НАПРАВЛЕНИЯ МОДЕРНИЗАЦИИ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО КОММУТАЦИОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ

UPGRADE DIRECTIONS OF HIGH-VOLTAGE SWITCHING EQUIPMENT

Vasil Stenko

student, physics and technology faculty, Grodno State University named after Y. Kupala,

Republic of Belarus, Grodno

Irina Gavrilova

scientific director of the department “Electrical Engineering and Electronics”, Grodno State University named after Y. Kupala,

Republic of Belarus, Grodno

АННОТАЦИЯ

В статье рассматриваются направления совершенствования высоковольтных коммутационных аппаратов, представлены примеры достижений в этих направления на сегодняшний день и указаны перспективы дальнейшего развития коммутационных аппаратов.

ABSTRACT

The article considers the directions of improvement of high-voltage switching devices, presents examples of achievements in these directions to date and indicates prospects for further development of switching devices.

Ключевые слова: коммутационное оборудование; элементы коммутационного оборудования; привод; изоляторы; диэлектрические среды; «интеллектуальные» аппараты.

Keywords: switching equipment; elements of the switching equipment; drive; insulators; dielectric environments; "intelligent" devices.

К высоковольтному коммутационному оборудованию относят все аппараты, работающие на высоких напряжениях, которые автоматически или вручную осуществляют замыкание и размыкание контактов электрической цепи. Они являются одними из самых важных устройств любой станции и подстанции, обеспечивающие не только коммутацию, но и защиту электрических сетей от аварийной ситуации. Коммутационные аппараты были изобретены и стали использоваться в конце девятнадцатого века, за сто с лишним лет появилось много их разновидностей. Со временем менялись не только сами аппараты, но и требования к ним.

На сегодняшний день коммутационные аппараты должны соответствовать современным требованиям: надёжности, низким энергопотреблением, экологичности, малыми габаритами и уменьшенными затратами на материал [1, с. 196]. В связи с существующими требованиями компании по производству высоковольтного оборудования занимаются поиском новых решений в усовершенствовании коммутационного оборудования.

На данный момент ведутся разработки в направлении:

• изменение конструкции коммутационных аппаратов;
• совершенствование элементов оборудования;
• поиск новых диэлектрических сред;
• разработка систем для создания «интеллектуальных» аппаратов.

Рассмотрим подробно эти направления.

Изменение конструкции оборудования.

Основным поводом для изменения конструкций коммутационных аппаратов является уменьшение их габаритных размеров и, как следствие, уменьшения занимаемой ими площади на подстанции. Для этой цели проводятся разработки по объединению нескольких коммутационных аппаратов, выполняющие разные функции, в один. На данный момент существуют выключатели – разъединители, разъединители – заземлители, выключатели с прозрачными изоляторами [1, с. 200].

Наиболее перспективным в этом направлении является комплектные распределительные устройства (КРУ). В шкафу КРУ могут располагаться несколько коммутационных аппаратов, контрольно-измерительное оборудование, устройства защиты и автоматического управления. В зависимости от встраиваемого коммутационного оборудования КРУ могут иметь небольшие габариты.

Совершенствование частей оборудования.

Изменение коммутационных аппаратов происходит с совершенствованием его отдельных частей: привода, изоляторов, дугогасящих камер и др.

Согласно нынешним требованиям энергосбережения и надёжности современные приводы должны иметь низкое энергопотребление, цифровое управление, системы диагностики и мониторинга. Примером нового привода может служить Motor Drive™ 1.4, разработанный компанией АВВ. Он осуществляет автоматическое бесшумное управление. Имеет системы диагностики и мониторинга.  Надёжность работы привода обеспечивается благодаря его питанию от специальных высоковольтных конденсаторов [3].

Одним из развивающих направлений в улучшении элементов коммутационного оборудования – создание композиционных изоляторов. Применение новых материалов в производстве изоляторов проводится для создания более лёгких, не требующих обслуживания. Так, например, новые изоляторы из кремнийорганической резины. Этот материал обладает уникальными свойствами: гидрофобностью, стойкостью к УФ излучению. Благодаря тому, что вода не создаёт сплошной плёнки на изоляторе, они меньше подвержены загрязнению и ток утечки ниже, чем у фарфоровых и стеклянных изоляторах. Такие композиционные изоляторы могут применяться в самых тяжёлых климатических условиях, включая промышленно загрязнённые зоны [2, с. 85].

Поиск новой диэлектрической среды.

В качестве диэлектрической среды для выключателей напряжением выше 20 кВ используется в основном: элегаз, вакуум, масло, воздух. В течение последних 30 лет наибольшее распространение получили элегазовые выключатели. Однако элегаз (SF₆) был внесён в Киотский протокол ввиду пагубного его влияния на окружающую среду. Для решения экологической проблемы компания General Electric (GE) совместно с 3M разработала газовую смесь g³ («зелёный» газ для сети), который является альтернативой элегаза. Как утверждает GE, высоковольтное оборудование с g³ будет иметь те же характеристики и тот же размер, что и с газом SF₆, давая при этом на 98% меньше потенциала глобального потепления. Проведенные испытания и проверки g³ позволяют использовать газовую смесь для коммутационного оборудования напряжением от 72 кВ и выше [4].

Уже теперь элегазовые выключатели до напряжения 220 кВ заменяются экологически чистыми вакуумными, а с внедрением газовой смеси g³ возможна замена их свыше 220 кВ.

Создание системы автоматического управления.

В настоящее время все новые оборудования станций и подстанций оснащаются системами диагностики, мониторинга, автоматического управления и защиты. Аппараты, в которых объединены все эти системы, называют «интеллектуальными». Они практически не нуждаются в обслуживании. Системы «интеллектуальных» аппаратов выполняются на микропроцессорной технике. Измерительные аппараты и датчики посылают необходимую информацию о состоянии оборудования микропроцессору, который в соответствии с заданным алгоритмом выполняет необходимое управление, осуществляет диагностику составных частей оборудования. Также в систему входит функция защиты оборудования от опасных бросков тока и перенапряжения.

На качество работы системы значительное влияние оказывает современность используемых в оборудовании измерительных аппаратов, датчиков, приводов.

Заключение

Разработки в сфере энергетики, а именно нового коммутационного оборудования, продолжаются, и по сей день. Каждая компания стремится выпустить новую и качественную продукцию, соответствующую нынешним требованиям. Основной сложностью в создании новых коммутационных аппаратов является выполнении всех поставленных современных требований.

Перспективными направлениями дальнейшего развития коммутационного оборудования являются: создание многофункциональных аппаратов, применение новых материалов, внедрение новых диэлектрических сред, улучшение систем «интеллектуальных» аппаратов.

Установка современных коммутационных аппаратов на электростанциях и подстанциях позволит уменьшить не только затраты на эксплуатацию их, но и улучшить надёжность и безопасность электроэнергосистемы в целом.

Список литературы:

1. Бурман А.П, Розанов Ю.К., Шакарян Ю.Г. Управление потоками электроэнергии и повышение эффективности электроэнергетических систем: учеб. пособие. – М.: Издательский дом МЭИ, 2012. – 336 с.
2. Выключатели колонковые элегазовые АББ / Справочник покупателя. 2-е изд., 2004. – 100 с.
3. Привод Motor Drive TM 1.4. – инновационное и надёжное решение для цифровых подстанций [Электронный ресурс] / АВВ. URL: https://new.abb.com (дата обращения: 11.04.2020).
4. G3 – is GE’s green gas a perfect solution? [Электронный ресурс] / Power Technology. 18 July 2018. URL: https://www.power-technology.com (дата обращения: 17.04.2020).