
Волоконно
-
оптический
датчик
тока
. URL: https://www.lib.tpu.ru/fulltext/c/2013/C18/032.pdf.
12.
Мешковский
И
.P.,
Стригалев
В
.
Е
.
Закрытая
схема
обра
-
ботки
сигнала
в
волоконно
-
оптическом
датчике
тока
//
Научно
-
технический
вестник
СПбГУ
ИТМО
, 2010,
№
1(65).
С
. 10–15.
13.
Трансформатор
комбинированный
измерительный
ECIT:
Руководство
по
эксплуатации
. ECIT.265143.001
РЭ
.
Ре
-
дакция
12.2023. URL: https://enip2.ru/documentation/re_
ecit.265143.001.pdf.
Оригинал статьи: Проектирование электрических сетей 0,4–35 кВ с учетом энергоэффективности
В статье отмечается актуальность повышения энергетической эффективности распределительных сетей 0,4–35 кВ. Представлены технологии, применение которых направлено на сокращение потерь электроэнергии. Описаны особенности применения энергосберегающих технологий, которые необходимо учитывать на этапе проектирования электрических сетей 0,4–35 кВ. Делается вывод, что применение новых технологий без выполнения технико-экономических расчетов недопустимо.
