Автор колонки - науковий керівник RUTAS (компанія-резидент Інноваційного центру «Сколково») Кузьмін Сергій Васильович.
Чим більше будується заводів і масштабніше міста - тим більше потрібно енергії. Логічно, що системи електропостачання повинні ставати все більш ефективними, надійними і безпечними. І вже, звичайно, необхідно домагатися зниження аварійних ситуацій.
Але якраз аварійність - бич сучасних мереж. Наприклад, у міських мережах, наприклад, на Далекому Сході, відбувається понад 3000 аварійних відключень на рік. А адже масштаб цих мереж - невеликий, в більшості регіонів РФ мережі набагато більше. Чому все так складно?
Справа в тому, що в багатьох містах основа електропостачання - мережі, які прокладалися ще в СРСР, виходячи з потреб того часу. Починаючи з 2000-х років у будинках стало з'являтися багато сучасної побутової техніки: СВЧ-печі, холодильники, телевізори, пральні машинки і, звичайно, кондиціонери. Все це збільшило навантаження на мережі. Так, їх модернізують, але зовсім не так швидко, як хотілося б.
У підсумку в системі підвищені втрати енергії, відбуваються стрибки напруги, які нерідко виводять з ладу ту саму побутову техніку, електроніку, плюс час від часу відключаються самі мережі через перевантаження, і протікають в них різних негативних фізичних процесів.
Варто також розділяти аварійність у мережах високої напруги, яка падає на 5% на рік і середньої напруги - тут вона зростає на 3% на рік. При цьому вплив проблем у мережах першого типу на побутового споживача - близько 10%, а от у мережах другого типу - близько 70%.
До чого це все?
Ми розповімо про себе і свої технології, які дозволяють значною мірою вирішити проблеми, про які йдеться вище.
Ми - це компанія RUTAS, яка з 90-х років допомагає виводити електроенергетичні системи промислових підприємств і міст на новий рівень надійності. Ось основні напрямки роботи:
- Зниження технічних втрат електроенергії.
- Зниження часу простою споживачів енергії.
- Зниження аварійності та підвищення ефективності електроенергетичних систем
- Зниження кількості пробоїв ізоляції кабельних ліній, електродвигунів і трансформаторів.
У роботі використовуємо результати сучасних наукових досліджень. Нові дані і розробки дозволяють підвищити надійність систем електропостачання на 67%, продовжує термін експлуатації кабельних ліній, муфт, електродвигунів і трансформаторів в середньому на 16 років, скорочує недовідпуск електроенергії та аварійні витрати.
Наша технологія називається RUTAS 4K, і вона застосовна як до міських, так і промислових мереж. До речі, проблематика і характеристики мереж міст і промислових підприємств практично однакові на рівні протікаючих фізичних процесів, на рівні використовуваних елементів (все ті ж кабельні лінії, трансформатори, електродвигуни, що з'єднують муфти). Єдине, що зазвичай у промислових підприємств коштує більше захистів, до цього уважніше ставляться. Єдина різниця - в одному додатковому компоненті для міських мереж (К4С).
Чого дозволяє домогтися технологія для міст?
Тут можна виділити кілька основних моментів:
- Знизити кількість годин перерви електропостачання кінцевих споживачів на 55%.
- Знизити технічні втрати електроенергії до рівня, що не перевищує 7,5%,
- Створити умови для відновлення електропостачання кінцевих споживачів за 30 хвилин для 80% випадків (замість 1,5-2,5 години в поточному моменті).
- Знизити стрибки напруги,
- Знизити кількість затрачуваного палива генерацією
- Підключити на одні й ті ж трансформаторні потужності на 20% більше споживачів. Тобто місто може на одну і ту ж трансформаторну підстанцію (без її розширення) підключити, наприклад, не 4, а вже 5 будинків. Або за рахунок цього ж - підвищити надійність електричного резервного опалення міст, районів. Тепер у містах можна буде в пікові навантаження опалюватися електричними опалювальними приладами, і включати чайник одночасно з куди більшою надійністю і працездатністю.
За рахунок чого цього можна досягти?
За 26 років діяльності нашої команди вироблено понад 420 наукових досліджень аварійних режимів, електроспоживання та експлуатації електроприймачів у системах електропостачання 3, 6, 10 кВ великих промислових підприємств та міст. Наукові дослідження дозволили вивчити раніше невивчені негативні фізичні процеси, виявити основні негативні фізичні процеси, які прискорюють процес старіння ізоляції і призводять до пробоїв ізоляції кабельних ліній, електрообладнання та електроприймачів.
На підставі наукових досліджень були розроблені спеціальні пристрої, впровадження яких дозволяє підвищити надійність, знизити аварійність і ризики виходу з ладу електроенергетичної інфраструктури. На основі розроблених пристроїв і методик сформована чотирикомпонентна технологія зниження аварійності та підвищення ефективності електроенергетичних систем «RUTAS 4K».
Компоненти технології:
- К1 Впровадження спеціально розроблених пристроїв доданого активного струму (резисторів для заземлення нейтральної точки мереж 6-10 кВ) дозволяє перевести режим нейтралей мереж 6-10 кВ з ізольованого на резистивний і з компенсованого на комбінований. Переведення режиму нейтралей мереж дозволяє обмежити перенапруження в режимі ОЗЗ до рівня 2,0 2,1 від номінальної напруги мережі, скоротити кількість ОЗЗ на 50%, виключити виникнення ферорезонансних перенапряжень, скоротити кількість багатомісних пробоїв ізоляції кабельних ліній, електродвигунів і трансформаторів на 73%. Впровадження першого компонента забезпечує високу працездатність і ефективність простих струмових захистів від ОЗЗ.
- Обґрунтування, розрахунок, впровадження та налаштування простих струмових захистів від ОЗЗ за розробленими методиками нашої команди дозволяє повністю виключити помилкові (необґрунтовані) відключення ліній електропостачання, скоротити групові відключення ліній електропостачання на 97%, скоротити кількість комутацій ліній електропостачання в аварійних режимах ОЗЗ на 98%, вивести селективність захистів від ОЗЗ на рівень 100% навіть при нормованих струмах ОЗЗ, у підсумку додатково скоротити кількість ОЗЗ на 8%.
- К2 Впровадження спеціально розроблених пристроїв «гаситель-компенсатор» дозволяє виключити резонансні явища, які виникають в точках підключення індуктивного навантаження (електродвигуни, трансформатори) в режимі ОЗЗ, додатково знизити перенапруження в режимі ОЗЗ до рівня 1,76-1,78 номінального напруження мережі, додатково підвищити надійність і скоротити кількість пробоїв ізоляції електродвигунів на 22%, в підсумку додатково скоротити кількість 12%. Гасителі-компенсатори підключаються до затисків електродвигунів і вводів трансформаторів, здійснюють фільтрацію вищих гармонік струму навантаження кратних трьом, здійснюють часткову компенсацію реактивної потужності.
- К3 Впровадження спеціально розроблених пристроїв для обмеження комутаційних перенапряжень «RC-гаситель» дозволяє вирішити проблему з комутаційними перенапруженнями, знизити їх рівень до 1,5-1,68 номінальної напруги мережі, скоротити кількість пробоїв ізоляції електродвигунів і силових трансформаторів на 71%, у підсумку додатково скоротити кількість ОЗЗ на 18%. RC-гасителі підключаються до затисків електродвигунів і вводів трансформаторів, здійснюють фільтрацію вищих гармонік струму навантаження крім кратних трьом.
- К4 Впровадження спеціально розроблених пристроїв «RC-K4» з метою захисту екранів сучасних кабелів зі зшитого поліетилену від термічного руйнування в режимах КЗ. Після впровадження перших трьох компонентів технології кількість ОЗЗ, що переходять у двох і трифазні короткі замикання знижується більш ніж у 4 рази і не перевищує 8%. Протікання струмів КЗ по однофазних кабелях з ізоляцією зі зшитого поліетилену є причиною термічного руйнування екранів даних кабелів. Це призводить до необхідності заміни кілометрів пошкоджених кабелів.
Етапи впровадження технології
Спочатку проводиться комплексне обстеження об'єктів мереж. На основі обстежень розробляються технічні рішення. Це впровадження нашої технології, налаштування основних параметрів роботи захистить для підвищення їх працездатності. Крім того, впроваджуємо спеціалізовані пристрої під специфічні завдання.
Дуже добре, коли компанії погоджуються провести навчання своїх співробітників новітнім науковим відкриттям команди Rutas. Тоді організовуються курси різної тривалості. Наприклад, у червні цього року пройшли триденні курси керівників ІСО Русал (інжиніринг будівництво обслуговування), що відповідають за електроенергетику підприємств Русал.
Після узгодження технічних рішень розробляються проекти впровадження безпосередньо «на місцевості» з урахуванням специфіки монтажу. Паралельно запускається виробництво. Після узгодження всіх проектів готові технічні рішення доставляються і проводиться їх монтаж і налагодження. До речі, цей абзац актуальний і для виробничих об'єктів.
А що щодо окупності?
Як і завжди, все залежить від галузі - від декількох місяців до п'яти років. Ось головні складові окупності:
- Відсутність умов виникнення критичних віялових аварійних випадків. Бувають аварії масштабу в десятки мільйонів доларів прямого збитку, які попереджаються незначними вкладеннями в надійність (щодо сум потенційного збитку). Тут ще є така проблематика - при будівництві нових промислових об'єктів зазвичай економлять на проектуванні. Часто проекти розробляються за принципом «скопіював - вставив». Наприклад, автори проекту не враховують зовнішнє середовище конкретної місцевості - грозові процеси, відповідно, не проектують правильну роботу блискавично у зв'язці із загальною системою електропостачання. Це загрожує великими аваріями від блискавки, що несподівано прилітає. Також проекти нерідко розробляють фахівці з низькою компетентністю з практичної та наукової точки зору. Не враховують нові досягнення науки, дослідження та впроваджувальний досвід різних підприємств.
- Усунення технічних втрат електроенергії на 25%. Можна менше платити за лічильниками.
- Скорочення недовідпуску електроенергії.
- Економія на аварійних витратах.
- Можливість продовжити термін експлуатації кабелів, кабельних муфт, трансформаторів і електродвигунів в середньому на 16 років.
Нижче - ілюстрація окупності для міських мереж.
На тих підприємствах, де впроваджені наші технології, електротравматизм співробітників знизився приблизно на 88%. Технологія забезпечує повну працездатність захистів, скорочує кількість однофазних замикань на землю на 71%, кількість коротких замикань на 60%, кількість групових відключень ліній електропостачання на 97%, кількість аварійних відключень на 67%. Результати цілком видимі і відчутні - скорочення виїздів ремонтних бригад, спрощення умов роботи. А значить - посилення безпеки і зниження електротравматизму співробітників.
В цілому, це все, що ми хотіли розповісти сьогодні (точніше, не все, але і так вийшло дуже вже багато). Якщо потрібно більше інформації, то її можна отримати на нашому сайті.