Во второй половине ХХ века произошел качественный скачок в технологии высоковольтных коммутационных аппаратов. Именно тогда на смену масляным и воздушным пришли устройства, где в качестве изоляции и дугогасительной среды используется вакуум или элегаз.
В России и странах СНГ первые поставки комплектных распределительных устройств с элегазовой изоляцией были успешно реализованы в 1970-х годах. За десятилетия практического применения оборудование продемонстрировало высокие показатели надежности в таких областях, как:
- энергогенерирующие объекты;
- подстанции городских электросетей, работающие в условиях ограниченной территории;
- электростанции, построенные в регионах со сложными условиями окружающей среды. Это может быть суровый климат, высокая степень загрязненности воздуха, сейсмически активные зоны;
- мобильные ПС.
Использование элегаза SF6 в качестве изоляционного материала позволяет создать распределительные устройства на высокие напряжения. Электротехнический газ обладает высокими электроизоляционными и дугогасительными свойствами.
При рабочих давлениях и обычной температуре шестифтористая сера — это газ без цвета и запаха. Он не горюч, не токсичен, не образует взрывоопасных веществ, не «стареет» и не меняет своих свойств с течением времени. При электрическом разряде распадается, но быстро восстанавливается, возвращая первоначальную диэлектрическую прочность.
По сравнению с обычными распределительными устройствами КРУ с элегазовой изоляцией более компактны. Они обладают большей устойчивостью к воздействию внешних факторов. Им свойственна высокая эксплуатационная надежность и сравнительно невысокие эксплуатационные затраты.
Изначально КРУЭ предназначались для увеличения мощности подстанций в стесненных городских условиях и для установки на территории промышленных предприятий. В дальнейшем сфера их использования значительно расширилась. Это было связано с устойчивостью элегазовых устройств к воздействию неблагоприятных условий окружающей среды — загрязненной атмосферы, близости моря с его влажным соленым воздухом, высоких и низких температур.
Компактные габаритные размеры КРУЭ позволяют устанавливать такие устройства в зданиях подстанций. Помимо этого, они гармонично вписываются в ландшафт местности. Несмотря на то, что стоимость комплектных распределительных устройств с элегазовой изоляцией существенно выше цены РУ обычного типа, сфера их применения продолжает расширяться и дальше.
По оценкам аналитиков, полные затраты подстанций с распределительными устройствами разных типов примерно равны, поскольку высокая стоимость оборудования с элегазовой оболочкой компенсируется меньшими суммами затрат, которые связаны со строительно-монтажными работами и обустройством инженерных коммуникаций. Специалисты подсчитали, что строительство подстанций с КРУЭ позволяет в семь-восемь раз сократить расход металлоконструкций.
Учитывая реальные цены и экономию эксплуатационных затрат, подстанции с КРУЭ будут иметь преимущество перед ПС с обычными РУ. Ведь помимо этого они обладают еще одним весомым преимуществом — им свойственна гибкость компоновочных решений как на этапе проектирования, так и на стадии модернизации оборудования уже действующих подстанций. Поэтому разработки в сфере элегазового оборудования будут продолжаться.
КРУЭ российского производства выполняются на напряжение 110 и 220 кВ. Комплектные элегазовые ячейки на напряжение 110 кВ предназначены для закрытых распределительных устройств переменного тока частоты 50 Гц и имеют обозначение ЯЭ-100.
Установку таких ячеек вне помещений определяют:
· особенности климата;
· состояние окружающей среды, где не должно быть химически активных веществ и взрывоопасных примесей;
· требования к рабочей температуре, которая не должна быть ниже -5 °С;
· высота над уровнем моря не более 1 000 м.
Комплектные распределительные устройства с элегазовой изоляцией изготавливаются из унифицированных деталей. Это позволяет собирать ячейки различного назначения из одних и тех же компонентов. В их число входят:
- полюсы выключателей, разъединителей и заземлителей;
- измерительные трансформаторные установки тока и напряжения;
- соединительные и промежуточные отсеки;
- сильфонные компенсаторы;
- секции сборных шин;
- полюсные и распределительные шкафы;
- шкафы системы контроля давления;
- шкафы трансформаторов напряжения.
Каждый отдельно взятый компонент устанавливается в герметичную металлическую заземленную оболочку. Это необходимо для обеспечения сохранности элегаза в условиях избыточного давления. Такие оболочки изготавливаются из немагнитного металла, чтобы не допустить их нагревание переменным магнитным потоком.
Оболочки компонентов соединятся с уплотнителями, выполненными из синтетического каучука, этиленпропилена и других материалов. Внутренние объемы оболочек нескольких компонентов, работающих под одинаковым давлением, объединяют в секции.
В целом комплектные элегазовые устройства секционируются по газу, где в каждой ячейке устанавливается своя контрольно-измерительная газовая аппаратура. Сборка КРУЭ из отдельных элементов позволяет демонтировать и проводить ремонтные работы на каждом из таких компонентов без полной разборки устройства.
Комплектная распределительная элегазовая ячейка каждого типа состоит из трех одинаковых полюсов и шкафов управления. При этом полюса можно компоновать так, чтобы создавались ячейки с однополюсными или трехполюсными сборными шинами. Вероятность ошибочных операций исключена, поскольку КРУЭ оснащены механическими и электрическими блокировками.
В КРУ с элегазовой изоляцией на 220 кВ, в отличие от КРУЭ на 110 кВ, практикуется однофазное исполнение сборных шин. Каждая фаза располагается внутри заземленных, изготовленных из металла корпусов и фиксируется литыми эпоксидными изоляторами.
Комплектные распределительные устройства с элегазовой изоляцией практически не нуждаются в техническом обслуживании. Атмосферные загрязнения не оказывают влияния на свойства изоляционного материала, поэтому он не требует проведения профилактических работ и периодической очистки.
Такие компоненты, как измерительные трансформаторные установки и сборные шины, вообще не требуют проведения ремонтных работ. Интервалы между планово-предупредительными ремонтами коммутационного оборудования, которые определяются механической прочностью отдельных деталей, подверженных процессам «старения», устанавливаются сроком от пяти до 10 лет.
