З початку 80-х років минулого століття стався якісний стрибок в технології високовольтних комутаційних апаратів: на зміну масляним і повітряним прийшли вимикачі з використанням в якості ізоляційної і дугогасительной середовища вакууму або газоподібної шестифтористой сірки - елегазу.
Що стосується вимикачів високого, надвисокого і ультрависокої напруги (110-1150 кВ), то елегазові вимикачі в технічно розвинених країнах практично витіснили всі інші типи апаратів.
Слід зазначити, що існують дві великі проблеми розвитку комутаційної апаратури високої напруги - створення нових більш досконалих конструкцій і визначення долі знаходяться тривалий час в експлуатації (і часто застарілих) апаратів. Рішенням цих проблем визначається сучасний стан світового і вітчизняного комутаційного обладнання.
Інтенсивне використання вакуумної та елегазової апаратури обумовлено тим, що поки не знайдено способів ефективного дугогашенія, здатних конкурувати з дугогашенія в елегазі або вакуумі. Чи не отримано і нових видів діелектриків, з електроізоляційних, дугогасних і експлуатаційних властивостей переважаючих елегаз або вакуум.
Основні переваги елегазового обладнання визначаються унікальними фізико-хімічними властивостями елегазу. При правильній експлуатації елегаз не старіє і не вимагає такого ретельного догляду за собою, як масло.
Елегазові обладнанню також притаманні: компактність; великі межревізіонние терміни, аж до відсутності експлуатаційного обслуговування протягом всього терміну служби; широкий діапазон номінальних напруг (6-1150 кВ); пожежна безпека і підвищена безпека обслуговування.
міцності проміжків (до 15 мм), максимальною швидкістю відновлення електричної міцності при відключенні струмів, мінімальними масою рухомих частин і енергією приводу, мінімальними габаритами і масою апарату в цілому, максимальним ресурсом. Вакуумні вимикачі можуть застосовуватися лише на напруги до 35 кВ включно. Це пояснюється малим ходом контактів вакуумних вимикачів через наявність сильфона. Якщо застосовувати вакуумні вимикачі на напругу вище 35 кВ, то необхідно з'єднувати послідовно кілька камер.
Провідні зарубіжні фірми практично повністю перейшли на випуск комплектних розподільних пристроїв з елегазової ізоляцією (КРУЕ) і елегазових вимикачів для відкритих розподільчих пристроїв на класи напруги 110 кВ і вище, а також вакуумних вимикачів на напругу 6-35 кВ (з деякою часткою елегазових вимикачів і КРУЕ ).
Застосування елегазової або вакуумної апаратури на середні класи напруги визначається як історичними умовами створення технологічних баз, так і техніко-економічними показниками при виробництві та експлуатації. Кожне із зазначених видів обладнання має свої переваги. Якщо вакуумні апарати вимагають менш потужних приводів і мають, як правило, більш високий комутаційний ресурс, то елегазові вимикачі при комутаціях створюють менші перенапруги і, відповідно, полегшують роботу ізоляції іншого енергетичного обладнання. Малий хід і швидкість контактів вакуумних вимикачів є як їх недоліком, так і перевагою, яке полягає в можливості застосування легких, невеликих пружинних або електромагнітних приводів. Елегазові обладнання середнього класу напруги традиційно віддають перевагу у Франції, Італії, країнах Скандинавії та Іспанії, вакуумному - в Німеччині, Великобританії, Японії.
При виборі елегазової або вакуумної апаратури вирішальне значення можуть мати умови, в яких працюють апарати. Наприклад, елегазові апарати кращі для застосування в колах електродвигунів обмеженою потужності при порівняно невеликих довжинах сполучних кабелів, а також в якості вимикачів навантаження (в тому числі в складі КРПЕ). Вакуумні вимикачі особливо ефективні там, де необхідні часті комутації і великий ресурс. Перевагою вакуумних вимикачів перед елегазовими є простота конструкції. Істотним недоліком елегазових вимикачів є висока температура зниження елегазу (при тиску 1,5 Мпа вона становить всього 60С (рис.5) таким чином, в елегазових вимикачах з високим тиском гасить середовища необхідно передбачити автоматичні підігрівачі.
В цілому можна вважати, що частка елегазового обладнання на середні класи напруги на світовому ринку стійко становить 20-30% всіх комутаційних апаратів. Крім обмеженою області застосування вакуумних вимикачів по номінальній напрузі, не існує інших серйозних причин, що обмежують застосування елегазових і вакуумних вимикачів.
Фірми, що працюють в області комутаційної апаратури, періодично оновлюють номенклатуру своїх виробів, розробляють апарати нових поколінь з метою підвищення їх надійності та ресурсу, зменшення габаритів матеріаломісткості.
Ресурс кращих вакуумних вимикачів сягає нині 40-50 тис. При комутації номінального струму і 100 операцій при комутації номінального струму відключення, міжремонтний період елегазових вимикачів становить 15 років. При цьому габарити і матеріаломісткість апаратів при збереженні основних параметрів і підвищення надійності.
Рівень розробок елегазового обладнання в Росії наближається до кращих світових зразків, особливо тих, які виконані в рамках міжнародних проектів: ВЕІ - Корейська електротехнологічний інститут (Республіка Корея); ВЕІ - «Кромптон Грівз» (Індія); НІІВА- "Хенде" (Республіка Корея); ВЕІ - «Самсунг» (Республіка Корея). Високий науковий потенціал, тривалий досвід успішної роботи в області елегазової апаратури дозволяють створювати сучасне високоефективне комутаційне обладнання.
У той же час слід звернути увагу і на відставання Російської Федерації від провідних в технічному відношенні країн в освоєнні виробництва елегазової апаратури. Відставання викликано перш за все загальним спадом виробництва і уповільненим темпом розвитку енергосистем за минулі 20 років. Тому найважливішими завданнями розвитку елегазової апаратури в Росії з урахуванням основних світових тенденцій є:
- ліквідація відставання в забезпеченні енергетичних систем сучасним комутаційним обладнанням при одночасному поліпшенні масогабаритних характеристик апаратів, зниженні їх вартості, підвищення надійності;
- розробка цифрових систем управління, діагностики і моніторингу апаратів;
- розробка систем і методів прогнозування терміну служби комутаційного обладнання;
- розробка вимикачів з синхронним включенням.
В останні роки побоювання викликала можлива екологічна небезпека елегазу. У зв'язку з цим слід зазначити, що незважаючи на приналежність до ряду фторидів, елегаз не включений в перелік речовин, які підлягають забороні або обмеженню в застосуванні. Крім того, загальний внесок елегазу в парниковий ефект атмосфери становить не більше 0,2% (частка елегазу електротехнічного обладнання значно менше).
Незважаючи на очевидні переваги елегазових і вакуумних апаратів, повний перехід на їх використання займає не один рік і не одне десятиліття. При постійному зростаючому впровадженні сучасної апаратури в експлуатації залишається ще чимало застарілих апаратів.
В останні 20 років у світі не вводилося в експлуатацію практично ніяких інших вимикачів на напругу 63 кВ і вище, крім елегазових. Якщо аналізувати склад вимикачів з віком від 10 до 20 років, то серед них явно переважають елегазові (крім елегазових, в останнє десятиліття було введено ще приблизно 30% маломасляних вимикачів). І тільки серед вимикачів з віком від 20 до 30 років елегазових менше, ніж маломасляних і повітряних, але більше ніж бакових масляних.
Розподіл за типами вимикачів в Росії не відповідає спостережуваним в світі тенденціям. Так, серед вимикачів на напругу 110 кВ і вище переважають бакові масляні вимикачі, а число елегазових становить менше 1%. Розподіл вимикачів в енергосистемах Росії за типами дуже схоже на вигляд розподілу в світі вимикачів з віком понад 30 років.
Можна зробити висновок, що за ступенем оснащеності сучасними вимикачами російські енергосистеми відстають від зарубіжних приблизно на 30 років. Причому продовжують перебувати в експлуатації вимикачі, конструкція яких застаріла дуже давно (повітряних вимикачів серій ВВН, ВВШ, ВВ, масляних бакових вимикачів типу МКП і ін.).
Елегазові вимикачі знайшли широке застосування в КРПЕ, в яких елегаз використовується для ізоляції. З вітчизняних виробників широко відомо НВО «Електроапарат», яке розробило для КРПЕ серію елегазових вимикачів на напруги 110 і 220 кВ з високими технічними характеристиками.
Незважаючи на те, що серійне виробництво КРПЕ в Росії освоєно з 70-х років, масштаби застосування КРПЕ у нас в країні також поки не відповідають світовим тенденціям - встановлено всього близько 350 осередків КРПЕ на напругу від 110 до 220 кВ, в той час як, наприклад, в Японії в той же самий період випущено близько 7000 осередків КРПЕ на напругу від 77 до 800 кВ.
З іншого боку, в Росії КРПЕ розроблені на весь спектр номінальних напруг і фактично створені комплектно-розподільні пристрої третього покоління. На жаль, велика частина цих розробок реалізована тільки в рамках міжнародних контрактів. Зміна поколінь КРПЕ, як правило, відбувається не рідше, ніж в 6-8 років.
До особливостей останнього покоління КРПЕ можна віднести:
- число контактних пар вимикачів аж до напруги 362 кВ не більше одного, а до напруги 800 кВ - не більше двох;
- струмивідключення вимикачів - до 63 ка, номінальні струми - до 8000А;
- застосування дугогасильних пристроїв з комбінованим принципом гасіння дуги;
- постачання КРПЕ швидкодіючими заземлювачами на лінійних висновках;
- забезпечення КРПЕ системами діагностики практично всіх найважливіших характеристик;
- домінуюче використання в елегазових вимикачах автономних приводів - пружинних і гідравлічних.
Такі елегазові комутаційні апарати нового покоління створені усіма провідними фірмами, в тому числі ВЕІ (КРПЕ-170 кВ нового покоління спільно з фірмою «Самсунг») і Науково-дослідним інститутом високовольтного апаратобудування (С.Петербург). На «Уралелектротяжмаш» освоєно виробництво сучасних елегазових вимикачів колонкового типу з пружинним приводом на напругу 110-220 кВ.
Ситуація з розвитком і впровадженням вакуумної комутаційної апаратури в Росії більш сприятлива. Вакуумна апаратура має розвинену виробничу базу і стабільний серійний випуск вже багато років. Великий внесок у її освоєння вніс родоначальник цього напряму - ВЕІ. Розроблено і випускається вся гама апаратів середніх напруг (до 110 кВ), що користується підвищеним попитом у споживача. Серійний випуск вакуумного апаратури почався ще в 70-і роки, коли був побудований і запущений Минусинский завод вакуумних вимикачів (МЗВВ). В даний час кілька заводів серійно випускають ВДК і більше десятка - вакуумні вимикачі.
Знаходяться в експлуатації морально і фізично застарілі вимикачі створюють багато проблем.
За даними РАО ЄЕС 15% всіх вимикачів високої напруги не відповідають умовам експлуатації; знос підстанційного обладнання перевищує 50%. Більше третини повітряних вимикачів 330-750 кВ, що становлять основу комутаційного обладнання міжсистемних електромереж, має термін служби більше 20-ти і навіть 30-ти років. Аналогічна ситуація з комутаційним обладнанням на напругу 110-220 кВ.
Застарілі вимикачі і системи їх забезпечення вимагають великих експлуатаційних витрат.
На світовому ринку до 2010 р не проглядається альтернативи елегазовим і вакуумним вимикачів. Тому тривають роботи щодо їх вдосконалення.
Застосовується комбінація автопневматіческого способу гасіння і, що отримав в справжні роки широке поширення, способу автогенерации тиску в елегазових вимикачах. Це дозволяє зменшити енергоємність приводу і робить можливим застосування економічного та надійного пружинного приводу для елегазових вимикачів напругою 245 кВ і вище.
Підвищення ефективності гасіння дуги дає можливість збільшити напругу на один розрив вимикача до 360-550 кВ.
Проводяться роботи щодо подальшого вдосконалення контактних систем ВДК, пошуку оптимального розподілу магнітного поля для ефективного гасіння вакуумної дуги і зменшення діаметра камер. Тривають роботи зі створення ВДК на напругу понад 35 кВ (110 кВ і вище) для вакуумних вимикачів високої напруги.
Вакуумна апаратура починає використовуватися на низькій напрузі (1140 В і нижче), причому не тільки у вигляді контакторів, але і вимикачів, апаратів управління.
Проводяться роботи по заміні елегазу на суміші його з іншими газами, а також використання інших газів.
Рівень розробок елегазової і вакуумної апаратури в основному задовольняє вимогам споживача.
На сьогодні обсяг подачі на російському ринку закордонної елегазової апаратури значно перевершує обсяг продажів вітчизняних апаратів. Російським виробникам все важче конкурувати із зарубіжними через технологічну відсталість і відсутність коштів на технічне переобладнання.
джерело: forca.ru
