В последнее время в литературе и в научных кругах ведется дискуссия о целесообразности применения и надежности того или иного вида коммутационного оборудования в сетях среднего класса напряжения. В основном дискуссия идет о целесообразности применения вакуумных или элегазовых выключателей среднего напряжения. Задачей этой книги является сопоставление преимуществ и недостатков вакуумного и элегазового коммутационного оборудования среднего класса напряжения.
Для решения поставленной выше задачи определим общие требования к коммутационному аппарату среднего напряжения:
Наибольшее число коммутаций в электроэнергетических сетях приходится на коммутационное оборудование среднего класса напряжения.
Основная задача коммутационного аппарата - надежная селективная коммутация при аварийных ситуациях и, тем самым, защита силового электрооборудования от опасных перегревов при аварийных токах.
Высокая надёжность коммутационного аппарата является определяющим фактором надежности всей электроэнергетической сети.
При координации изоляции сети важным фактором является использование такого типа коммутационного аппарата, который дает низкие уровни перенапряжений при коммутации сети.
Особенности использования в коммутационных аппаратах средних классов напряжения вакуумной или элегазовой среды
В передовых фирмах Запада особенности использования в коммутационных аппаратах средних классов напряжения вакуумной или элегазовой среды для гашения дуги основывается на следующих ключевых моментах:
Диэлектрическая прочность на уровне средних классов напряжений у вакуума гораздо выше, чем у элегаза.
Эксплуатационная надежность у вакуумной дугогасящей камеры гораздо выше, чем у элегазовой дугогасящей камеры.
При использовании современных технологий в производстве вакуумной коммутационной техники и качественно подобранных контактных материалах, задача координации изоляции решена с высокой степенью надежности.
Экологическая чистота - важный фактор применения того или иного вида техники.
К примеру, фирма Siemens, в отличие от многих других фирм, уже в 30-х годах имела обширный опыт работы по исследованиям и разработкам высоковольтной коммутационной техники, а с 60-х годов начала серийное производство элегазовой коммутационной техники. К 2000 году фирма Siemens уже произвела более 100.000 элегазовых дугогасительних камер с номинальными напряжениями до 800 кВ и с номинальными токами короткого замыкания до 80 кА, как для выключателей наружной установки, так и для элегазовых КРУ (рис. 1 и рис. 2).
Рис. 1 Спектр продукции: силовые элегазовые выключатели высокого напряжения фирмы Siemens
Рис. 2. Элегазовые распределительные устройства высокого напряжения фирмы Siemens
Несмотря на это, через десятилетие, в семидесятых годах, фирма Siemens внедрила в производство вакуумные выключатели среднего напряжения. На это решение повлиял тот факт, что рядом с заводом элегазового высоковольтного коммутационного оборудования находился завод по производству мощных вакуумных генераторных ламп, имевший более чем столетний опыт по исследованиям и разработке контактных материалов для различных вакуумных камер разного электротехнического назначения. В 1999 году на этом заводе Siemens произвел больше одного миллиона вакуумных дугогасящих камер с разными электротехническими характеристиками.
Рис. 3. Развитие современной коммутационной техники среднего напряжения.
Ud [кВ] Импульсное выдерживаемое напряжение
Рис. 4. Разрядное импульсное напряжение в зависимости от величины межконтактного промежутка в различных дугогасящих средах.
Отдельные современные электротехнические фирмы, не имея такого обширного опыта по производству вакуумных камер разного назначения, внедрили в производство элегазовые выключатели для среднего напряжения. Эти фирмы в последнее время тоже переходят на производство вакуумных выключателей. Дальнейшее развитие современного коммутационного оборудования среднего напряжения, до разным независимым литературным источникам, предполагается только по пути использования вакуума как коммутационной среды для выключателей среднего напряжения (рис. 3).
Диэлектрическая прочность вакуума.
Проведенные исследования показали, что диэлектрическая прочность глубокого вакуума (вакуум 10+7 бар.) для уровней средних классов напряжений выше, чем у других диэлектрических материалов. На рис. 4 представлена электрическая прочность промежутка между плоскими электродами для различных сред дугогасящих камер. Крутизна кривой для малых расстояний у вакуума гораздо выше, чем у других материалов, т.е. при очень малых расстояниях между контактами достигается наибольшая электрическая прочность дугогасящей среды. После определенных расстояний между контактами диэлектрическая прочность вакуума стремится к постоянной величине. Вакуумные выключатели с номинальным напряжением от 7,2 кВ до 36 кВ номинального рабочего напряжения имеют расстояние между контактами от 5 до 25 мм.
