НОВАЯ КОНСТРУКЦИЯ КОМПЛЕКТНОГО РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА 420 кВ С ЭЛЕГАЗОВОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ *
Р. БУРСМА, Р. ДЕЛЬСИНГ, X. СИДЛЕР (Нидерланды)
* R. Boersma, R. Delsing, Н. Sidler. New SFe design for 420 kV metal-clad switchgear. СИГРЭ, сессия 1972 г., доклад 23-09. Перевод с английского А. И. Гершенгорна.
ВВЕДЕНИЕ
В докладе рассматриваются исходные положения конструирования и новая конструкция КРУ 420 кВ. Однако обсуждаемые вопросы могут быть полезны при конструировании КРУ на более высокие напряжения.
При рассмотрении возможных исполнений распределительных устройств (РУ) осуществимы четыре решения: обычный тип наружной (1а) или внутренней (16) установки, КРУ наружной (2а) или внутренней (26) установки. Представляются, что если можно технически осуществить решение (1а), ему следует отдать предпочтение, не рассматривая другие критерии.
Для напряжений 420 кВ и более решение 16 отпадает из-за громадного здания с очень большим пролетом кровельного перекрытия, создание которого как технически, так и экономически почти невозможно.
Новая конструкция КРУ предназначается для внутренней установки. Ниже разъясняются мотивы, которые привели к этому решению.
Факторы, определяющие размеры КРУ
Газообразная изоляция. Использование элегаза определяется относительно высокой температурой, при которой возникает конденсация. Чем выше самая низкая зарегистрированная температура окружающей среды, тем большая плотность элегаза может быть допущена, что обусловливает более высокие выдерживаемые градиенты напряжения.
На рис. 1 показана зависимость выдерживаемого градиента напряжения и температуры конденсации от плотности газа. На графике дан низший предел допустимой окружающей температуры. На рис. 2 приведено семейство кривых, показывающих соотношение между температурой и давлением для различных значений плотности газа.
Минимальные размеры кожуха, расположенного концентрически вокруг токопровода, могут быть определены с помощью формулы для градиента напряжений. В этом случае отношение между диаметрами будет равно е (2.7).
Результаты расчета, основанного на графиках рис. 1, показаны на рис. 3. При оценке выдерживаемого градиента в настоящее время принимается во внимание разброс, обусловленный практическими системами регулирования плотности газа. Из рис. 3 видно заметное влияние фактической минимальной температуры на минимально допустимый диаметр кожуха.
Твердая изоляция.
В КРУ токопроводы изолированы от кожуха газообразной средой, а также in одерживающей твердой изоляцией. Возможность поддержания высоких градиентов напряжения в газе ограничена из-за того, что ограничены градиенты в литой смоле три номинальном напряжении. Сейчас максимальный допустимый градиент при номинальном напряжении (действующее значение) составляет 3 кВ/мм.
В приведенных ниже расчетах соотношение между диаметрами кожуха и токопровода принято равным е=2,7.
Представляется возможным, меняя форму изоляторов, управлять полем, чтобы максимальный градиент в изоляционном материале мог быть доведен до 1,2 среднего.
При номинальном напряжении Uном градиент в изоляционном материале будет Еном:
Рис. 2. Зависимость давления от температуры при различных плотностях элегаза.
Рис. 1. Зависимости выдерживаемого градиента напряжения элегаза Е при квазиоднородных электрических полях (при импульсных испытательных напряжениях) и температуры конденсации от плотности газа.
где U ном—действующее значение номинального междуфазного напряжения, кВ; D — диаметр кожуха, мм; d — диаметр токопровода, мм.
Так как D=2,7 d, уравнение принимает вид: 
Если подставить Еном = 3 кВ/мм, то D =0,73Uном. Это означает, что диаметр кожуха в точке размещения изоляционной опоры должен быть не меньше 0,7. Уменьшение диаметра в других местах неэффективно с конструктивной точки зрения. Для КРУ 420 кВ минимальный размер кожуха D = = 200 мм.
Рис. 3. Зависимость минимального диаметра кожуха для изолирующей системы с элегазом от самой низкой окружающей температуры при различных импульсных напряжениях.
Для газа это означает, что при импульсном уровне изоляции 1 550 кВ плотность должна быть равна 48 г/л, что соответствует температуре конденсации —25 °С. Давление при 20 °С равно 8 бар. Поэтому нет препятствий к решению о наружной установке, если нет необходимости по соображениям изоляции, условий отключения тока или привода превысить давление ~8 бар (без подогрева).
Напряжения, выдерживаемые при отклонениях от нормального давления
При системах с газообразной изоляцией вполне возможно, что из-за механических повреждений с течением времени появляются утечки. При этих условиях неизвестно, какие рабочие напряжения или коммутационные перенапряжения сможет выдержать изоляция.
Соблюдение таких чрезмерных требований сказывается на размерах изолирующей системы и, следовательно, всей установки. Могут рассматриваться несколько возможностей:
- Весь элегаз заменен атмосферным воздухом; изоляция должна выдержать коммутационные перенапряжения.
Чтобы появилась такая утечка, отверстие должно быть очень большим и находиться в таком месте, чтобы весь элегаз (который тяжелее воздуха) мог выйти из отсека. При напряжении 420 кВ перенапряжения (амплитудное значение), которым подвергается выключатель в сети, могут достигать 775 кВ, половины импульсного
уровня 1 550 кВ, рекомендованного в настоящее время МЭК. Так как допустимый градиент напряжения для воздуха составляет 2 кВ/мм, диаметр кожуха должен быть равен 2 000 мм.
Для данного импульсного напряжения выдерживаемый градиент должен быть равен 4 кВ/мм. Такими изоляционными свойствами обладает элегаз уже при давлении 1 бар (при 20 °С). Очевидно, что если выполнить это требование, то размеры окажутся неприемлемыми. Увеличение электрической прочности элегаза при высоком давлении не помогает достижению небольших размеров, что в конце концов является главной целью.
2. Давление элегаза падает до 1 бар; требуется, чтобы изоляция выдерживала коммутационные перенапряжения. Предполагаемая утечка мала, и поэтому давление может только медленно снижаться до 1 бар, так что отсек остается целиком заполненным элегазом. В этом случае кожух должен иметь диаметр 840 мм. Для выдерживания импульсного напряжения достаточно давления 2 бар. Однако эти значения диаметра и давления не являются оптимальными.
Хотя с точки зрения эксплуатации может казаться целесообразным требовать, чтобы коммутационные перенапряжения выдерживались при атмосферном давлении, выполнение этого ведет к неэкономичным конструкциям КРУ очень высоких напряжений. Однако при надежной конструкции с соответствующими уплотнениями можно добиться того, чтобы утечка была очень мала. В этом случае давление будет снижаться медленно.
Поэтому можно оптимизировать конструкцию при условии, что обеспечивается импульсная прочность, и предусмотреть сигнализацию о снижении давления (или плотности газа) до уровня, при котором прочность изоляции при коммутационных перенапряжениях может нарушиться.
