Инновации в электрических сетях

Появление новых машин и механизмов, средств коммуникации, бытовых приборов повышенной мощности, использующих электрическую энергию, приводит к нарастающим перегрузкам электрической сети, которая уже не справляется с нагрузкой. Примеры тому – аварийные отключения электроэнергии в Санкт-Петербурге и Казани. Электросети, введённые в эксплуатацию в 70 х – 80 х годах прошлого столетия, не отвечают требованиям Правил эксплуатации электроустановок (ПУЭ). По данным Холдинга МРСК в таком состоянии находится 54% линий электропередач. Это – 700000 километров воздушных ЛЭП. Инновации, применяемые в электрических сетях, должны решить существующую проблему.

Особенности инноваций электросетей

Для эффективной работы электрических сетей необходимо, чтобы они были саморегулирующимися и самовосстанавливающимися.

При возникновении аварийных ситуаций и перегрузок автоматика сама осуществляет коммутацию электрических сетей таким образом, чтобы не нарушалось снабжение объектов электроэнергией и не возникало перегрузок. Такие инновации внедряются в Канаде, Китае, Японии, США, Индии. В России также ведутся работы по разработке подобных проектов.

Подобные инновации требуют больших финансовых затрат. Энергетические компании не очень охотно инвестируют средства в проекты, которые начнут окупаться лишь через длительный срок. Для решения данной проблемы необходимо издать законы, поощряющие инвестиции в перспективные проекты модернизации электроэнергетики. Нужна чёткая и слаженная работа всех компаний, ранее входивших в РАО ЕЭС.

Работы по созданию электрических интеллектуальных сетей (Smart Grid) в России начала компания ФСК ЕС, где по достоинству оценили перспективы инновационного нововведения. Деятельность компании предусматривает значительные вложения инвестиций в развитие отечественных Smart grid.

Направления инноваций в электросетях

Одним из направлений инноваций в электросетях является защита от перенапряжения. В электросетях жилых домов часто наблюдаются отклонения напряжения от нормального (220 В ± 10 %). Сетевой вольтметр может показать его изменения в пределах от 170 до 380 В. Такие перепады могут вывести из строя бытовую технику и представляют опасность для жизни людей.

Для предотвращения аварийных ситуаций применяются стабилизаторы напряжения, которые компенсируют его изменения и приводят к норме. Для защиты бытовых электроприборов используют реле напряжения. При выходе напряжения за предельные значения реле отключает электроприборы и подключает, когда оно приходит к норме.

Управление сетями предприятий, городов, областей и их защита представляет собой более сложную задачу, требующей внедрения инновационных решений с применением современных автоматизированных систем, вычислительной техники, сложного оборудования. Поэтому важным этапом является разработка методических указаний по эксплуатации инновационных энергосистем.

Одним из приоритетных направлений отрасли является снижение потерь в электросетях. Это позволит сократить число трансформаторных подстанций, сократить стоимость электрического оборудования и получить ощутимый экономический эффект.

Инновации, направленные на снижения потерь в сетях, предлагаются в статье Коблина Н. Н. «Инновационная распределительная сеть напряжением 0,95 кВ – альтернатива воздушных линий 0,4 кВ». Автор приводит доказательства того, что при увеличении напряжения в электросети от 380 до 950 В потери снижаются в 6,5 раз.

Преимущества такого новшества в следующем:

• Уменьшение вероятности незаконных подключений;
• Увеличивается количество подключаемых потребителей в 2,6 раз;
• Нет необходимости монтажа нового оборудования, так как для линий до 0,4 кВ и 0,95 кВ действуют единые стандарты ПУЭ до 1кВ.

Такие меры применимы на недалёкую перспективу. Будущее инновационных проектов – применение сверхпроводящих материалов. Работы по созданию сверхпроводящих линий ведутся уже давно в США, Китае, Корее, Германии. В 2008 году в США была введена в эксплуатацию опытная линия длиной 600 метров. Ток в ней достигает 2400 А, напряжение – 138 кВ. К 2020 году в России планируется подключение линии длиной 2,5 км напряжением 20 кВ и током 2500 А. Потери в сверхпроводящих электрических кабелях – минимальны.

10 мировых инноваций в электрических сетях 2018

1. Разработана и внедряется технология умных сетей (Smart Grid). Разработки в этой области ведут компании Microsoft, Hyundai, Siemens и другие.
2. В ПАО «ФСК ЕЭС» разработана технология производства высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) для кабельных электросетей. Явление сверхпроводимости наблюдается при очень низких температурах (− 269, − 268 ◦С) Для получения такой температуры необходимо сложное оборудование. Были разработаны сверхпроводники, работающие при температуре жидкого азота (− 165 ◦С), получившие название высокотемпературных сверхпроводников. Созданы и проходят испытания кабельные линии на ВТСП.
3. Разработка эталонного измерительного оборудования нового поколения для цифровых подстанций Merging Unit. Разработчики и производители оборудования – ООО «Марс-Энерго»
4. Газонаполненные линии. В газонаполненном кабеле между проводником и изоляцией находятся полости, заполненные азотом под давлением до 3 МПа. Такие линии могут проводить электрический ток до 500 кВ. Один из отечественных разработчиков данного направления – ЗАО «РОСПРОЕКТ».
5. Внедрение специалистами группы компаний ЗМ серии продуктов для качественного ремонта и соединения кабелей, среди которых изоляционные муфты горячей и холодной усадки, соединители Скотчлок с прокалывающими соединительными контактами.
6. Сетевое накопление энергии. При пониженном потреблении электроэнергии (ночью, в летний период), вырабатываемую электростанциями электроэнергию можно накапливать с помощью маховиков, ионисторов (конденсаторов большой ёмкости), аккумуляторных батарей.
   При перебоях с подачей электроэнергии производится переключение электросети на питание от накопительной станции. Эта инновация должна стать одной из составляющих Smart Grid. Пример такой разработки – аккумуляторная батарея Power Wall от компании Tesla.
7. Алюминиевый композитный провод производственного объединения ЗМ для высоковольтных ЛЭП. По нагрузочной способности превосходит обычные сталеалюминивые провода в 2 − 3раза. Одновременно улучшены прочностные и механические характеристики.
8. Цифровой трансформатор. Значения тока и напряжения на подстанциях и в электрических линиях измеряются аналоговыми трансформаторами и ёмкостными делителями. Такие измерения имеют значительные погрешности. Цифровой трансформатор с помощью инновационной системы датчиков и электроники передает достоверные показания тока и напряжения в цифровом виде.
9. Цифровая подстанция. Такая подстанция включает в себя комплекс цифровых измерительных средств, релейной защиты, микропроцессорных систем управления и ряд других инноваций. Нововведение позволит дистанционно наблюдать за параметрами электросетей и оборудования, а так же эксплуатировать подстанцию в автоматическом режиме. ПАО «ФСК ЕЭС» совместно с АО НТЦ «ФСК ЕЭС» ввели в эксплуатацию опытную ЦП на 110 кВ.
10. Сверхпроводящие накопители энергии. Простейший вариант накопителя – индукционный. Катушка из сверхпроводящего материала, не имеющего сопротивления, может сохранять энергию бесконечно долго, отдавая её по мере необходимости. Компания «Русский сверхпроводник» совместно с Росэнергоатомом ведут работы над созданием накопителя ёмкостью 24 Мдж.