CC BY
84
УДК 621.316.5 ББК 31.264.25 К 43
Кириллов Геннадий Алексеевич
Кандидат технических наук, доцент, профессор кафедры электротехники и электрических машин Кубанского государственного технологического университета, доцент кафедры авиационного и радиоэлектронного оборудования Краснодарского высшего военного авиационного училища летчиков им. А.К. Серова, Краснодар, e-mail: kirillov.g.a@yandex.ru Кашин Яков Михайлович
Кандидат технических наук, доцент, зав. кафедрой электротехники и электрических машин Кубанского государственного технологического университета, профессор кафедры авиационного и радиоэлектронного оборудования Краснодарского высшего военного авиационного училища летчиков им. А.К. Серова, Краснодар, e-mail: jlms@mail.ru Шкода Валентин Васильевич
Доцент, кандидат педагогических наук, доцент кафедры физики и электротехники Краснодарского высшего военного авиационного училища летчиков им. А.К. Серова, Краснодар, e-mail: vshkoda@mail.ru
Комплектные распределительные устройства с элегазовой изоляцией
(Рецензирована)
Аннотация. Рассмотрены современные распределительные устройства с элегазовой изоляцией. Показаны их конструктивные особенности, достоинства и недостатки, а также рассмотрены вопросы их технического обслуживания.
Ключевые слова: распределительные устройства, ячейка, элегаз, выключатели, техническое обслуживание.
Kirillov Gennadiy Alekseevich
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Professor of the Department of Electrical Engineering and Electrical Machines, Kuban State University of Technology, Associate Professor of the Department of Aviation and Radioelectronic Equipment, Krasnodar Air Force Institute for Pilots named after A.K. Serov, Krasnodar, e-mail: kirillov.g.a@yandex.ru
Kashin Yakov Mikhaylovich
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Head of the Department of Electrical Engineering and Electrical Machines, Kuban State University of Technology, Professor of the Department of Aviation and Radio-electronic Equipment, Krasnodar Air Force Institute for Pilots named after A.K. Serov, Krasnodar, e-mail: jlms@mail.ru
Shkoda Valentin Vasilyevich
Associate Professor, Candidate of Pedagogy, Associate Professor of the Department of Physics and Electrical Engineering, Krasnodar Air Force Institute for Pilots named after A.K. Serov, Krasnodar, e-mail: vshkoda@mail.ru
Switchgears with SF6 insulation
Abstract. The paper considers the modern electrothermal gas insulated switchgears. Their design features, advantages and disadvantages, as well as issues of their maintenance are shown.
Keywords: switchgear, cell, electrothermal gas, switches, technical services.
Комплектные распределительные устройства представляют собой комплексы сооружений и оборудования, предназначенные для приема и распределения электрической энергии и состоящие из шкафов и соединительных элементов (шин, токопроводов). Все комплектные распределительные устройства можно классифицировать:
- по назначению: комплектные распределительные устройства (КРУ), комплектные трансформаторные подстанции (КТП);
- по условиям окружающей среды : внутренней установки, наружной установки;
- по климатическим условиям: для умеренного климата, тропического исполнения и холодостойкого исполнения;
- по конструктивному исполнению: выдвижного (выкатного) типа стационарные;
- по типу основного коммутационного аппарата: с масляными или с электромагнитными выключателями; с вакуумными выключателями; с элегазовыми выключателями; с вы-
ключателями нагрузки и предохранителями;
- по условиям обслуживания: одностороннего обслуживания (устанавливаемые к стене), двухстороннего обслуживания;
- по защищенности токоведущих частей: защищенного и открытого исполнения;
- по конструкции линейного вывода: с кабельными и воздушными выводами;
- по роду оперативного тока: на постоянном токе или на переменном токе;
- по условиям эксплуатации: водобрызгокаплезащищенные, пылезащищенные, герметичные и взрывозащищенные.
Комплектные устройства, кроме того, подразделяются: по номинальному напряжению, номинальному току, по схеме главных и вспомогательных соединений.
Особое место среди распределительных устройств занимают комплектные распределительные устройства с элегазовой изоляцией КРУЭ [1].
Применение элегаза ББб в качестве изоляции позволяет создать КРУ на высокие напряжения. Элегаз обладает высокими электроизоляционными и дугогасительными свойствами, не токсичен, не горит, не образует взрывоопасных смесей. Свойства элегаза положены в основу создания комплексов электрических аппаратов, образующих комплектные распределительные устройства с элегазовой изоляцией (КРУЭ).
КРУЭ по сравнению с РУ обычного типа имеют меньшие размеры, обладают большей устойчивостью к воздействиям окружающей среды, высокую эксплуатационную надежность и небольшие эксплуатационные расходы. На рисунке 1 показан общий вид КРУЭ с элегазовой изоляцией на напряжение 10 кВ [2].
1 'ж. ■1 i 1 ■ 1 1 1 ■■ '■i
1 1 i I ■ t •
1" 1 1 1 1 1 1 1 Ш^Ш Я
1 l^dyl ™ ■
1 ш т т Л * т - ¡в А L^li^-1--—"
Рис. 1. КРУЭ с элегазовой изоляцией 10 кВ
Область применения КРУЭ продолжает расширяться, несмотря на их стоимость, превышающую стоимость РУ обычного типа.
С учетом реальных цен и экономии затрат на эксплуатацию подстанции с КРУЭ будут иметь преимущество перед подстанциями обычного типа.
КРУЭ имеют еще одно достоинство - большую гибкость компоновочных решений при проектировании и расширении подстанции, поэтому совершенствование новой технологии элегазового оборудования продолжается.
Отечественные КРУЭ выполняют на напряжение 110 и 220 кВ. Комплектные элегазо-вые ячейки на напряжение 110 кВ предназначены для ЗРУ переменного тока частоты 50 Гц и имеют обозначение серии ЯЭ-110 (рис. 2). Внешние условия работы элегазовых ячеек определены климатическими факторами, наименьшим пределом рабочей температуры минус 5°С, высотой над уровнем моря не более 1000 м и в окружающей среде, не содержащей химически активных и взрывоопасных примесей. Номинальный ток сборных шин 1600 А. Номинальный ток отводов 1250 А. Термическая стойкость 50 кА.
Длительность тока термической стойкости: для заземлителей - 1 с, для остальных элементов 3 с. Избыточное давление элегаза при температуре 20°С 0,25 МПа. Утечка элегаза из ячейки 2% в год от массы элегаза [3].
Ячейки КРУЭ изготавливают из унифицированных деталей, что делает возможным сборку ячеек различного назначения из одних и тех же элементов. Каждый элемент оборудования заключают в герметизированную металлическую заземленную оболочку, необходимую
для сохранения изолирующей среды (элегаза) под определенным избыточным давлением.
Рис. 2. КРУЭ 110 кВ с газовой изоляцией с ячейками типа ЯТЭ-110Л/2500У2
Внутренние объемы оболочек нескольких таких элементов, работающих под одинаковым давлением, объединяют в секции. В целом КРУЭ секционированы по газу. Каждая секция имеет свою контрольно-измерительную газовую аппаратуру.
Электрическое соединение элементов оборудования в КРУЭ выполняется разъемным через многоламельный контакт одного элемента с токопроводящим стержнем другого. Исполнение КРУЭ отдельными элементами дает возможность демонтажа и ремонта любого элемента без демонтажа остальных.
Ячейка КРУЭ каждого типа состоит из трех одинаковых полюсов и шкафов управления, при этом три полюса могут быть скомпонованы так, чтобы образовывать ячейки с однополюсными или трехполюсными сборными шинами. Полюс ячейки КРУЭ 110 кВ типа ЯЭ-110Л - линейная ячейка с двумя системами шин и двумя кабельными вводами [3, 4].
Ячейка содержит выключатель с пневматическим приводом, разъединители с дистанционным пневматическим или электродвигательным приводом, стационарные заземлители с ручным приводом, токопровод, трансформаторы тока, кабельные вводы, полюсный и распределительный шкафы. Сборные шины расположены не пофазно, а заключены в общую оболочку, что придает компактность РУ.
Для удобства обслуживания элегазовые ячейки комплектуются заводом-изготовителем вспомогательными приспособлениями и оборудованием. Элегаз в выключателях всех типов и принципов выполняет одновременно роль изоляции и дугогасящей среды. В выключателях отечественного производства применяется автокомпрессионный принцип гашения дуги, основанный на перепаде давления, создающимся компрессионным устройством в самой дуго-гасительной камере. Для этого выключатель заполняется элегазом давления до 0,6 МПА, при этом обеспечивается надежность его действия при температурах до минус 40°С. Шинные и линейные разъединители предназначены для изоляции отдельных элементов элегазовой ячейки от смежных узлов и размещены в отдельных блоках. Заземлитель применяется для заземления ячейки при монтаже, эксплуатации и ремонте. В герметичном алюминиевом корпусе смонтированы заземляющий стержень, рычажный механизм и система скользящих кон- 216 -
тактов. Заземлитель имеет электромагнитный блокировочный замок, механический указатель положения и блок коммутирующих контактов. Цепи заземлителя выведены в полюсный шкаф. Заземлителем управляют при помощи рукоятки только вручную.
Трансформатор тока (ТТ) устанавливают в ячейках согласно условному обозначению серии ячейки, определяющей его назначение. В ячейках напряжением 110 кВ ТТ устанавливают с обеих сторон элегазового выключателя. Трансформаторы напряжения (ТН) устанавливают в отдельных ячейках либо в ячейках секционных или шиносоединительных выключателей. Обычно применяются ТН типа ЗНОГ-110.
ТН предназначен для питания цепей защиты, сигнализации и измерения. Полость трансформатора заполняется через вентиль элегазом с рабочим давлением 0,4 МПа при температуре 20°С. В схеме ячейки ЗНОГ герметично присоединяются к КРУЭ и допускают как вертикальную, так и горизонтальную установку.
В полюсном шкафу размещена газовая аппаратура, приборы контроля давления, ключи местного управления разъединителями.
В распределительном шкафу находится аппаратура цепей сигнализации, блокировки и электрического дистанционного управления элементами и пневматического управления приводами выключателя (каждый полюс выключателя имеет свой привод).
Ошибочные операции в КРУЭ исключены благодаря применению электрических и механических блокировок.
КРУ с элегазовой изоляцией имеет следующие достоинства: уменьшение требуемой площади в 10-15 раз, увеличение межремонтных периодов, полная автоматизация обслуживания, полная пожаро- и взрывобезопасность, биологическая безопасность для окружающей среды (отсутствие электрических и магнитных полей, низкий уровень шума, отсутствие радиопомех).
Недостатками являются относительно высокая стоимость элегаза, ограничение нижних рабочих температур окружающего воздуха, что приводит к необходимости установки КРУЭ в закрытых помещениях.
Техническое обслуживание элегазовых КРУЭ не требует особых затрат. При осмотрах проверяется общее состояние оборудования: отсутствие пыли, шума, треска. Проверяется работа аварийно-вытяжной вентиляции, температура воздуха в помещении РУ (она должна находиться в пределах 5-40°С), давление сжатого воздуха в резервуарах пневматических приводов выключателей (оно должно находиться в пределах 1,7-2,1 МПа), а также давление сжатого воздуха для пневмоприводов разъединителей (0,6 МПа), состояние заземляющих проводок и их контактных соединений.
Влажность элегаза в КРУЭ, элегазовых выключателей должна контролироваться первый раз не позднее чем через неделю после заполнения оборудования элегазом, а затем два раза в год (зимой и летом). Контроль концентрации элегаза в помещениях КРУЭ и ЗРУ производится с помощью специальных течеискателей на высоте 10-15 см от уровня пола [4-6].
Концентрация элегаза в помещении должна быть в пределах норм, указанных в инструкциях заводов-изготовителей аппаратов. Утечка элегаза в год не должна превышать 3 % от общей массы.
Важной задачей обслуживания КРУЭ является сохранение неизменным количества элегаза в оболочках с оборудованием. При утечках элегаза снижается электрическая прочность изоляционных промежутков. В случае утечки элегаза секция пополняется сухим элега-зом с помощью передвижной установки из баллонов с элегазом, которые через редуктор и влагопоглощающий фильтр подключаются через вентиль к секции.
КРУЭ практически не требуют технического обслуживания. Изоляция в них не теряет своих свойств из-за атмосферных загрязнений, что исключает необходимость периодической очистки изоляции. Такие элементы, как сборные шины, измерительные трансформаторы вообще не требуют ремонта. Интервалы между планово-предупредительными ремонтами коммутационных аппаратов, определяемые механической прочностью подвижных систем и свойствами деталей, подверженных старению, устанавливаются от 5 до 10 лет.
Элегазовое оборудование, установленное на подстанции, испытывается при подготовке к включению и во время эксплуатации.
Основным элементом элегазовых КРУЭ является элегазовый выключатель. Элегазовые выключатели напряжением 6-10 кВ серии LF производства Merlin Gerin, находящиеся в эксплуатации в электрических сетях России, достаточно надежны (имели место всего лишь 4 отказа в год на 10 тыс. выключателей) и долговечны в работе: они позволяют осуществить не менее 10 тыс. циклов «ВО» номинального тока и 40 отключений номинальных токов КЗ (25 кА) (рис. 3).
Рис. 3. Элегазовый выключатель серии ЬБ
В процессе эксплуатации таких выключателей не требуется осуществлять их техническое обслуживание в течение 10 лет или в течение 10 тыс. циклов «ВО» механического пружинного привода выключателя. Действие этого привода основано на аккумулировании энергии, необходимой для отключения и последующего включения выключателя. Обслуживание дугогасительной камеры выключателя не требуется в течение всего срока эксплуатации. Гарантированный срок эксплуатации элегазовых выключателей - 25 и более лет [4-6].
Элегазовые выключатели являются одним из самых современных типов высоковольтных выключателей и получают все более широкое применение в КРУ напряжением до 110— 220 кВ. В качестве дугогасительной, изолирующей и теплоотводящей среды в них применяется электротермический газ (элегаз) - шестифтористая сера 8Б6.
Элегаз обладает следующими достоинствами: он безвреден, химически неактивен, не горит и не поддерживает горение, обладает повышенной теплопроводностью, удачно сочетает в себе изоляционные и дугогасящие свойства и легкодоступен. Электрическая прочность элегаза в 2,5 раза выше прочности воздуха. Электрическая дуга частично разлагает элегаз. Основная масса продуктов разложения восстанавливается (рекомбинирует). Оставшаяся часть поглощается фильтрами-поглотителями, встроенными в резервуары выключателей. Продукты разложения, непоглощенные фильтрами, взаимодействуют с влагой, кислородом и парами металла и выпадают в выключателях в виде тонкого слоя порошка, который является хорошим диэлектриком.
Полюс элегазового выключателя представляет собой герметичный заземленный, заполненный сжатым воздухом металлический резервуар, в котором размещено дугогасительное устройство с элегазом.
В процессе обслуживания элегазовых выключателей персонал обязан следить за давлением элегаза в резервуарах выключателей, с тем, чтобы предотвратить чрезмерные утечки элегаза и снижение по этой причине электрической прочности изоляционных промежутков.
Контроль давления осуществляется по показаниям манометров и плотномеров. Плотномеры используются в случаях, когда температура окружающей среды изменяется в широких пределах, что затрудняет измерение давления.
При эксплуатации практически невозможно обеспечить абсолютную герметизацию резервуара, в связи с чем утечки элегаза неизбежны, но они не должны превышать 3% общей
массы в год. Проводить операции с выключателями при пониженном давлении элегаза не допускается.
При осмотрах выключателей проверяются: чистота наружной поверхности, отсутствие звуков электрических разрядов, треска, вибраций, работа приточно-вытяжной вентиляции, температура в помещении РУ (должна поддерживаться на уровне не ниже плюс 5°С), а также давление в резервуарах пневматических приводов выключателей (должно находиться в пределах 1,6-2,1 МПа).
Элегаз в пять раз тяжелее воздуха и при утечках скапливается в пониженных местах (на полу, в подвалах, траншеях, кабельных каналах). Персонал, находящийся в таких местах, почувствует недостаток кислорода и удушье. Безопасный уровень концентрации чистого (не загрязненного продуктами разложения) элегаза в помещении составляет порядка 0,1% (5000 мг/м3), а при кратковременном пребывании - до 1%. Поэтому проведение работ в помещениях РУ, где обнаружена утечка элегаза, может допускаться при включенной приточно-вытяжной вентиляции и применении средств индивидуальной защиты. Следует иметь в виду, что в продуктах разложения элегаза электрической дугой содержатся активные высокотоксичные фториды и сернистые соединения. Наличие продуктов разложения обнаруживается по неприятному запаху. Эти химические соединения в газообразном и твердом состоянии очень опасны для людей.
Примечания:
1. Васильева В.Я., Дробиков Т.Д., Лагутин В.Л. Эксплуатация электрооборудования электрических станций и подстанций: учеб. пособие. Уфа, 2013. 863 с.
2. Ячейка КРУ 6(10) кВ MCset 1-2-3. Shneider Elektrik. M., 2007. 64 с.
3. Ячейка ЯТЭ-110о/250042. Комплектное РУ НОКВ с элегазовой изоляцией. Техническая информация. Завод электротехнического оборудования «ЗЭТО», Великие Луки, 2015.
4. Контроль технического состояния электрооборудования распределительных устройств: монография / Г.А. Кириллов, Я.М. Кашин, А.Б. Варенов, Н.А. Суртаев, Е.Я. Коперский / под общ. ред. Г.А. Кириллова. Краснодар: ФГК ВОУ ВО «КВВАУЛ»: ФГБОУ ВО «КубГТУ»: Издательский Дом - Юг, 2018. 273 с.
5. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей. М.: ЭНАС, 2004. 168 с.
6. РД 34.45-51.300.97. Объем и нормы испытаний электрооборудования. 7-е изд. М.: ЭНАС, 2001. 256 с.
References:
1. Vasilyeva V.Ya, Drobikov T.D., Lagutin V.L. Operation of an electric equipment of electric stations and substations. Tutorial. UFA, 2013. 863 pp.
2. Cell complex Switchgear 6 (10) kV MCset 1-2-3. Shneider Elektrik. M., 2007. 64 pp.
3. Cell .^-110o/250042. Complete Switchgear NOKV electrothermal gas insulated. Technical information. Electrical equipment factory "ZETO", Velikie Luki, 2015.
4. Inspection of electrical switchgear: monograph / G.A. Kirillov, Ya.M. Kashin, A.B. Varenov, N.A. Surtaev, E.Ya. Kapersky / under the general e ditorship of G.A. Kirillov. Krasnodar: KVVAUL; KubSTU, Publishing House - Yug, 2018. 273 pp.
5. Rules of technical operation of electrical consumers. M.: ENAS, 2004. 168 pp.
6. RD 34.45-51.300.97. Volume and standards testing of electrical equipment. 7th ed. M.: ENAS, 2001. 256 pp.
