Гексафторид серы (элегаз, SF6) - газ, созданный человеком, является одним из самых инертных и хорошо подходит для изоляции электрических компонентов друг от друга. Но также SF6 самый мощный парниковый газ в мире с потенциалом глобального потепления (ПГП) в 23 500 раз превышающим потенциал CO2, поэтому электроэнергетические предприятия последние 20 лет находятся в поиске альтернативных изоляционных решений.
Утечка SF6 обычно невелика (около 0,1% в новом оборудовании и до 3% в старом оборудовании), но после попадания в атмосферу его распад продолжается в течение 3200 лет. С 2002 года содержание гексафторида серы в атмосфере увеличилось вдвое.
Компания ABB изучает конструктивные возможности отказа от использования SF6 в компактных распределительных устройствах с элегазовой изоляцией для вторичного распределения. В 2002 году электроэнергетическая промышленность Норвегии подписала соглашение с Министерством окружающей среды Норвегии о сокращении выбросов SF6 на 50 %.
В поисках альтернативы.
При проектировании распределительного устройства альтернативной элегазовой изоляции (КРУЭ, GIS) SF6, самыми важными являются характеристики изоляции и обеспечение отсутствия пробоев во время эксплуатации и высоковольтных испытаний. Но SF6 также может служить коммутационной средой, которая сегодня часто применяется в высоковольтных выключателях.
До сих пор «проблема коммутации» решалась за счет использования вакуумных дугогасительных камер, т.е. переключение происходило вне изоляционного газа. Использование вакуумных дугогасительных камер способствовало созданию первого поколения экологически эффективных моноблоков (RMU), компенсируя невысокую дугогасительную способность экологически чистых изоляционных газов.
Однако вакуумная технология по сравнению с конструкциями высоковольтных выключателей (LBS), используемыми сегодня на элегазе, имеет свои недостатки. Вакуумные дугогасительные камеры дороже, больше по размеру и требуют установки дополнительного разъединителя / заземлителя, а также изменения схемы работы. Однако недостатки вакуумных выключателей могут быть преодолены, если одновременно использовать клапаны-прерыватели, оптимизированные для использования с экологически эффективными газами.
Подход ABB.
В 2013 году ABB представила решение на напряжение 12 кВ, при котором, чтобы соответствовать требованиям IEC, требуется только сухой воздух. Также компания разработала газовую смесь с низким ПГП, AirPlus, которая подходит для использования в RMU с номинальным напряжением выше 12 кВ.
AirPlus сочетает сухой воздух с изолирующим газом Novec ™ от 3M до 15 процентов, что снижает потенциал глобального потепления практически на 100 процентов по сравнению с SF6. Оборудование AirPlus имеет такие же преимущества по диэлектрической изоляции, занимаемой площади и надежности, как и распределительное элегазовое устройство, и хорошо подходит для использования во всем диапазоне среднего напряжения до 40 кВ, как для первичных и вторичных распределительных устройств, так и для кольцевых главных устройств (моноблоков, RMU).
К основным техническим проблемам, связанным с заменой элегаза, относятся снижение диэлектрической прочности, теплопроводности и дугогасящих свойств подходящих альтернатив. Для того чтобы убедиться, что деградация газа незначительна и не влияет на работу распределительного устройства, ABB провела оценку долговременной химической стабильности и совместимости AirPlus с материалами распределительного устройства.
Тест Лиандера.
В ноябре 2015 года ABB совместно с голландской компанией Liander провели в полевых условиях мониторинг распределительных устройств без SF6 в сети ветряных электростанций при нормальных условиях эксплуатации. На ветряных турбинах в сети переменного тока Liander было установлено четыре распределительных устройства SafeRing AirPlus; два из них были оснащены оборудованием для регистрации данных и быстроразъемным клапаном для сбора проб газа во время посещения объекта. Два неконтролируемых устройства через три года были возвращены в АВВ для анализа, который включал визуальный осмотр внутренних компонентов, механические рабочие испытания (3000 операций), диэлектрические испытания и инфракрасную термографию.
Данные, собранные с контролируемых устройств, а также тестирование неконтролируемых показали, что AirPlus работает достаточно хорошо. При визуальном осмотре никаких признаков износа, признаков разрушения материала внутренних компонентов и признаков тепловых аномалий обнаружено не было.
Вывод результатов исследований на рынок.
С 2015 года АВВ продала более 5000 распределительных устройств с сухим воздухом и AirPlus. Компания АВВ разработала конструкцию низкого давления для максимальной безопасности и высочайшей надежности с альтернативой SF6. Самое главное, что обслуживающий персонал остается в безопасности при возникновении утечки газа или внезапном снижении избыточного давления. Устройства ecoGIS AirPlus от АВВ с конструкцией низкого давления все еще могут работать с номинальным рабочим напряжением, без длительных отключений, распределительное устройство может оставаться в эксплуатации до тех пор, пока проблема не будет выявлена и устранена. Решения ABB GIS герметичны в течение всего срока службы и не требуют дополнительной обработки газа на месте, обучения и сертификации персонала.
Поскольку переход на возобновляемые источники энергии продолжается, все больше внимания уделяется вспомогательным системам и оборудованию. Несмотря на отличные изоляционные характеристики, элегаз экологически не безопасен. Коммунальные предприятия ищут подходящие альтернативы, и вполне вероятно, что регулирующие меры в ближайшее время заставят их отказаться от использования SF6.
АББ и 3М решили открыть патенты на базовую технологию газовой смеси для всех производителей с целью ускорения перехода отказа от элегаза. ABB также упрощает переход с PrimeGear ZX0, первого распределительного устройства, совместимого как с SF6, так и с AirPlus. Таким образом, компания надеется предоставить производителям оборудования и их потребителям коммунальных услуг четкую дорожную карту для работы в направлении устойчивого будущего.
