Будущее коммутационного оборудования среднего напряжения

Проблема умных сетей

Умные сети имеют две цели. Одна из них заключается в оптимизации связи между спросом и предложением электроэнергии. Вторая цель связана с предоставлением необходимых условий интеграции большего количества распределенных и возобновляемых источников энергии в одну сеть. Сравнивая двунаправленный поток, необходимый для выполнения этих целей с простым, однонаправленным потоком, который все еще применяется в централизованном производстве электроэнергии, видно, что проблема умных сетей достаточно велика. Для каждой связи в сети возникает вопрос, готово ли коммутационное оборудование среднего напряжения к решению этой проблемы, или необходимо его развивать дальше? Анализируя ряд экспериментов с существующими сетями, можно выявить те ценности коммутационного оборудования, которые способствуют решению этой проблемы.

Умные сети используют больше выключателей, чем в прошлом

В течение ряда лет было экспериментально подтверждено, что добавление высоковольтных выключателей в сети распределения электроэнергии представляет собой эффективный способ снижения числа потребителей, затронутых отключениями. Кроме того, это снижает общее время восстановления энергоснабжения. Как правило, распределительные сети работают в разомкнутом контуре, предоставляя возможность использования второго ввода в случае отказа.

Исторически, такие сети снабжались управляемыми на месте выключателями, с единственным устройством защиты на фидер, размещаемым на подстанциях среднего и высокого напряжения. Возрастание требований к качеству предоставления электроэнергии привело к развитию подстанций с дистанционным управлением, обеспечивающим снижение интервалов отсутствия электроснабжения. Тем не менее, в случае короткого замыкания, отключаются все потребители, получавшие энергию от отказавшего фидера. Но, фактически, потребители, находящиеся до места короткого замыкания, вполне могли бы получать энергию.

Использование в цепи дистанционно управляемых высоковольтных выключателей вместо ручных позволяет отключать только тех потребителей, которые соединены с отказавшей частью фидера. По сравнению с традиционными решениями, это является существенным преимуществом, учитывая количество попадающих под отключение потребителей.

С идеальной точки зрения, решения, в которые входят недорогие выключатели и недорогие датчики, решения, которые не имеют связи, не обладают специфической сетевой архитектурой, и допускают недорогое обновление, способны снизить простои при экономном уровне. Сегодня, такие адекватные и экономичные ответы на потребности подстанций среднего и высокого напряжения, уже существуют в следующих областях:

- оптимизированные интегрированные выключатели для сетевых приложений, включая трансформаторы тока малой мощности,

- адаптация существующих систем защиты за счет увеличения селективности (снижения временного интервала), или использования логики логической селективности на подстанциях между входящими и выходящими фидерами.

Аналогично, такой подход более эффективен и более точен для использования выключателей для защиты трансформаторов среднего и низкого напряжения. Традиционно, из-за значительно различия в стоимости по сравнению с выключателями и реле, трансформаторы среднего и низкого напряжения защищались плавкими предохранителями.

Основное преимущество использования оборудования кольцевой магистрали с фиксированными недорогими выключателями состоит в том, что этот подход позволяет улучшить защиту трансформаторов при обеспечении того же времени эксплуатации, делая доступной защиту трансформаторов выключателями.

Как правило, трансформаторы среднего и низкого напряжения отказывают очень редко. Все отказы начинаются с коротких замыканий в обмотках или коротких замыканий на фазу или землю. Они локализуются внутри первичной или вторичной обмотки, или в зоне низкого напряжения. На ранней стадии, когда короткое замыкание имеет небольшую или очень малую величину тока, его могут быстро и надежно отделить только высоковольтные выключатели. При этом плавкие предохранители иногда не могут обесточить место короткого замыкания, или им требуется время до тех пор, пока такое замыкание не перерастет в двухфазное или трехфазное замыкание токов большой величины, чтобы они могли правильно сработать.

Основными преимуществами решения на основе высоковольтных выключателей являются:

- лучшая селективность по сравнению с другими устройствами защиты для среднего и низкого напряжения;

- улучшенное функционирование защиты для пусковых токов, перегрузок, коротких замыканий с низкой величиной тока, и замыканий на землю;

- более высокая устойчивость к тяжелым погодным условиям;

- пониженные требования к обслуживанию и запасным частям.

Переход от выкатных выключателей к фиксированным выключателям, а также использование размыкания тока в вакууме, делает их экономически эффективными.

Ключевым фактором, обеспечившим признание фиксированных выключателей, стала селективность современных автоматических выключателей при их высокой надежности. В этом отношении, модульная архитектура, основанная на вакуумных дугогасительных камерах высокой надежности, является крайне гибкой, и обеспечивает неограниченное количество комбинаций.

Для умных сетей дистанционное управление станет обязательным

Будучи более компактным и эффективным, коммутационное оборудование с интегрированным управлением и мониторингом обеспечивает лучшую оптимизацию. Дистанционное управление коммутационным оборудованием становится важной характеристикой. Такое управление должно быть очень быстрым. Оконечные пользователи более не хотят принимать длительные перебои в обеспечении электроэнергией. Автоматизация фидеров, самовосстановление, использующее дистанционное управление, являются единственным способом, позволяющим сократить время отсутствия поставки энергии. Оптимизация нагрузок в отдельных частях сети распределения также будет возможной при использовании дистанционного управления для работы коммутационного оборудования, и изменения настроек защиты.

Конечно, ручной режим управления также будет очень простым. Для этого, независимо от технологии, самым простым вариантом является нахождение выключателя в трех положениях (включен, отключен / обесточен и заземлен). Эта простота также увеличивает безопасность. Одним большим преимуществом такого функционирования в трех положениях является то, что он для дистанционного управления будет точно таким же, как и для ручных операций на месте.

Для обеспечения неограниченного числа различных приложений необходима модульность

Разнообразие электрических установок приводит к неограниченной комбинации размеров и конфигураций коммутационного оборудования. И оно только возрастает по мере увеличения интеграции в сеть возобновляемых источников энергии. Также росту разнообразия способствует и рост потребности в энергетической эффективности. Ключом к удовлетворению такой гибкости является модульность. Коммутационное оборудование среднего напряжения также будет все больше появляться в сети.

Заключение

Развитие умных (смарт) сетей приведет к увеличению интеллекта оборудования для среднего напряжения. Эволюция сетей может предоставить возможность для появления новых критериев выбора продукции, таких как гибкость, устойчивость к погодным условиям, компактность, оптимизация дистанционного управления, и т.п.

В заключение можно сказать, что физика электрической энергии остается той же самой, но некоторые технологические моменты изменяются вместе с методами их оптимизации.

По всем этим причинам, имеет место глубокое убеждение в том, что модульная архитектура, использующая трехпозиционную схему и вакуумные прерыватели, весьма хорошо адаптируется для грядущего развития умных сетей. Эта архитектура может обеспечить большое количество приложений во вторичном распределении энергии, но благодаря модульности, она способна также справиться и с некоторыми приложениями низкого напряжения, где, традиционно, используется первичное оборудование. В этом отношении, данная архитектура способно перебросить мост между пропастью различий в специфике первичного и вторичного оборудования.