Распределительные устройства с элегазовой изоляцией (КРУЭ) для среднего напряжения (от 6 до 35 кВ), значительно отличаются от распределительных устройств среднего напряжения с воздушной изоляцией, которые широко используются в электрических сетях. Вместо использования воздуха и твердых изолирующих материалов, распределительные устройства с элегазовой изоляцией используют вакуумный прерыватель и неизолированные проводники шины, расположенные в герметичном корпусе, заполненном изолирующим газом.
1. Вопросы, связанные с окружающей средой
Изолирующим газом, используемым в КРУЭ для среднего напряжения, служит элегаз - гексафторид серы (SF6). Это сильнодействующий парниковый газ, имеющий потенциал усиления глобального потепления в 23900 раз выше, чем у двуокиси углерода (CO2). В атмосфере газ SF6 сохраняется в течение 3200 лет. Поэтому, попав в атмосферу, он в течение очень долгого времени будет влиять на глобальное потепление. Один фунт (около 450 г) SF6 производит такой же вклад в глобальное потепление, как и 11 тонн CO2.
(источник: Web-сайт EPA www.epa.gov/electricpower-sf6)
<http://electrical-engineering-portal.com/things-you-should-know-about-medium-voltage-gis>
2. Вопросы безопасности
В нормальном состоянии, элегаз:
1. Бесцветный,
2. Не имеет запаха,
3. Не воспламеняется,
4. Не токсичен для людей.
Однако при высокой температуре (более 177 С) элегаз распадается на составляющие, которые являются токсичными и коррозийными. Побочные продукты этого распада могут появляться, когда SF6 подвергается воздействию искрового разряда, частичного разряда, дуги выключения, и дуги короткого замыкания. Эти побочные продукты, имеющие вид газа или мелкого порошка, способны вызвать у людей следующие состояния:
1. раздражение глаз, носа и горла,
2. отек легких,
3. другие повреждения легких, ожоги кожи и глаз, заложенность носа, бронхиты,
4. порошок способен вызывать сыпь.
(источник: Web-сайт EPA www.epa.gov/electricpower-sf6)
Оборудование, способное выдержать жесткие условия эксплуатации в США проходит сертификацию ANSI (Американский национальный институт стандартов). Оборудование КРУЭ не тестируется на соответствие этим стандартам, и, определенно, не тестируется на соответствие руководству IEEE (Институт инженеров по электротехнике и электронике) по проверке распределительных устройств в металлических корпусах на наличие внутренних дуг короткого замыкания. Руководство IEC 62271-200 "Распределительные устройства среднего напряжения в металлическом корпусе" из соображений защиты окружающей среды допускает проведение тестов внутренних дуг с использованием воздуха вместо SF6.
Однако следует отметить, что результаты испытаний могли бы отличаться, если они проводились бы с SF6.
Когда в КРУЭ возникает пробой изолятора, то дуга обычно не гасится элегазом, и может привести к увеличению внутреннего давления, а также вызвать появление отверстий в металлических стенках, возникающих благодаря концентрированному воздействию дуги. Производители КРУЭ просто утверждают, что их оборудование "конструктивно" резистентно к дугам, но в реальности, дуга вполне может существовать внутри КРУЭ.
Также хорошо известно, что все оболочки, в которых находится SF6, могут протекать. Тем самым, шансы появления проблем с КРУЭ более высоки, чем любые шансы дуговых проблем в распределительных устройствах, не резистентных к дугам.
При использовании других подходов, таких как конструкции с полной жесткой изоляцией одного полюса, датчики частичного разряда для диагностики изоляции, и дистанционные сотрясения для безопасности, решения не характерные резистентностью к дуге, легко обгоняют безопасность SF6.
<http://electrical-engineering-portal.com/things-you-should-know-about-medium-voltage-gis>
3. Специальные процедуры обращения
В связи с вопросами безопасности, в случае сильных дуг, для обращения с SF6 рекомендуются специальные процедуры. В частности, к ним относится использование средств персональной защиты (респираторные устройства, защитная одежда, такая как резиновые перчатки, специальная обувь, очки) для удаления или обращения с побочными продуктами SF6.
Загрязненный побочными продуктами элегаз должен либо быть профильтрован на месте, с использованием специального мобильного оборудования, либо быть доставлен в специальное место для фильтрации или уничтожения, которые выполняются квалифицированным персоналом.
(источник: Web-сайт EPA www.epa.gov/electricpower-sf6)
<http://electrical-engineering-portal.com/things-you-should-know-about-medium-voltage-gis>
4. Вопросы монтажа
К наиболее важным вопросам монтажа КРУЭ относится необходимость правильного выравнивания. Чтобы обеспечить правильную сборку доставленных секций, основание должно быть горизонтальным и плоским. Высота основания должна отклоняться от средней высоты не более, чем на 1 мм на расстоянии 1 м, с максимальным расхождением высоты по всей области конструкции, не превышающей 2 мм.
После монтажа доставленных элементов КРУЭ, оборудование должно быть загерметизировано, и заполнено газом SF6 на месте.
Для обеспечения требуемых уровней диэлектрической прочности, в КРУЭ должна применяться специальная разделка кабелей. Конструкция устройства также ограничивает количество кабелей/фаз, которые могут быть установлены в данной схеме.
Еще одной проблемой является то, что соединения силовых кабелей недоступны без демонтажа распределительного оборудования.
(источник: Труды IEEE по промышленным приложениям, том 40, № 5 сентябрь-октябрь 2004 года, а также опыт Eaton.)
<http://electrical-engineering-portal.com/things-you-should-know-about-medium-voltage-gis>
5. Вопросы эксплуатации и обслуживания
Поскольку элегаз обеспечивает изоляцию внутренних компонентов, то извлечение наружу конструкции собственно выключателя не возможно. Большинство местных руководств требуют, чтобы конструкция оборудования включала в себя средства визуальной проверки изолирующих функций для обесточенных устройств.
В КРУЭ это требует наличия средств визуальной проверки положения трехпозиционного выключателя. Для обеспечения этого требования некоторые производители устанавливают миниатюрные видеокамеры, и связанные с ними источники света. И те, и другие монтируются вне оболочки, содержащей элегаз. Видеосигнал выводится на переднюю панель распределительного оборудования, и для наблюдения за положением выключателя предоставляется устройство наблюдения.
6. Вопросы вывода из эксплуатации и переработки
Использованный элегаз должен восстанавливаться подготовленными профессионалами, а затем сохраняться, и переправляться в емкостях, одобренных министерством транспорта США, на окончательную переработку. Руководства министерства транспорта требуют, чтобы емкости, содержащие элегаз под давлением, превышающим 25 фунтов на квадратный дюйм, при температуре 20 С, были сертифицированы для перевозки сжатого газа. Правила министерства транспорта требуют цилиндрических емкостей для SF6, вес брутто которых превышает 90 кг. Они должны снабжаться отгрузочными документами. Оставшиеся металлические части распределительного оборудования должны перерабатываться на специальном оборудовании для работы с металлами, подвергшимися воздействию элегаза.
(источник: Руководство EPRI для безопасной работы с SF6, Федеральные правила № 49 министерства транспорта, глава I, раздел С.)
КРУЭ очень отличаются от традиционного распределительного оборудования в металлических корпусах для среднего напряжения, широко применяемого в энергетике. Вид одного полюса типичного КРУЭ показан на Рисунке 1.
Рисунок 1. Типичный выключатель в КРУЭ - комплектном распределительном устройстве с элегазовой изоляцией
1. Алюминиевый корпус
2. Основные токопроводящие шины со скользящей поддержкой
3. Трехпозиционный переключатель
4. Газонепроницаемые выводы
5. Вакуумный прерыватель
6. Тороидальный трансформатор тока
7. Емкостной трансформатор напряжения
8. Защитная (безопасная для касания) разделка кабеля (не показана)
Как и в распределительном оборудовании с воздушной изоляцией в металлическом корпусе, для прерывания тока используется вакуумный выключатель.
КРУЭ для среднего напряжения отличаются от КРУЭ для высокого напряжения, и это отличие заключается в том, что элегаз используется для изоляции, а не для прерывания.
Традиционные распределительные устройства в металлических корпусах используют комбинацию воздуха и твердых изоляционных материалов, но КРУЭ используют неизолированные проводники шины на изолированных креплениях, погруженные в изолирующий газ.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В связи с вопросами, связанными с окружающей средой, использование КРУЭ для среднего напряжения не соответствует Принципам Устойчивого Развития и целям снижения эмиссии парникового газа, сформулированными многими ведущими корпорациями и организациями.
Вопросы безопасности и специального обращения могут вызвать проблемы с международной политикой по охране окружающей среды.
Наконец, вопросы монтажа, эксплуатации и обслуживания, а также вывода из эксплуатации и переработки, связанные с КРУЭ для среднего напряжения, могут увеличить общие затраты владения этим оборудованием, что может сделать его не лучшим решением с финансовой точки зрения.
Альтернативные решения включают использование распределительного оборудования с воздушной и твердой изоляцией. Такое оборудование позволяет избежать использования элегаза, и может обеспечить более низкие общие затраты владения в течение всего времени эксплуатации вашего оборудования для среднего напряжения.
