Поиск по сайту
Начало >> Статьи >> Эволюция распределения энергии

Эволюция распределения энергии

Технология распределения электроэнергии среднего напряжения является ключевым элементом  электрической сети.

  Хотя технология постоянного тока испытывает возрождение в отдельных применениях, таких как центры обработки данных, переменный ток сегодня является основным выбором при распределении электрической энергии. Последние примеры применения постоянного тока в распределении электроэнергии продержались до середины прошлого столетия.
С реализацией в прошлом столетии первых высоковольтных линий передачи переменного тока начали появляться сегодняшние энергетические сети. Вблизи мест потребления напряжение понижается (трансформируется) от высокого напряжения, вырабатываемого генераторами, к напряжению среднего уровня (от 1 до 52 кВ). Крупные промышленные пользователи могут потреблять электроэнергию непосредственно на этих уровнях, но бытовое потребление требуют дальнейшего понижения напряжения до нескольких сотен вольт.
Для сохранения надежности и безопасности, современные сети распределения среднего напряжения переменного тока, используют многочисленные технологии. Эти технологии покрывают такие аспекты, как проводимость тока, электрическая изоляция, операции переключения, защиту, способности управления и прерывания при любых отказах сети. Следствием является использование следующего оборудования:
- Оборудования, выполняющего переключения, как для нормальных ситуаций, так и в случае любых аварийных условиях.
- Оборудования защиты и управления для надзора за сетью, и активацией подходящего распределительного оборудования в нормальных и аварийных ситуациях.
- Измерительного оборудования для напряжения и тока.
- Распределительное оборудование для использования устройств переключений, защиты, управления и измерения.

Распределительное оборудование, использующее газ SF6, появилось на рынке в начале 1980-х годов. Оно было представлено компанией АВВ, как трехфазовая конструкция.

 Баковый масляный выключатель

Рисунок 1. Баковый масляный выключатель
Выключатель Calor Emag

Рисунок 2. Выключатель Calor Emag с минимальным объемом масла OD4 на 20 кВ (1976)

История и развитие распределительного оборудования

  Первые установки распределительных устройств сетей среднего напряжения упоминаются в литературе в 1900 году. Вначале, конструкция была очень простой и фокусировалась исключительно на технической функциональности. Вопросы безопасности и воздействия на окружающую среду тогда привлекали мало интереса.
По мере роста опыта эксплуатации, конструкция и параметры оптимизации распределительного оборудования значительно изменились. Например, подвергающиеся воздействию электричества (при потенциале среднего напряжения) части оборудования стали заключаться в металл, чтобы оградить персонал от них, и от опасности, возникающей при отказе оборудования. Это эволюционировало в сегодняшний стандарт дугостойкого оборудования. Еще одним важным шагом развития стало применение фарфоровых (в последствие, эпоксидных) изоляторов.

Самая новая, доминирующая сегодня технология прерывания среднего напряжения основана на вакуумных методах.

  Одним из аспектов, претерпевших незначительные изменения, является изолирующий газ. Сегодня, большинство распределительных устройств по всему миру использует воздух в качестве изолирующей среды. Однако в начале 1980-х годов на рынке появилось распределительное оборудование, использующее элегаз (шестифтористую серу). Компания АВВ предложила трехфазную конструкцию, а компания Siemens - однофазную. Трехфазный подход позволяет создавать более компактное оборудование, по сравнению с однофазными конструкциями, и эта технология сегодня используется большинством производителей по всему миру.
Сегодняшние распределительные устройства, как на основе воздушной изоляции, так и на основе элегаза, прошли большой путь оптимизации по отношению к функциональности, безопасности персонала, надежности и воздействия на окружающую среду. Выбор между КРУЭ и коммутационным оборудованием с воздушной изоляцией зависит от конкретных требований потребителя.

Коммутационное оборудование среднего напряжения

  Вначале, предпочитаемая технология прерывания тока среднего напряжения основывалась на технике обдувания воздухом. Выключатели с воздушным обдувом использовали либо осевой, либо радиальный поток воздуха для деформирования, охлаждения или растяжения дуги, что приводило к ее гашению. При дальнейшей модернизации, потоки воздуха использовались для расщепления дуги, чтобы увеличить ее напряжение, и облегчить гашение. Данный тип выключателя нуждался в сжатом воздухе под давлением в 100 бар, и дополнительном оборудовании - компрессорах, емкостях высокого давления, быстрых вентилях и трубопроводах.
Следующим этапом развития в приложениях, связанных со средним напряжением, стало появление масляных выключателей. Первое поколение таких выключателей - резервуарные масляные выключатели - состояли из стальной емкости, наполненной маслом, в которой дуга возникала и прерывалась между двумя простыми контактами. Эти устройства имели очень ограниченные возможности прерывания (примерно, 15 кВ и 200 А), и характеризовались высоким риском взрыва. Затем, вокруг прерывающих контактов стали размешаться трубы, обеспечивающие формирование потока масла. При помощи такого оборудования можно было прерывать значительно больший ток (до 50 кА). В качестве побочного эффекта удалось значительно снизить необходимо количество масла, что и привело к появлению выключателя с минимальным количеством масла, который весьма успешно использовался до 1970-х годов.

Эволюция дугогасительных камер
Рисунок 3. Эволюция дугогасительных камер

Выключатель VD4 
Рисунок 4a. Выключатель VD4 для применения в помещениях

Выключатель OVB-VBF 
Рисунок 4b.  Выключатель OVB-VBF для применения вне помещений

  Следующее поколение технологии выключателей среднего напряжения основано на использовании SF6. После того, как в 1851 году компанией Westinghouse был подан патент на элегазовый выключатель, потребовалось примерно еще 10 лет, чтобы первые такие выключатели появились на рынке. Эта технология прерывания тока началась с двух довольно объемных систем давления, требующих наличие резервуара с газом, находящимся под большим давлением, что несколько напоминало выключатели с воздушным обдувом. Затем (примерно в 1970 году) появились выключатели с распылением, рабочий механизм которых во время прерывания использовал элегаз под высоким давлением, создаваемым двигающимся плунжером. Наконец, в 1980-х годах был предложен самообдувающий выключатель. В нем давление для обдува создавалось за счет энергии самой дуги, повышая эффективность рабочего механизма.
Последняя, и доминирующая сегодня технология прерывания тока среднего напряжения, основана на вакуумной технике. Для обеспечения возможности такого подхода должны были появиться и достичь промышленной зрелости такие составляющие технологии, как глиноземная керамика, бескислородная медь, производство в помещениях высокой степени чистоты, пайка твердым припоем, и технология хромирования медных контактов. В 1982 году компания АВВ предложила прерыватель, названный VC1 (24 кВ / 25 кА), использующий эту технологию. Технология производства прошла быстрое развитие от ручной сварки фланцев и откачки вакуумной трубы диффузионными насосами, до одношаговой сварки в высокотемпературной печи с созданием вакуума турбомолекулярными насосами. Сегодня АВВ использует технологию спиралевидных контактов для выпуска устройств с номинальным током короткого замыкания до 63 кА.

Защита и управление

  Компания АВВ, и ее предшественники, ASEA, BBC, Westinghouse, ITE и Stromberg, за последние десятилетия сыграли важную роль в развитии защиты и управления средним напряжением. Для этого разрабатывались методы изоляции работающего со сбоями оборудования, и минимизации перерывов электроснабжения. Ранние устройства представляли собой электромеханические реле и полупроводниковые (статические) реле, выполняющие единственную функцию. Для различных электромеханических потребностей использовались различные типы конструкции устройств, и основными применяемыми принципами были электромагнитное притяжение, электромагнитная индукция, и полупроводниковая электроника.
В течение 1970-х годов заметный прогресс аппаратного и программного обеспечения привел к созданию первого коммерческого реле, использующего микропроцессор (1979 год). Цифровые реле, которые можно было найти на рынке в 1980-х годах, были реле с самыми основными функциями, объединяющие в себе аналоговые и цифровые технологии. Они предлагали экономически обоснованную, но не очень адекватную функциональность. Дальнейший прогресс привел к появлению в конце 1980-х годов многофункциональных реле. Это дало возможность значительно улучшить защиту и управление электрических сетей.
Компания АВВ заняла ведущее место в стандартизации, проложив дорогу следующему поколению реле. Например, стандарт IEC 61850, представляющий современное состояние в области реле для передачи и распределения электроэнергии, был разработан и согласован при большом участии со стороны АВВ. Затем, в 2007 году, было выпущено первое реле ABB Relion для приложений распределения энергии, способное к коммуникациям по протоколу IEC 61850. Сегодня стандарт IEC 61850 обеспечивает будущее коммуникаций реле, и дает чувствительные преимущества при проектировании распределительных устройств, при их установке и эксплуатации. Новое поколение коммутационного оборудования UniGear компании АВВ (UniGear Digital) полностью используют эту технологию для увеличения гибкости и ценности для потребителей распределительных устройств.

Реле серии АВВ Relion 615 

Рисунок 5 Реле серии АВВ Relion 615 для защиты и управления

  Реле развились от простых устройств защиты в интеллектуальные электронные устройства, способные выполнять функции контроля, автоматизации и коммуникации. Используемое в них программное и аппаратное обеспечение конфигурируется программным путем, и интегрируется в системы распределенного управления.

Измерения и датчики

Технология измерения напряжений и тока также подверглась изменению. Самые первые инструментальные трансформаторы имели в своем составе магнитопровод из железа, первичную и вторичную обмотки, изолирующее масло, и фарфоровые выводы. Чтобы избавиться от масла, и получить более компактное оборудование, в начале 1960-х годов начали использоваться трансформаторы с изоляцией из литьевой смолы. В течение десятилетий, АВВ и ее предшественники оказали большое влияние на прогресс измерительных трансформаторов, предназначенных для работы, как в помещениях, так и вне помещений. Компании Westinghouse и ABB предложили смеси алифатических смол для применения в помещениях. В 2005 году АВВ стала первых производителем, предложившей гидрофобную смолу с циклоалифатическим отвердителем для применения вне помещений.
Сегодня, конструкция и технология устройств измерения напряжений и токов в большой степени зависят от подключаемого устройства, и от дополнительной информации, которую должен предоставлять инструментальный трансформатор. В этом отношении, все более популярными становятся датчики (которые также иногда называются электронными инструментальными трансформаторами или независимыми датчиками низкой мощности). Измерения тока у них обычно основаны на принципе Роговски, а датчики напряжения могут быть либо резистивными, либо емкостными. Применение датчиков может давать определенные технические преимущества в терминах линейности, веса, безопасности (они не имеют феррорезонанса), и экономии места. Вместе с интеллектуальными электронными устройствами, датчики предлагают очень интересную технологическую альтернативу, создавая новую ценность для потребителей в дополнение к традиционным инструментальным трансформаторам.

  Основные характеристики

  Четырьмя основными характеристиками распределительного оборудования и подстанций среднего напряжения являются: безопасность, надежность, пониженное воздействие на окружающую среду, и интеллект. Развитие технологий постоянно улучшают безопасность персонала. Примерами могут служить: сверхбыстрые заземляющие выключатели, работающие вместе с быстрыми реле защиты; датчики, не имеющие феррорезонанса; оптимизированные коммутационные устройства, использующие современные технологии моделирования; и новые материалы, имеющие прекрасное поведение воспламеняемости. Оптимизированный дизайн панели коммутационных устройств также делает их эксплуатацию более безопасной. Благодаря высокопроизводительным выключателям и оборудованию, изготавливаемому посредством производственных процессов высокого качества, увеличивается надежность. Новые материалы оказывают меньшее воздействие на окружающую среду, а современная конструкция LED обеспечивает улучшенную функциональность защиты, управления, коммуникаций и контроля оборудования вместе с оптимизированным человеко-машинным интерфейсом.

 
« Человеческий фактор, и опасности, связанные с оборудованием   Эксплуатация состояния управляемых подмагничиванием шунтирующих реакторов »
Карта сайта + все метки | Контакты
© Электроэнергетика При перепечатке и цитировании активная гиперссылка на сайт обязательна.