Включите свет

Отключение электроэнергии в России — явление не редкое. Например, в 2021 году крупнейший российский оператор электросетей «Россети» зафиксировал 9,8 тысячи аварийных отключений в сетях 110 киловольт и выше, которые используются для обеспечения электричеством предприятий и крупных городов. Это примерно по 26 отключений в день. Вместе с производителем источников бесперебойного питания Ippon разбираемся, как устроена российская электроэнергетика, почему отключают электричество и как к этому подготовиться.

Атом не главный

Каждый год в России вырабатывается в среднем около 1 триллиона киловатт-час электроэнергии. Такого количества электроэнергии хватило бы на 57,1 тысячи лет беспрерывной работы электроплиты мощностью 2 киловатта. В 2021 году этот показатель составил 1,13 триллиона киловатт-час — на 6,3 процента больше, чем в 2020-м. При этом электростанции, входящие в Единую энергетическую систему страны, дали 1,11 триллиона киловатт-час.

Единая энергетическая система — это название для электростанций и принимающих установок потребителей (например, трансформаторных станций в деревнях) с централизованным управлением. Традиционно за производство электроэнергии в стране отвечают теплоэлектростанции (ТЭС), гидроэлектростанции (ГЭС) и атомные электростанции (АЭС).

На ТЭС, как, впрочем, и на АЭС, выработка электроэнергии обеспечивается, если упрощать, кипячением воды. Она превращается в перегретый пар, который затем подается на паровую турбину, раскручивая ее. Турбина, в свою очередь, вращает электрогенератор. Принцип работы ГЭС схож с предыдущими двумя электростанциями с той лишь разницей, что за вращение турбины отвечает напор воды от течения в русле реки или приливов и отливов на побережье морей и океанов.

На тепловых электростанциях для кипячения воды используются газ или уголь, иногда мазут, нефть, бензин или дизельное топливо, а на атомных электростанциях — энергия от цепной реакции деления атомов урана. На гидроэлектростанциях этап кипячения исключен: поток речной воды напрямую вращает турбины, а те — электрогенераторы.

И вот что интересно. Россия традиционно считается ядерной державой с развитой атомной энергетикой. На территории страны работают 11 атомных электростанций совокупной мощностью 29,2 гигаватта. Она занимается и строительством атомных электростанций за рубежом. Например, один из таких проектов — АЭС «Аккую» в Турции, чья планируемая мощность составляет 4,8 мегаватта.

В реальности же на атомную энергетику в России приходятся только 12 процентов совокупной мощности электростанций (установленная мощность — почти 244 гигаватта) всех видов и чуть больше 20 процентов выработки электроэнергии. Значительная доля приходится на ТЭС: 68 процентов общей мощности российских электростанций всех видов и почти 64 процента всей выработки электроэнергии.

В России работают 14 ГЭС, которые в 2021 году произвели 209,5 миллиарда киловатт-час электроэнергии. Это около 19 процентов всей выработки электричества. Оставшиеся около 11 процентов выработки приходятся на геотермальные, ветряные и солнечные электростанции, а также ТЭС, работающие на биогазе и биотопливе. К слову, доля солнечной, ветряной и биоэнергетики не превышает 2 процентов в общем объеме выработки электроэнергии в стране.

Оно отключилось

В 2021 году потребление электроэнергии в России составило 1,09 триллиона киловатт-час — на 5,5 процента больше, чем в 2020-м. Казалось бы, электричества производится больше, чем предприятия и жители могут потребить. Почему в таком случае оно пропадает?

Причин этому может быть несколько — если только в вашем щитке не отгорел несущий кабель из-за того, что нерадивые электрики не удосужились хорошенько затянуть все соединения.

Основная причина отключений электричества в России, как плановых, так и незапланированных, — это изношенность электросетей. Средний уровень износа электросетей — устаревшее оборудование, приходящие в негодность кабели, трансформаторные станции с истекающим или уже истекшим сроком службы — составляет в России чуть больше 30 процентов. При этом в некоторых регионах показатель достигает 90 процентов.

По данным холдинга «Россети», износ электросетевых объектов составляет около 55 процентов (в 2016 году было 46,4 процента) и к 2025 году может превысить 60 процентов. Отсюда вытекают две главные причины, почему мы вынуждены сидеть без света порой несколько часов, а иногда и несколько дней, — плановые и аварийные отключения.

В случае с плановыми отключениями речь обычно идет или о подключении новых потребителей, когда компания отключает электроветку, чтобы подсоединить к ней, например, новый дачный кооператив, или о ремонте существующей электросети. Такие ремонты обычно планируются заранее, и о них обслуживающие компании стараются предупреждать заранее.

Другое дело — отключения аварийные. Тут факторы могут быть самые разные. Например, в результате урагана оборвало линии электропередачи или на них упало дерево.

Бывает и так, что дачники, приехавшие на майские праздники в свои дома, пытаются прогреть их электроконвекторами. В этом случае потребление превышает пропускную способность электросетей в конкретной местности, и происходит защитное отключение, которое необходимо, чтобы не сгорели трансформаторные станции или кабели, не рассчитанные на такую нагрузку.

Потеря потерь

Отключение электричества также приводит к денежным потерям. На бытовом уровне речь идет о вышедшей из строя электронике: холодильниках, микроволновых печах, телевизорах.

Например, из-за резко возросшего потребления может снижаться напряжение, из-за чего в розетку «приходят» не положенные 220 вольт, а гораздо меньше. Напряжение, значительно отклоняющееся от номинального в большую или меньшую сторону, приводит к выходу из строя блоков питания электрооборудования.

Сгоревший холодильник или посудомоечная машина для семьи означает финансовые потери в несколько тысяч, а то и десятков тысяч рублей. Все зависит от того, можно починить сломавшуюся технику или ее придется заменить. Правда, теоретически есть возможность отремонтировать ее или поменять за счет компании — поставщика электроэнергии.

В этом случае придется получить заключение экспертизы о том, что бытовая техника сломалась именно из-за повышенного или пониженного напряжения в электросети. Кроме того, нужно будет представить и доказательства, что отклонения в напряжении действительно были. Правда, отстоять свою правоту удается только в 20–25 процентах случаев.

Раз уж речь зашла о финансовых потерях: как теперь понятно, на экономическом уровне расходы поставщиков электроэнергии и операторов электросетей на ремонт сгоревшей бытовой техники потребителей невелики. При этом тратиться все равно приходится, выкладывая деньги как из федерального и регионального бюджетов, так и из собственного кармана. В целом до 2030 года на модернизацию, ремонт и замену электросетей России и обновление электрогенерирующего сектора планируется потратить около 18 трлн рублей.

Из-за отключения электричества бизнес тоже несет убытки. Это и невозможность принимать электронные платежи, и простой оборудования, и портящиеся продукты, и вышедшая из строя техника. Точные оценки потерь бизнеса от отключения электричества неизвестны. Однако, например, весной 2022 года тульский клуб «Фитнес-парк» судился из-за убытков с поставщиком электроэнергии компанией «Солерс», которая больше чем на месяц отключила для ремонта подстанцию. Убытки оценивались в 10 миллионов рублей.

Возвращение света

Но обеспечить конкретный прибор или целый дом электричеством, если оно вдруг пропадет, все-таки можно. Для этого, например, можно использовать источник бесперебойного питания (ИБП). В простом варианте это устройство представляет собой набор фильтров, которые сглаживают высоковольтные импульсы (иначе говоря, скачки напряжения) и электромагнитные помехи, аккумулятор или несколько аккумуляторов, инвертор, который преобразует 12, 24 или 48 вольт постоянного тока с аккумуляторов в привычные простым людям 220 или 380 вольт переменного, а также плату управления.

Последняя следит за наличием напряжения в розетке. Если оно вдруг пропадает, плата практически мгновенно переключит питание подключенных к ИБП потребителей на инвертор. Когда же напряжение в сети снова появится, эта же электронная плата управления переключит потребителей на питание от розетки и подключит контроллер заряда, который начнет заряжать подсевшие аккумуляторы.

Подавляющее большинство современных ИБП в резервном режиме, то есть когда питание подается через инвертер с аккумуляторов, обеспечивают выходное напряжение синусоидальной формы, лучше всего подходящее для питания как бытовых приборов, так и различного рода компьютерной техники.

Дело в том, что в обычной российской электросети напряжение является переменным, то есть меняет свое значение от минус 310 до плюс 310 вольт каждые 20 миллисекунд. При этом изменение значения напряжения происходит во времени относительно плавно, и если попытаться отметить измеренные на протяжении 20 миллисекунд значения на графике, то получится синусоида.

Если слегка упрощать, в пике каждые 20 миллисекунд в розетке присутствует напряжение 310 вольт. Откуда тогда берутся 220 вольт? Это среднеквадратичное значение переменного напряжения в сети, которое высчитывается по специальной формуле и называется эффективным. При желании формулу можно легко нагуглить.

Суть же сводится к тому, что если на электрическую лампочку подать переменное напряжение с пиковыми значениями 310 вольт (самая верхняя и самая нижняя точки синусоиды), то на ней выделится такое же количества света и тепла, как если бы на лампочку подали постоянное напряжение 220 вольт. Это правило работает только в отношении синусоидальной формы напряжения, а поскольку в розетке присутствует именно оно, то и блоки питания электроприборов рассчитываются соответствующим образом.

Современные ИБП выпускаются в различных вариантах мощности, в том числе и с так называемой схемой двойного преобразования. В таких устройствах потребители электроэнергии — обычно дорогостоящие серверы — питаются от инвертора (а не от электросети), который преобразует напряжение аккумуляторов в необходимое. Маркетологи про такие ИБП говорят: «время переключения, равное нулю».

Поскольку в ИБП с двойным преобразованием аккумуляторы и инвертор включены постоянно, то при пропадании напряжения в сети напряжение на выходе источника питания не пропадет и на миллисекунду. Но и стоят такие устройства дороже из-за более сложной электронной начинки.

В обычных ИБП без двойного преобразования требуется несколько миллисекунд на подачу резервного напряжения потребителям. Телевизор или домашний компьютер этого не заметят, но для серверов, особенно ответственных за хранение данных, это может быть фатальным.

Реклама: ООО «Мерлион», 7719269331, erid: LjN8KYJs5