Целесообразность перевода распределительных электрических сетей на напряжение 20/0,4 кВ

№105-1,

технические науки

Рассмотрены вопросы применения в распределительных электрических сетях напряжения класса 20 кВ. Напряжения класса 20 кВ позволяет снизить потери электроэнергии, поскольку применяются воздушные провода и кабели с большим поперечным сечением. Рассматриваемое напряжение увеличивает пропускную способность линии как минимум в 2–2,5 раза и уменьшает потери электроэнергии в 1,5 раза по сравнению с сетями 6–10 кВ. Приведены результаты сравнительных расчетов потерь электроэнергии для напряжений 6, 10 и 20 кВ.

Похожие материалы

Одна из острых проблем стоящих на сегодняшний день перед современной отечественной электроэнергетикой — продолжающийся рост износа основного оборудования электрических сетей и существенные потери при передаче и вырабатывании электроэнергии.

В настоящее время около 50% распределительных электрических сетей в России выработали свой ресурс, а общий износ сетей составляет 70%.

Основные пути модернизации и развития отрасли регулируются утвержденными Энергетической стратегия России на период до 2030 года, Стратегией развития электросетевого комплекса Российской Федерации, федеральными законами и подзаконными актами.

Уровень потерь электроэнергии является важным показателем, характеризующим эффективность сетей. В последние годы в России в среднем технические потери составляют около 10,8%. Для их снижения вводятся в работу энергосберегающее оборудование, отключают трансформаторы с сезонной нагрузкой, увеличивают пропускную способность линий, оптимизируют режимы работы сети, компенсируют реактивную мощность.

Однако приведенные подходы не решают задачу по обеспечению промышленных предприятий и городов электрической энергией требуемого объема и качества в полном объеме.

Одним из способов решения данных задач, по усовершенствованию питающих и распределительных сетей и уменьшению потерь электроэнергии в электрических сетях является повышение напряжения до 20 кВ с используемых на сегодняшний день 6 и 10 кВ.

Ряд нормативных документов закрепляет приоритет перехода с напряжения 6(10) кВ на напряжение 20 кВ, как перспективное и необходимое направление развития электросетевого комплекса.

Во многих странах мира, таких как Франция, Германия, Италия, Финляндия и США применение напряжения 20 кВ имеет позитивный результат.

В России электрическую сеть напряжением 20 кВ внедрили в г. Москва для электроснабжения Ходынского поля, а позже этот опыт был успешно использован при обеспечении электроснабжения комплекса «Москва-Сити». Так же данный класс напряжения вводится в Ханты-Мансийском автономном округе, где значительная часть населённых пунктов находится вдали от распределяющих подстанций.

Класс напряжения 20 кВ по сравнению с 6, 10 кВ имеет следующие преимущества:

  • большая пропускная мощность, что немаловажно в условиях современного увеличения потребления электроэнергии, причем, как в промышленности, так и в быту.
  • напряжения 20 кВ вдвое увеличивает радиус обслуживания подстанций и значительно сокращает число крупных узловых подстанций, учитывая, что при каждой трансформации теряется от 5 до 7% трансформируемой мощности и энергии, то это представляет собой колоссальные суммы средств и миллионы тонн потерянного топлива.
  • при использовании напряжения 20 кВ потери уменьшаются на 1,5% по сравнению с такими классами напряжения как 6 и 10кВ.

Проведен сравнительный анализ потерь электроэнергии в РЭС при напряжениях 6, 10 и 20 кВ.

Расчет потерь электроэнергии был проведен для участка сети (рис.1) от главной понизительной подстанции (ГПП) 110/6(10, 20) кВ до трансформаторной подстанции (ТП). Длина от ГПП до контрольной точки 1 составляет 5 км. В качестве линии электропередачи рассматривались сталеалюминиевый неизолированный воздушный провод и кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена.

Мощность нагрузки составляет 750 кВ∙А.

В таблице 1 приведены расчетные значения потерь электрической энергии в зависимости от сечения провода и плотности тока.

Схема участка сети
Рисунок 1. Схема участка сети

Нагрузочные потери электроэнергии в линии определяют по формуле:

\Delta W=3\cdot I^2_{\textup{т.р.}}\cdot\tau\cdot R_{\textup{ЛЭП}}

Таблица 1. Потери полной электроэнергии в линии для кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена и неизолированного сталеалюминиевого провода при напряжении 6, 10 и 20 кВ.

№ п/п

Сечение провода S, мм2

Плотность тока jэк, А/мм2

Потери электроэнергии в линии ∆W, кВт∙ч/год

6 кВ

10 кВ

20 кВ

0

1

2

3

4

5

Кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена марки АПвБП

1

16

1,7

-

-

49 950,60

2

25

1,1

-

-

31 956,80

3

35

1,7

-

91 360,20

-

4

50

1,1

-

63 913,70

-

5

50

1,7

177 599,80

-

-

6

70

1,1

126 933,20

-

-

Сталеалюминевый провод марки АС

7

25

1,1

-

-

31956,80

8

35

0,7

-

-

22840,0

9

50

1,1

-

63 913,70

-

10

70

0,7

-

45 680,10

-

11

70

1,1

126 933,20

-

-

12

120

0,7

73 599,90

-

-

График потерь электроэнергии в линии для кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена
Рисунок 2. График потерь электроэнергии в линии для кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена

Исходя из графика (рисунок 2) следует, что с уменьшением экономической плотности тока потери электроэнергии уменьшаются:

  • при напряжении 6 кВ — уменьшаются на 36%;
  • при напряжении 10 кВ — уменьшаются на 30%;
  • при напряжении 20 кВ — уменьшаются на 29%.
График потерь электроэнергии в линии для сталеалюминевого провода
Рисунок 3. График потерь электроэнергии в линии для сталеалюминевого провода

Исходя из графика (рисунок 3) следует, что с уменьшением экономической плотности потери электроэнергии уменьшаются:

  • при напряжении 6 кВ — уменьшаются на 29%;
  • при напряжении 10 кВ — уменьшаются на 29%;
  • при напряжении 20 кВ — уменьшаются на 42%.

Следует отметить, что с точки зрения схем и компоновки распределительных устройств РЭС 20 кВ и 6–10 кВ относятся к сетям одного класса. Оборудование на 20 кВ (трансформаторы, выключатели, шкафы комплектных распределительных устройств) является комплектным, компактным и по размерам сопоставимо с оборудованием 6 (10) кВ.

Применение такого класса напряжения как 20 кВ позволяет шагнуть на еще одну ступень выше в области электроснабжения городских потребителей. Рассматриваемое напряжение увеличивает пропускную способность линии как минимум в 2–2,5 раза и уменьшает потери электроэнергии в 1,5 раза по сравнению с сетями 6–10 кВ., Линия с напряжением 20 кВ дает возможность повысить качество электрической энергии и уменьшить потери мощности в сетях.