Сравнительный анализ методов обеспечения качества электроэнергии в СЭС частных секторов

Для электросетевых компаний соблюдение нормативного уровня напряжения является актуальной проблемой. Технологический прогресс приводит к тому, что у потребителей в домах появляется все больше электроприборов, в состав которых входят элементы крайне чувствительные к отклонениям напряжения от допустимых значений, способные выйти из строя. А это приводит к экономическим потерям для электросетевых компаний, поскольку потребитель вправе потребовать замену пришедшего в негодность электроприбора. Особо остро данная проблема стоит перед собственниками дачных участков, которые заинтересованы в качественном и сравнительно недорогом электроснабжении в связи с тем, что приобретение электрооборудования, его монтаж и обслуживание осуществляется за счет взносов членов кооператива.

Согласно ГОСТу 32144-2013 «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения» [1] медленные отклонения напряжения в точке передачи электрической энергии не должны превышать ±10% от номинального или согласованного значения напряжения в течение 100% времени интервала в одну неделю.

Для сравнительного анализа эффективности способов уменьшения потерь напряжения в воздушных линиях (ВЛ) была выбрана ул. Славянская, являющаяся частью садоводческого кооператива «Октябрьский», расположенного в районе г. Берёзовский. На данной улице располагаются 24 земельных участка, питание потребителей электроэнергией осуществляется по двум линиям электропередач (ЛЭП) и через трансформатор ТМ-160/10 (рис.2).

Провод марки А-35 не может обеспечить у самых удаленных потребителей требуемое качество электроэнергии по медленным отклонениям напряжения. Был проведен технико-экономический анализ, с целью отыскания менее затратных способов уменьшения потерь напряжения в ЛЭП 0,4 кВ.

Для начала стоит учесть потери напряжения во вторичной обмотке трансформатора, которые можно определить из систематизированных таблиц [3], при номинальной нагрузке и номинальном напряжении на зажимах низшего напряжения (НН). Для трансформатора ТМ-160/10 потери напряжения составляют 3,10%. Следовательно, отклонение напряжения в ЛЭП 0,4 кВ, ул. Славянская, не должно превышать 6,9%.

Согласно СП 31-110-2003 [2], удельная расчетная электрическая нагрузка дачного дома составляет 2,6 кВт (в расчетах примем – 5 кВт, чтобы учесть дальнейший рост нагрузки потребителей). Тогда максимальный ток нагрузки ВЛ составит:

                                                          (1)

где: Р_р – расчетная нагрузка ВЛ, кВт; U_н – номинальное напряжение сети, кВ; cosφ – коэффициент мощности нагрузки.

Одним из способов поддержания требуемого уровня напряжения у потребителей является установка вольтодобавочных трансформаторов (ВДТ). Однако, лишь некоторые отечественные производители изготавливают данное оборудование, и стоимость одного ВДТ для сетей 0,4 кВ колеблется в диапазоне от 695000 до 950000 руб. В общей сложности, необходимо два таких трансформатора. Участникам дачного кооператива не по силам будет столь большая сумма.

Более экономичным способом уменьшения потерь напряжения в ЛЭП является увеличение сечения проводов. Был выбран провод марки А, сечением 50 мм², для которого были определены затраты на приобретение требуемого количества проводов с учетом общей длины ЛЭП – 3040 метров (табл.1).

Еще одним из способов по уменьшению потерь напряжения в ВЛ может послужить установка компенсаторов реактивной мощности (КРМ). При этом увеличение сечения ЛЭП не требуется и конденсаторная установка подключается непосредственно к шине 0,4 кВ. Для выбора КРМ было определено значение реактивной мощности, требующей компенсации:

                                         (2)

где:  – после установки КРМ;  – до установки КРМ.

Для компенсации реактивной мощности была выбрана конденсаторная установка КРМ-50/12,5, с номинальной мощностью 50 кВАр (с учетом роста нагрузки потребителей), и определены затраты на ее приобретение (табл.1).

Таблица 1.

Сравнение характеристик и затрат на приобретение А-50 и КРМ-50/12,5

С экономической точки зрения установка КРМ лучше, чем увеличение сечения провода: выгода составляет 68718 рублей. Кроме того, замена провода – это более трудоемкое мероприятие, в сравнении с установкой компенсирующего устройства.

С целью сравнения потерь напряжения для выбранных энергосберегающих мероприятиях были рассчитаны потери напряжения в линии в зависимости от длины при использовании проводов А-35, А-50 и конденсаторной установки:

                                                         (3)

где: l_i– длина i –того участка линии, м; U_н – номинальное напряжение сети, кВ; I_p – расчетный ток в сети, А; и r_о, х_о – погонные активное и индуктивное сопротивления проводов, Ом/км.

Стоит учесть тот факт, что при установке КРМ ток нагрузки сети уменьшается, поскольку коэффициент мощности возрастает:

                                                  (4)

На основе полученных результатов построена гистограмма (рис.1).

Рисунок 1. Сравнение потерь напряжения в ЛЭП 0,4 кВ ул. Славянская

С учетом потерь напряжения на стороне НН в трансформаторе был построен график зависимости изменения значения напряжения от удаленности потребителя (рис.2).

Рисунок 2. Зависимость значения напряжения от длины ЛЭП 0,4 кВ ул. Славянская

Таким образом, произведенный анализ показал, что установка компенсирующих устройств лучше увеличения сечения провода как с экономической точки зрения, так и с точки зрения энергоэффективности, поскольку потери напряжения в ВЛ при использовании КРМ-50/12,5 на 0,271% меньше, чем при установке провода А-50.