Свойства элегаза и его использование в коммутационном оборудовании - Обзор элегазового коммутационного оборудования

3. Обзор элегазового коммутационного оборудования
3.1. Коммутационное оборудование среднего напряжения (СН) и высокого напряжения (ВН)

Рис. 14: Выключатель для подстанции высокого напряжения (элегазовый выключатель компании Merlin Gerin)
Как было отмечено ранее, производители коммутационного оборудования используют уникальные диэлектрические и изоляционные свойства элегаза при проектировании оборудования. Главное назначение SF6 - применение в коммутационном оборудовании среднего и высокого напряжения (см. рис. 12).

Доля на мировом рынке:
Низкая + КРУЭ (элегазовое изоляционное коммутационное оборудование Средняя ++ RM6
Высокая +++ CB (автоматический выключатель) LBS (разъединитель)
Табл.12 : Место SFg в коммутационном оборудовании
В области высокого напряжения SF6 скоро станет во всем мире единственной технологией, используемой для КРУЭ (см. рис. 13) и CB (см. рис. 14). Старые технологии с применением масла или сжатого воздуха исчезают вследствие многочисленных преимуществ SF6.

Рис. 13: Элегазовое изоляционное коммутационное оборудование КРУЭ (Merlin Gerin)
В области среднего напряжения, где необходимо компактное коммутационное оборудование, SF6 является единственным решением (КРУЭ, RM6) (см. рис. 15 и 16). Однако, для отдельных компонентов технология SF6 делит рынок с воздушными выключателями нагрузки- разъединителями, но доля рынка технологий с использованием воздуха быстро уменьшается в пользу SF6 и вакуумных выключателей. Вакуумные и элегазовые выключатели являются современными решениями, и будут продолжать развиваться вследствие снижающегося влияния технологии с применением масла.

Рис. 15: Компактное распределительное устройство для сетей среднего напряжения: ячейка отходящей линии с автоматическим выключателем находится в центре (RM6 Merlin Gerin)

Рис. 16: Ячейка с выключателем среднего напряжения (SM6 Merlin Gerin)
Чтобы полностью охватить возможные применения, мы должны упомянуть трансформаторы с элегазовой изоляцией, главным образом популярные в Японии, и газовые изолированные кабели высокого напряжения, для которых используется технология, очень похожая на технологию для КРУЭ высокого напряжения.
3.2. Потребление SF6 и количество коммутационной аппаратуры

a - коммутационное оборудование СН

b - коммутационное оборудование ВН

Рис. 17: Объем рынков элегазового оборудования среднего и высокого напряжения
Во всем мире потребление SF6 разделено между коммутационным оборудованием и неэлектрическими приборами: МЭК оценивает полное ежегодное потребление в 5-8000 тонн, разделенных на две более или менее равные части между этими двумя применениями.
Чтобы понять относительную пропорцию SF6 в области среднего и высокого напряжения, полезно оценить мировой парк установленного элегазового оборудования и количество оборудования, ежегодно вводимого в эксплуатацию (см. таблицу на рис. 17).
Из таблиц хорошо видно, что применение SF6 является преобладающим в оборудовании высокого напряжения: 90% от общего объема элегазового коммутационного оборудования предназначено для высокого напряжения, и только 10% - для среднего напряжения. В коммутационном оборудовании среднего напряжения потребление SF6 касается главным образом RMS/выключателей нагрузки-разъединителей и КРУЭ; часть, относящаяся к выключателям среднего напряжения, пренебрежимо мала.

3.3. Опыт EDF: 20 лет применения SF6 в распределительных устройствах среднего напряжения

«Электриситэ де Франс» (EDF) - вероятно единственная компания, работающая с электрическими выключателями, имеющая 20-летний опыт работы с элегазовыми выключателями и выключателями нагрузки-разъединителями среднего напряжения, с парком оборудования, установленным компанией Merlin Gerin, включающем в себя более 20000 выключателей и 200000 выключателей нагрузки (модульного или компактного типа) на 1995 г. EDF недавно выполнила полную проверку части самой старой аппаратуры, с наибольшим количеством операций: испытание на короткое замыкание, диэлектрические испытания, испытания на нагрев, измерения герметичности и механической прочности, измерения контактного износа и газовый анализ были проведены, чтобы оценить вероятный оставшийся срок службы оборудования.
Результаты этих испытаний были изданы МЭК в 1994 г. и представлены на конференции CIREC 1995.
Если быть более точными, измерения контактного износа показали максимальное значение, равное 25%. Газовый анализ использовался для оценки потенциальной токсичности в двух различных случаях: при обычной утечке и аварийном внезапном выбросе вследствие повреждения:
в случае обычной утечки концентрация побочных продуктов в коммутационном оборудовании чрезвычайно низкая (примерно в 10000 раз ниже TLV);
во втором случае, который происходит исключительно редко, концентрация побочных продуктов остается намного ниже любого опасного уровня.
Как следствие, в реальных производственных условиях было продемонстрировано, что предполагаемый срок службы элегазового оборудования составляет не менее 30 лет.

3.4. Тенденции развития

Рис. 18: Выключатель LF Merlin Gerin

Элегазовое коммутационное оборудование полностью отвечает требованиям потребителей в плане компактности, надежности, сокращения времени обслуживания, безопасности персонала, срока службы. Снижение механической энергии (что приводит к более высокой надежности) для отключения выключателя может быть достигнуто применением новых способов гашения дуги, например, вращение и дутье дуги. Давление при заполнении будет снижаться, способствуя оптимальной безопасности персонала. Что касается обслуживания, можно предвидеть диагностические возможности, позволяющие контролировать в режиме реального времени состояние оборудования и предоставлять информацию пользователю о необходимости обслуживания. Что касается герметичности, вероятное развитие коммутационного оборудования высокого напряжения можно ожидать при более низкой интенсивности утечки - например, от 0,1 до 0,5% в год. CIGRE WG 23.10 работает над руководством по повторному использованию SF6, включая определение чистоты SF6, используемого в силовом оборудовании. Таким образом рассматривается применение SF6 в закрытом цикле, что поможет минимизировать его выброс в атмосферу.