Экономия электроэнергии за счёт применения повышенных напряжений.

Установка понижающих трансформаторов с высшим напряжением 110, 32, 10 и 6 кВ вблизи приёмников электростанции и сокращение длины цеховых сетей напряжением 0,69-0,23 кВ дают значительную экономию электроэнергии. Однако, чем выше напряжение питающих сетей, тем дороже электрооборудование (кабельные и воздушные линии, выключатели и т.д.). Рекомендованные в своё время для глубокого ввода напряжение 35 кВ не нашло широкого применения в системах промышленного электроснабжения, так как оказалась слишком высокой для большинства промышленных предприятий. Эксплуатация систем промышленного электроснабжения показала, цеховых подстанций целесообразно ограничивать мощность (принцип разукружения подстанций) используемых трансформаторов 1000 кВА с вторичным напряжением 4000 В и 1800-2500 кВА с вторичным напряжением 35 кВ требуется ток равный

I_p = = 30 А

При таких незначительных токах для питания цеховых подстанций целесообразно было бы применять воздушные линии со стальными проводами, так как кабели с медными жилами на напряжение 35 кВ имеют минимально допустимое сечение 3´70 мм² с пропускной способностью 11800 кВА, а кабели с алюминиевыми жилами – 3´50 мм² с пропускной способностью 8000 кВА.

Однако прокладка по территории промышленных предприятий воздушных линий напряжением 35 кВ с П-образными и АП-образными опорами практически исключена. Кабелей со стальными жилами напряжением на 35 кВ промышленность не изготовляет. Эти обстоятельства в основном и послужили причиной того, что напряжение 35 кВ не получили широкого применения для распределительных внутренних сетей. Для осуществления глубокого ввода на промышленных предприятиях рационально применять напряжение не 35 кВ, а 20 или 18 кВ (10,5  = 18 кВ).

Напряжение 20 кВ, как показала практика эксплуатации систем электроснабжения в СССР и за рубежом, позволяет сооружать линии с простыми, дешёвыми свечеобразными опорами (подобно опорам линий 6 и 10 кВ) небольших габаритов, что важно в условиях промышленного предприятия, территория которого, как правило, заполнена различными сооружениями и коммуникациями.

В этом случае для питания трансформаторов мощностью 1800 кВА потребуется ток, равный

 I_р = » 58 А

Минимальные сечения алюминиевого провода 16-25 мм², выбранные по условиям механической прочности и экономической целесообразности, будут близки к наименьшим сечениям по допустимой плотности тока. Стоимость отключающих аппаратов на напряжение 230 кВ значительно ниже, чем на напряжение 35 кВ.

Применение напряжение 20 кВ для сетей промышленных предприятий позволяет выполнит решение руководящих органов о сокращении расходов электроэнергии на потери в электрических сетях промышленных предприятий.

Применение напряжения 66 В в цеховых сетях также значительно сокращает потери электроэнергии и расход цветового металла. Опыт эксплуатации цеховых сетей напряжением 660 В в ряде отраслей промышленности доказал бесспорные преимущества этого напряжения.

Однако в настоящее время в СССР для распределительных сетей, которые являются наиболее протяжёнными, в основном применяются напряжения 6 и 10, реже 35 кВ.

Напряжение 6 кВ с точки зрения экономии электроэнергии не является перспективным, но занимает значительное место в системах электроснабжения (СЭС) всех категорий. Например в Мособлэнерго оно составляет около 80 %, а в г. Саратове – около 70 % и т.д. Поэтому анализ сетей напряжением 6 кВ нами ведётся для того, чтобы показать возможности экономии электроэнергии в распределительных сетях при переходе на напряжение 10 кВ.

 Современный быстрый рост электрических нагрузок приводит нередко к техническому пределу использования существующих СЭС. Для улучшения качества напряжения (например в системе Мособлэнерго отклонения напряжения составляют 15-20 %) применяют регулирование напряжения у силовых трансформаторов, а для обеспечения питания новых потребителей сооружают параллельно прокладываемые линии. Однако эти меры не решают проблемы обеспечения промышленных предприятий и городов электроэнергией требуемого количества и качества.

Использование в этих случаях напряжения 20 кВ в распределительных сетях позволяет не только значительно уменьшить потери электроэнергии в линиях, но и существенно сократить число трансформаций за счёт укрупнения трансформаторных подстанций. В 1975 году было указание перевести распределительные сети с напряжения 6 кВ на напряжение 10 кВ. Это решение, хотя и является правильным, недостаточно, так как требует значительных затрат на реконструкцию сетей, к моменту завершения которой, в связи с постоянным ростом нагрузок может потребоваться дальнейшее повышение напряжения.

По анализу перевода электрических сетей с напряжения 6 кВ на 20 кВ выполнено много научно-исследовательских работ. Проведённые расчёты при исследовании систем электроснабжения Мособлэнерго, полученные в МЭИ, позволили сделать заключение о том, что при заменен напряжение 6 кВ на 20 кВ экономия электроэнергии составит 19,35 млн.руб.

За срок амортизации (около 25 лет) с учётом динамики роста нагрузок общая экономия в результате сокращения составит примерно 2 млрд.руб.

Для реконструкции СЭС проектные организации нередко принимают бесперспективные решения. Так, например в проекте реконструкции систем электроснабжения г. Саратова рекомендован переход на напряжение 10 кВ. Однако сети напряжением 6 кВ в этот период составляли в СЭС г. Саратова 80 % и только 20 % сетей было выполнено на напряжение 10 кВ.

Перевод сетей города на напряжение 10 кВ займёт не менее 10 лет, и мощность потребляемая городом к окончанию его перевода на напряжение 10 кВ, потребует дальнейшего повышения напряжения. Расчёты (на примере части города) показали, что перевод сетей г. Саратова на напряжение 20 кВ был бы значительно экономичнее, затраты на СЭС 20 кВ были бы рациональными на протяжении 25-30 лет.

Основные возражения электроснабжающих организаций и ведомств, производящих и употребляющих электроэнергию, заключается в следующем: в СССР не выпускают трансформаторы, кабели и аппаратуру на 20 кВ (трансформаторы тока и напряжения, разъединители, изоляторы, реакторы, предохранители и пр.). На эти возражения можно ответить следующим образом:

1. Трансформаторы напряжением 220/110/35 кВ выпускаемые Министерством электротехнической промышленности, можно за несколько часов переключить со звезды на треугольник и получить трансформаторы напряжением 220-110/20 кВ.

2. Затруднений по выпуску кабелей 20 кВ нет. В настоящее время кабели на напряжение 20 кВ у нас выпускаются, но цена их завышена..

3. Измерительные трансформаторы напряжения на 20 кВ в СССР выпускаются серийно.

4. Измерительные трансформаторы тока на 20 кВ в СССР также выпускаются серийно. Не выпускаются на эти напряжения лишь трансформаторы тока на малые токи (50/5, 100/5 и т.д.), однако производство их на базе выпускаемых не вызовет особых затруднений.

5. При производстве комплектных распределительных устройств разъединители не требуются. Для других случаев стоимость на напряжение 20 кВ и процесс его производства совершенно не измениться по сравнению с разъединителями на напряжение 10 кВ, так как высота изолятора изменяется мало, а масса фарфора возрастает всего на 2 %.

6. Изоляторы на напряжение 20 кВ могут выпускаться в любом необходимом количестве, при этом уменьшится число выпускаемых изоляторов на напряжение 6 кВ.

7. Выпуск выключателей на напряжение 20 кВ и токи 400-2000 А действительно потребуется. Выключатели на токи выше 2000 А в СССР серийно не изготовляются. На небольшой период времени (2-3 года) можно воспользоваться выключателями на токи менее 2000 А, производимыми серийно в соцстранах, например в Болгарии. Применение выключателей на напряжение 20 кВ приведёт к резкому уменьшению количества выключателей в СЭС. При этом они будут обеспечивать значительно большую пропускную способность. Схемы электроснабжения станут проще и надёжнее. Затраты цветного металла уменьшаться.

8. Реакторов на напряжение 20 кВ может и не потребоваться, если исследовать установку двух последовательно включенных реакторов напряжением 6-10 кВ, выпускаемых нашей промышленностью.

9. Положение с плавкими предохранителями аналогично положению с выключателями, но значительно проще в решении. Удорожание предохранителей составляет не более 1 %.