13.3. КОМПЛЕКТНЫЕ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА С ЭЛЕГАЗОМ (КРУЭ)
При напряжениях больших, чем 35 кВ, применение твердых изолирующих материалов не дает больших технических и экономических преимуществ. Из-за большой толщины материала начинает сказываться его неоднородность. Кроме того, из-за неравномерного распределения напряжения возникают участки со значительной напряженностью электрического поля. Большая трудность появляется в создании элементов КРУ, которые могли бы собираться и разбираться. Технология производства КРУ с твердой изоляцией при Uном>35 кВ также получается сложной. Поэтому в 30-х годах в КРУ с Uном>110 кВ в качестве изоляционного материала было использовано трансформаторное масло. Оно легко замещает все пустоты и создает однородную изоляцию между токоведущими элементами. Такие КРУ были созданы в ряде стран для РУ подземного расположения и для РУ, расположенных в закрытом помещении. Применение трансформаторного масла дало возможность резко сократить объем КРУ. Однако масло имеет ряд недостатков, которые ограничили развитие КРУ с масляной изоляцией. КРУ содержит большое количество масла, и необходимо наличие расширительных резервуаров большого объема. Свойства масла меняются в процессе эксплуатации. Оно может увлажняться, что ведет к резкому снижению электрической прочности. Поэтому за свойствами масла надо вести непрерывный контроль и в случае необходимости производить сушку, очистку большого количества масла, что требует значительного объема маслохозяйства. Масло взрыво- и пожароопасно. Поэтому КРУ с масляной изоляцией нельзя располагать вблизи крупных заводов и населенных пунктов с большим населением. При возникновении дуги в масле оно науглероживается, что приводит к ослаблению электрической прочности изоляции. Попытки создать изоляционную жидкость, не обладающую недостатками масла, окончились неудачно [1.4]. В связи с этим КРУ с масляной изоляцией в настоящее время не применяются.
Большими преимуществами по сравнению с маслом обладают газообразные изоляционные материалы. Они не стареют в эксплуатации, однородны по своим свойствам, пожаро- и взрывобезопасны. В качестве таких газов используются воздух и элегаз (см. § 3.10).
Электрическая прочность воздуха примерно в 3 раза ниже, чем прочность элегаза при одинаковом давлении. Поэтому КРУ с воздухом должно иметь рабочее давление в 3 раза выше, чем в КРУ с элегазом. Это требует применения более прочных оболочек в воздушных КРУ, увеличивает их массу и расход металла.
Дугогасящая способность элегаза примерно в 4 раза выше, чем воздуха. Это дает возможность в КРУ использовать элегазовые выключатели, обладающие высокими техническими характеристиками.
Поэтому в настоящее время наиболее перспективными являются КРУ, заполненные элегазом (КРУЭ).
При выборе места монтажа распределительного устройства и его конструкции большую роль играют наличие и стоимость строительной площади. Проблема занимаемого места особенно остра в крупных городах, центрах сосредоточения промышленных предприятий, зонах электростанций, южных районах и районах Крайнего Севера.
По данным фирмы «Сименс» для одного из ОРУ 500 кВ потребовалась площадь 30 000 м2. Используя КРУЭ, удалось уменьшить потребную площадь до 920 м2 (сокращение площади более чем в 30 раз). Компактность конструкции КРУЭ позволяет размещать их в закрытых помещениях и этим самым полностью решить вопрос влияния климатических условий, в том числе низких температур. Металлическая оболочка КРУЭ делает РУ совершенно нечувствительным к влиянию окружающей среды: к солевым отложениям вблизи моря, промышленным испарениям и осадкам, а также к песчаным бурям. Малая площадь и объем резко снижают стоимость строительных работ, особенно в условиях скального грунта и вечной мерзлоты.
На рис. 13.4, а представлено КРУЭ фирмы «Сименс» на напряжение до 362 кВ. Сборные шины 1 круглого сечения расположены в цилиндрическом стальном баке 12. Все три фазы расположены в одной оболочке. Это дает возможность уменьшить ширину ячейки напряжением 170 кВ почти в 2 раза и сократить объем КРУЭ по сравнению со случаем расположения в одной оболочке одной фазы. Такая конструкция КРУЭ позволяет снизить потери в баке и применить в качестве материала сталь. Этот материал более дешевый, чем алюминиевые сплавы, обладает высокой механической прочностью и высокой температурой плавления. Все это дает возможность идти на более высокие давления (до 0,48 МПа), поднимая его с ростом номинального напряжения. КРУЭ получается исключительно надежным. Даже при возникновении дуги внутри оболочек они выдерживают большое давление и не прожигаются дугой. Объединение трех фаз в одной оболочке сокращает утечку газа на 30 % по сравнению с КРУ с разделенными фазами.
Сборная система 1 может отключаться (в обесточенном состоянии) разъединителем 2 и заземляться с помощью заземлителя 3. Разъединители и заземлители имеют моторные приводы. Напряжение с левой или правой системы 1 подается на автокомпрессионный выключатель 6 с двумя разрывами. Принцип действия такого выключателя рассмотрен в § 3.11. Привод выключателя пневмогидравлический. Для создания безопасности при ремонте и ревизии заземление вводов выключателя производится заземлителями 5. ТТ 4 питают цепи релейной защиты и измерений. Высокое напряжение измеряется элегазовым TH 9. После разъединителя 7 напряжение подается на выходной кабель 10.
При ремонтных работах разъединитель линии 7 отключается и на линию накладывается заземление заземлителем 8. Отдельные функциональные блоки разделены ребристыми эпоксидными изоляторами 11. Ребристая поверхность этих изоляторов создает большой запас электрической прочности по поверхности.
Разделение ячейки изоляторами на отдельные отсеки дает возможность контролировать давление в каждом из них. Оболочки обладают высокой прочностью. При возникновении дуги и повышении давления внутри оболочки происходит разрушение специальной мембраны. В течение нескольких миллисекунд открывается большое отверстие и давление внутри оболочки сбрасывается, предотвращая разрушение КРУЭ. Все остальные блоки КРУЭ остаются под давлением. Высокая герметичность элементов КРУЭ гарантирует потерю газа всего 0,5 % в год.
Рис. 13.4. КРУЭ фирмы «Сименс» на напряжение: а — устройство КРУЭ; б — схема первичной коммутации
Для поглощения паров воды и влаги, которые могут попадать из атмосферы, служат фильтры — их нужно менять 1 раз в 10 лет.
КРУЭ обладает совершенной системой блокировки аппаратов, которые исключают ошибочные операции и обеспечивают безопасность ремонта и ревизии. Однолинейная электрическая схема КРУЭ 245—362 кВ дана на рис. 13.4, б.
Высокое совершенство конструкции позволило фирме «Сименс» создать КРУЭ с номинальным напряжением до 800 кА. В этом КРУЭ каждая фаза заключена в отдельную оболочку. Компоновка такого КРУЭ представлена на рис. 13.5. Выключатель автокомпрессионный с шестью разрывами на полюс.
Основные параметры КРУЭ (рис. 13.4 и 13.5) представлены ниже.
При понижении температуры до —40 °C и ниже происходит сжижение элегаза и уменьшение давления газообразной фазы. Это вызывает снижение прочности газа и ухудшение его дугогасительных свойств. Температуру сжижения элегаза можно понизить путем добавки в элегаз других газов. Хорошие результаты получены в смеси элегаз — гелий (гелий — 50 % объема). Рабочая температура может быть снижена до —50° С. Если КРУЭ должно работать при очень низких температурах (—30—40° С), то рекомендуется его устанавливать в закрытом помещении (без отопления). Потери в КРУЭ обеспечивают нагрев помещения до необходимой температуры. При наружном монтаже КРУЭ требуется защита от обледенения, сильного холода и нагрева солнечным излучением. С этой точки зрения размещение КРУЭ в здании является более желательным. В этом случае также упрощается ремонт и ревизия. Работа КРУЭ становился не зависящей от климатических условий. Следует сказать, что износ контактов элегазовых выключателей после 10 лет эксплуатации едва заметен Поэтому межревизионный срок установлен 10 лет.
Рис. 13.5. КРУЭ фирмы «Сименс» на напряжение до 800 кВ:
1 — проходной изолятор наружной установки; 2— место присоединения рабочего заземлителя, 3 — выходной разъединитель, 4 — трансформатор напряжения, 5-— выходной заземлитель, 6 — силовой выключатель, 7 — трансформатор тока, 8 — шинный разъединитель, 9 - рабочий заземлитель, 10 — место присоединения шинного заземлителя, 11— сборная шина
На базе научно исследовательских работ, проводимых ВЭИ и ЛенПо «Электроаппарат», разработаны отечественные КРУЭ на напряжения 110 и 220 кВ. Ниже приводятся основные технические данные для КРУЭ на 110 кВ.
Выпускаются ячейки КРУЭ-110 с одной и с двумя системами сборных шин На рис. 13 6, а показаны схемы полюсов ячеек с двумя системами сборных шин На рис. 13 6,6, приведено схематическое устройство линейной ячейки по схеме рис. 13 6, а. Элегазовый выключатель 1 имеет один разрыв на полюс и ДУ, выполненное по рис. 3.58. Привод подвижного контакта выключателя — пневматический (давление 2,0 МПа).
Рис. 13.6. КРУЭ на напряжение 110 кВ (СССР)
Номинальное напряжение, кВ..............110
Номинальный ток сборных шин, кА........................................ 1,6
Номинальный ток отводов, кА ......................................... 125
Номинальный ток отключения, кА ......................................... 40
Наибольший ток включения (ударный ток), кА ..........102
Собственное время отключения выключателя с приводом, с ........0,04±0,005
Скорость в момент размыкания контактов выключателя, м/с .......... 5,5
Собственное время включения выключателя с приводом, с ........0,08±0,02
Время горения дуги в выключателе, с..................................... 0,02
Номинальное избыточное давление элегаза, МПа·
в выключателе . 0,6
в ТН................................ 0,4
в других элементах........................................................ 0,25
Трансформатор тока 2 имеет элегазовую изоляцию. Вторичная обмотка имеет отпайки, что позволяет менять коэффициент трансформации (600/1, 800/1, 1200/1).
Разъединители 3 позволяют включать сборные шины 4 или 5. Трехфазный комплект сборных шин расположен в одном алюминиевом баке 6. Для заземления элементов, с которых снято напряжение, служат заземлители 7. Заземлители и разъединители имеют пневматический привод с давлением 0,6 МПа. Отдельные элементы КРУЭ изолируются друг от друга с помощью изоляторов-перегородок 10. Электрическое соединение элементов КРУЭ осуществляется через многоламельный розеточный контакт 9 и токоведущий стержень 8.
В настоящее время ВЭИ разработано КРУЭ на напряжение 1150 кВ переменного тока и 1500 кВ постоянного тока.
