Элегазовые трансформаторы: тока, напряжения и силовые
Силовой элегазовый трансформатор постепенно вытесняет устаревшее оборудование энергетических подстанций. Это новая научная разработка, которая повышает безопасность при эксплуатации и обслуживании установок. Трансформаторы с элегазовой изоляцией характеризуются высоким показателем пожарной безопасности, устойчивости к взрывам.
В последние десятилетия оборудование, обеспечивающее промышленные, бытовые объект электричеством, стало габаритным. Для установки требуются большие свободные пространства. Поэтому трансформатор тока ныне монтируется прямо в черте города, под зданиями общественного пользования, парками и прочими общественными объектами. Требования к безопасности силовых установок значительно возросли. Масляными трансформаторами подобные условия не выполняются в полном объеме. Поэтому устаревшие агрегаты сегодня массово заменяют элегазовыми установками.
Область применения
Элегазовый трансформатор напряжения применяется на различных электрических подстанциях. Прибор способен передавать сигнал измерительным приборам, защитным компонентам распределительных устройств. Элегазовые трансформаторы подключаются к трехфазной (промышленной) сети. Их задачей является трансформация переменного тока 50 Гц. Установка разрешается в средних и умеренно холодных климатических зонах.
Работа трансформаторов на основе изоляции из элегаза возможна практически во всех отраслях промышленной деятельности человека. Функционирование оборудования позволяет передавать обработанный сигнал измерительным приборам, охранным, защитным система. Установка применяется для обеспечения работы различных приборов учета электроэнергии.
Элегазовый трансформатор тока идеально подойдет для закрытых или подземных подстанций, функционирующих в черте города. Установки монтируют в критических с точки экологии районах. В таких зонах недопустима утечка масла. Здесь разрешается применять исключительно оборудование на элегазе.
Конструкция
Элегазовый трансформатор характеризуется определенным устройством конструкции. Вверху на опорном изоляторе установлен металлический корпус. Система монтируется на основании. На пластине установлена конструкция с выводами вторичных контуров. Первичная обмотка с выводами находится на металлическом корпусе. Внутри этой полости, в изоляторе есть изоляционный газ.
Первичная обмотка позволяет регулировать количество витков, влияя на коэффициент трансформации. Секции первичного контура соединены последовательно-параллельно. Витки вторичных контуров находятся в электрических экранах. Это нужно для выравнивания показателей индукционного поля внутри системы.
Магнитопривод, активная часть вторичной обмотки изготавливается из нанокристаллического сплава. В состав материала входит железо. Защитные обмотки выполнены из анизотропной электротехнической стали.
Внутреннее пространство
В процессе эксплуатации и обслуживания элегазового аппарата производится состояние внутренней среды. Оценку осуществляет сигнализатор плотности, основанный на принципе температурной компенсации. Выключатель может быть разной конструкции. Чаще устанавливаются колонковые и баковые разновидности.
Сигнализатор плотности газовой среды внутри герметичного корпуса обладает двумя парами контактных выводов. Это позволяет принимать информацию из двух точек замера плотности газа. Система позволяет дистанционно контролировать давление внутри корпуса.
Защитные системы
Уплотнительные материалы характеризуются высоким качеством. Это позволяет обеспечить минимальную утечку газа. В год этот показатель достигает не более 0,5 %.
Вверху конструкции предусмотрено защитное устройство, коммутирующее внутреннее газовое пространство с атмосферой при значительном росте давления внутри корпуса. Благодаря особенностям элегазовой среды, специальной конструкции защиты, оборудование считается пожаробезопасным и не взрывоопасным.
Преимущества
Список преимуществ элегазовых подстанций огромен. Это объясняет популярность представленных трансформаторных устройств. К преимуществам относится следующее:
- Техническое обслуживание в процессе эксплуатации установки практически не требуется. Это преимущество техники объясняется заполнением корпуса элегазом.
- Высокая пожаро- и взрывобезопасность обеспечиваются применением при создании изоляционной среды, хладагента гексафторида серы. На предприятии не требуется устанавливать оборудование для тушения пожара, дополнительную масляную емкость.
- Технические особенности позволяют эксплуатировать установку не менее 35 лет.
- Внутреннее давление относительно невелико. Принцип заполнения короба дополнительно обеспечивает взрывобезопасность систем.
- Для различных областей эксплуатации применяется оборудование от 35 до 2000 А.
- Уделять большое внимание обслуживанию трансформатора не потребуется. Это сокращает расходы предприятия.
- Технический контроль качества производится производителем на всех этапах производства.
- Трансформаторные устройства представленной категории характеризуются компактными габаритами.
- В ходе технического оснащения подстанции возможно коммутировать подобные установки с оборудованием других разновидностей. Это позволит рационально использовать свободное пространство помещения.
- Работа установки характеризуется низким уровнем шума.
- Не требуется расширительный бак. Это позволяет уменьшить высоту конструкции. Появляется больше возможностей для установки агрегата в различных помещениях.
При нынешнем техническом развитии энергетической отрасли ведутся новые разработки, позволяющие усовершенствовать конструкцию элегазового оборудования. Специалисты утверждают, что подобная аппаратура со временем вытеснит масляные разновидности силовых трансформаторов.
Интересное видео: Элегазовый выключатель
Элегазовые трансформаторы | Элегазовые аппараты
Страница 22 из 26
Трансформаторы силовые. Во многих отраслях народного хозяйства ощущается все возрастающая потребность в сухих газонаполненных трансформаторах, которые обладают многими достоинствами. Они прежде всего пожаро- и взрывобезопасны и имеют значительно меньший вес, чем масляные. Шум от газонаполненных трансформаторов также значительно меньше.
Существенными недостатками газонаполненных трансформаторов являются большие их габариты и стоимость. Однако во многих случаях при применении таких трансформаторов достигается определенный экономический эффект за счет отказа от противопожарных установок, сливных устройств для масла, противошумных кожухов и других элементов, необходимых в случае применения масляных трансформаторов, причем экономический эффект еще более возрастает в случае пониженного уровня изоляции.
Рис. 64. Схемы охлаждения газонаполненных трансформаторов: а — принудительная циркуляция газа и вынесенный радиатор; б — принудительная циркуляция газа и охладитель, совмещенный с баком; в — принудительная циркуляция газа с косвенным его охлаждением; г — испарение распыленной жидкости (кипящей при высокой температуре), пары которой являются изоляционной средой
Отмечается, что и расходы, связанные с эксплуатацией сухих трансформаторов, также меньше. Помимо шахт, метро, цехов химических предприятий и передвижных трансформаторных установок, газонаполненные трансформаторы, по- видимому, будут широко использовать для электроснабжения жилых кварталов по схеме — трансформатор на каждый дом [59, 60, 95—100]. В информационных материалах фирмы «Дженерал Электрик» сообщается, что усовершенствованные элегазонаполненные трансформаторы будут во всех отношениях конкурировать с масляными.
Конструкции газонаполненных трансформаторов отличаются от масляных. Наиболее существенно изменяется система охлаждения. Возможные схемы охлаждения приведены на рис. 64.
Рис. 65. Схема охлаждения обмоток элегазового трансформатора
В газонаполненных трансформаторах, как и в обычных масляных, существуют две проблемы: охлаждение сердечника и обмоток теплоотводящей средой, являющейся одновременно и изоляционной, и охлаждение этой среды. Интенсификация теплоотвода от активных частей обеспечивается принудительной циркуляцией среды. Равномерное охлаждение обмоток и сердечников достигается применением системы экранов, вызывающих требуемое распределение газового потока. Пример системы охлаждения обмотки элегазового трансформатора приведен на рис. 65.
Охлаждение теплоотводящей среды может осуществляться с помощью вынесенного радиатора, охлаждаемого вентиляторами, или увеличением теплоотводящей поверхности бака. В некоторых конструкциях газонаполненных трансформаторов охлаждение обеспечивается промежуточной теплопередающей средой, которая, испаряясь, отбирает тепло от охлаждающего газа. Подробно эта система охлаждения описана ниже.
Бак элегазонаполненного трансформатора мощностью 10000 ква на напряжение 69 кв, выпущенного фирмой «Дженерал Электрик», расположен горизонтально, вследствие чего этот трансформатор не похож на обычный масляный. Магнитопровод и обмотка, за исключением незначительных изменений, связанных с изоляцией, такие же, как и у масляных трансформаторов. Наиболее существенной особенностью элегазового трансформатора является система охлаждения, изображенная на рис. 66.
Элегаз, нагревшийся при прохождении через магнитопровод и обмотки, попадает во внутренний охладитель, работающий на принципе испарения теплоносящей жидкости (фреона). От охладителя теплоноситель передает тепло внешнему охладителю, с которого оно рассеивается в окружающее пространство.
Во время работы трансформатора нагретый элегаз вызывает испарение фреона в испарителе. Пары фреона естественным образом поднимаются во внешний охладитель, где переходят в жидкое состояние под действием потока охлаждающего воздуха. Эффективное и сравнительно равномерное охлаждение обмоток достигается применением системы экранов, вызывающих требуемое распределение газового потока.
Рис. 66. Система охлаждения трансформатора фирмы «Дженерал Электрик»
1 — наружный охладитель; 2 — вентилятор; 3 — внутренний охладитель; 4 — магнитопровод и обмотки; 5 — воздуходувка; 6 — перегородка
Рис. 67. Одновитковый элегазовый трансформатор тока на 132 кв
1 — первичная стержневая обмотка; 2 — камера; 3 — вторичные обмотки; 4 — экран; 5 -уплотнения в стойке; 6 — стойка; 7 -впускной клапан; 8 — манометр; 9 — зажимы вторичной обмотки
В Советском Союзе перспективными считаются трансформаторы меньшей мощности. В разработанных трансформаторах
[60] также применена система экранов, обеспечивающих радиально-осевую циркуляцию газа, причем мощность вентиляторов составляет 12—15% общих потерь в трансформаторе.
Трансформаторы тока. В США разработаны и находятся в эксплуатации трансформаторы тока, в которых главной изоляцией является элегаз [101, 102].
Рис. 68. Трансформатор тока с наружной первичной обмоткой
Конструктивное исполнение элегазовых трансформаторов тока показано на рис. 67 и 68. В обеих конструкциях сердечники и катушки вторичных обмоток покрыты заземленными металлическими экранами и установлены на стальной трубе.
В конструкциях трансформаторов обеспечено сравнительно равномерное электрическое поле между корпусом, находящимся под высоким потенциалом и внутренним экраном.
Первый (рис. 67) из приведенных трансформаторов — одновитковый. Его первичная обмотка является элементом конструкции аппарата. Особенностью второй конструкции (рис. 68) является то, что первичная обмотка располагается снаружи, вне аппарата. В зависимости от количества намотанных витков можно получить различные коэффициенты трансформации. Необходимый уровень электрической прочности между заземленной стойкой и элементами, находящимися под высоким напряжением, в первой конструкции обеспечивается применением экрана, который создает сравнительно равномерное поле. Во втором случае требуемая прочность достигается благодаря применению изоляционных цилиндров с уравнительными конденсаторными обкладками.
Импульсное испытательное напряжение трансформаторов 650 кв, однако в первой конструкции рабочее давление принято 2,1 кГ/см2, во второй — всего лишь 0,7 кГ/см2, причем требуемый уровень прочности сохраняется и при снижении давления от 0,7 кГ/см2 до атмосферного.
В [103] сообщается о трансформаторе тока на 400 кв, который, по утверждению фирмы, будет весьма надежным в эксплуатации.
Пожаробезопасные трансформаторы с элегазовой изоляцией
Страница 1 из 2
Кардинальное решение проблемы пожаробезопасности больших силовых трансформаторов может быть достигнуто применением элегазовой изоляции.
Трансформаторы с элегазовой изоляцией впервые были разработаны в США фирмой Вестингауз в конце 50-х годов. Силовые трансформаторы напряжением до 138 кВ и мощностью до 40 MB — А были разработаны в 60-х годах. В Европе элегазовые трансформаторы появились в середине 60-х годов. Однако дальнейшего развития ни в США, ни в Европе они не получили.
В Японии первый трансформатор с элегазовой изоляцией напряжением 69 кВ и мощностью 3 MB • А был изготовлен в 1969 г. Возрастающие требования пожаробезопасного оборудования и запрет применения негорючих изоляционных жидкостей на основе трихлордифенила в 1972 г., стимулировали развитие элегазовых трансформаторов (ЭТ). Их производство постоянно увеличивалось с началом поставок элегазовых трансформаторов напряжением 69 кВ мощностью 3 и 10 MB-А для комплектных элегазовых подстанций в 1979 г. В 1991 г. элегазовые трансформаторы составляли свыше 8 % в общем производстве силовых трансформаторов.
Требования пожаробезопасности мощных высоковольтных подстанций, расположенных в жилых районах могут быть выполнены с установкой элегазовых трансформаторов. Такой трансформатор напряжением 275 кВ мощностью 300 MB — А впервые был изготовлен в 1990 г.
Ниже дается краткое описание опыта производства элегазовых трансформаторов в Японии.
Конструкция элегазовых трансформаторов
Система охлаждения
В таблице 1 приведены основные физические характеристики элегаза, воздуха и масла. Основным значимым для трансформатора различием элегаза и масла является теплопередающая способность на единицу объема. Например, при рабочем давлении газа 1,2 кгс/см2 теплопередающая способность элегаза составляет 1 /200 от масла (плотность 1/65, удельная теплоемкость 1/3).
Для обеспечения требуемого отвода тепла в элегазовых трансформаторах должна быть более совершенная система охлаждения. Например, охлаждающие каналы в обмотках должны увеличить циркуляцию газа, а изоляция провода должна быть выполнена из высокотемпературного изоляционного материала, такого как PET (полиэтилен телефтолат) или PPS (полиэтилен сульфид).
Таблица 1. Физические свойства элегаза, воздуха и масла
Характеристики | Элегаз | Воздух | Масло | |
0 кгс/см2 | 1,2 кгс/см2 | 0 кгс/см2 | ||
Плотность, кг/см3 | 6,15 | 13,48 | 1,205 | 866 |
Вязкость, м2/с | 0,153- 10″4 | 0,157- 10~4 | 0,188- 10″4 | 0,0314 |
Динамическая вязкость, м3/с | 0,0249- 10~4 | 0,0116- 10″4 | 0,156- 10″4 | 0,363- 10~4 |
Тепловая проводимость, ккалДм • ч • °С) | 0,0115 | 0,0126 | 0,0221 | 0,106 |
Удельная теплоемкость, ккалДкг- ч • °С) | 0,144 | 0,145 | 0,246 | 0,452 |
Число Прандтля | 0,669 | 0,669 | 0,735 | 482 |
Диэлектрическая постоянная | 1 | 1 | 1 | 2,3 |
Электрическая прочность (относи- | Около 1/2 | Около 1 | Около 1/4 | 1 |
тельное значение) |
|
|
|
|
Отношение теплоемкостей равных | Около | Около | Около | 1 |
объемов | 1/440 | 1/200 | 1/140 |
|
Отношение теплопроводности для потоков с одинаковой скоростью | Около 1/15 | Около 1/7,5 | Около 1/33 | 1 |
Горючесть | негорючее | горючее | ||
Разлагаемость | Не разлагается в присутствии кислорода | Окисляется | ||
Примечание. Размерности приведены как в [Miura Y. Gas insulated transformers. CIGRE SC — 12, 1993, Madrid colloquium].
Элегазовые трансформаторы без принудительной циркуляции может иметь мощность до 30 MB-А. Для элегазового трансформатора большей мощности требуется принудительная циркуляция. При мощности более 100 М В • А становится трудно охлаждать обмотку только газом. В этих случаях необходимо прибегать к охлаждению обмоток жидкостью, например, перфторуглеродом. В таблице 2 приведены основные характеристики перфторуглерода, который помимо хорошей теплопередающей способности имеет также хорошие изоляционные свойства.
На начальных стадиях разработок, применялось охлаждение с помощью испарения перфторуглерода на обмотках. С таким охлаждением были созданы трансформаторы мощностью от 20 до 40 MB • А.
Таблица 2. Характеристики фтороуглерода и минерального масла
| Характеристики | Перфторуглерод | Минеральное масло |
Температура вспышки, °С | нет | 130 |
Температура кипения, °С | 100 | 280-450 |
Плотность, г/см3 | 1,76 | 0,87 |
Кинематическая вязкость, сСт при 25 °С | 0,8 | 7,5 |
Удельная теплоемкость, кал/г, при 25 °С | 0,25 | 0,45 |
Тепловая проводимость, ккалДм • ч • °С) | 0,05 | 0,11 |
Диэлектрическая постоянная | 1,86 | 2,2 |
Электрическая прочность, кВ/2,5 мм | 60 | 60 |
Растворимость элегаза, мл/мл, при 25 °С | 7,7 | 0,3 |
Изоляция.
В элегазовом трансформаторе для витковой изоляции пленочный материал является более подходящим, чем бумага по соображениям импульсной прочности. Наиболее подходящим материалом являются PET и PPS, в виде пленки, которая имеет отличные теплопередающие свойства. Что касается типа обмоток, то переплетенная обмотка применяется при напряжении 66 кВ и выше. В равномерном поле при давлении элегаза 1,2 кгс/см2 его электрическая прочность почти такая же как и трансформаторного масла. Однако пробивное напряжение газовой изоляции зависит от максимальной напряженности поля. Максимальная напряженность, которая может быть допущена в масле, недопустима в элегазе. Поэтому изоляция в элегазовом трансформаторе требует определенного усовершенствования но сравнению с масляными трансформаторами. Чтобы уменьшить напряжение на газовых промежутках в системе газ — твердая изоляция применяются материалы с малой диэлектрической постоянной, а в некоторых случаях применяются полые дистанцирующие детали для уменьшения их диэлектрической постоянной.
Давление газа. Для повышения электрической прочности и улучшения охлаждения желательно высокое давление элегаза. Однако большинство трансформаторов имеют бак не простой цилиндрической формы, а иной формы, и поэтому экономически невыгодно изготавливать их рассчитанными на высокое давление. Поэтому в большинстве элегазовых трансформаторов применяется давление 2 кгс/см2 при максимальной рабочей температуре. И все же, элегазовые трансформаторы напряжением 275 кВ имеют максимальное рабочее давление несколько выше. Это сделано для повышения электрической прочности, что дало возможность иметь трансформатор в пределах транспортных габаритов.
Переключающее устройство РПН. В контакторе переключающего устройства применены вакуумные камеры во избежание попадания в элегаз продуктов горения дуги. В элегазовых трансформаторах отсутствует очистка элегаза, и его электрическая прочность может быть снижена металлическими частицами, образующимися при механическом износе контактов. Поэтому в избирателе вместо скользящих контактов применены контакты катящегося типа. Кроме того, сочленения движущихся частей имеют безмасляную структуру со специальной обработкой поверхностей. Таким образом, в элегазовых трансформаторах применяется совершенно иное переключающее устройство, нежели в масляных трансформаторах.
Элегазовые трансформаторы в России — есть ли смысл?
Элегазовые трансформаторы завоевали неплохую популярность в таких странах как Япония и Корея. Связано это, естественно, с высокой плотностью населения в этих странах. Например в Японии проживает 127 253 075человек, при общей территории страны в 377 944 квадратных километра (включая и водный объем, в том числе). Если сравнить эти цифры с Российской Федерацией, где проживает 143 666 931 человек при общей территории 17 125 187 квадратных километров, можно представить себе, насколько важно там экономить пространство. Соответственно расположение трансформаторных подстанций там по большей части подземное. А учитывая сейсмическую активность Японии, безопасность трансформаторов должна быть самого высокого уровня, соответственно, элегазовые трансформаторы там — единственный надежный вариант.
Что касается России, здесь целесообразность таких трансформаторов весьма сомнительна. Во-первых, стоимость их в разы превосходит стоимость масляных, и это при том, что по объему они практически неразличимы. Экономить пространство в этой стране совершенно не принципиально, даже скорее наоборот, соответственно использование элегаза вряд ли может пользоваться популярностью. Тем более, что температурные особенности элегаза не предполагают его использование при температуре ниже 30 градусов по Цельсию.
Еще одной проблемой при установке элегазовых трансформаторов на подстанции можно считать и отсутствие квалифицированного персонала, ведь при эксплуатации также нужно соблюдать необходимые требования безопасности. Если, к примеру, в масляных трансформаторах утечка масла — не такая страшная беда, то вот утечка газа — это уже совсем другое дело. Кроме того, тепловыделение элегазовых трансформаторах значительно выше, что предполагает усиление системы вентиляции и, как следствие, — удорожание проекта.
На данный момент элегазовые трансформаторы установлены на подстанции «Сколково». Для более подробного анализа их работы стоит следить за ходом эксплуатации данной подстанции.
Элегаз и его применение в электроэнергетике
Элегаз и его применение в электроэнергетике
Ю. Н. Зацаринная
М. Ф. Габбасов
А. П. Зорин
Впервые в 1941 г. советским физиком Б.М. Гохбергом было предложено использование шестифтористой серы в качестве электроизоляционной среды, которая получила название элегаз. Был установлен ряд положительных свойств элегаза, которые выделяли его на фоне других диэлектрических сред, использующихся в электротехнике. Элегаз не поддерживает горение, а его молекулы способны захватывать свободные электроны, превращаясь в тяжелые, малоподвижные ионы, именно поэтому этот газ еще называют «электроотрицательным». При нормальной температуре (20 °С) и давлении 0,1 МПа элегаз представляет собой газ без цвета и запаха. Плотность его почти в 5 раз выше плотности воздуха. Элегаз обладает низкой теплоемкостью в канале столба дуги и повышенной теплопроводностью горячих газов, окружающих столб дуги (2000 К). Это характеризует его, как среду, обладающую высокими теплопроводящими свойствами. Но выявились так же и отрицательные качества элегаза, среди которых высокая температура сжижения (– 64 °С) при давлении 0,1 МПа, которая с увеличением давления повышается, а так же тот факт, что под влиянием электрической дуги или коронного разряда происходит разложение элегаза с образованием химически активных соединений, которые могут вызвать разрушение изоляционных и конструктивных материалов. Однако, степень этого разложения невысока, вследствие того, что большое количество разложившегося газа немедленно восстанавливается в элегазе. Последний факт вызывает необходимость включения в конструкцию различных фильтров, для поглощения продуктов разложения. Так же при нарушении технологии производства элегаза или при прохождении через него электрического разряда (дугового, коронного, частичного) он разлагается на составляющие газы, в их числе S2F10 — чрезвычайно токсичный газ. Интенсивность образования таких примесей и вредные последствия значительно усиливаются при наличии в элегазе примесей кислорода и, особенно, примесей паров воды. Стабильность молекулярного состава элегаза сильно влияет на экологию: гексафторид серы имеет огромный Потенциал Глобального Потепления (в 24900 раз выше, чем у СO2), а время его жизнеспособности составляет 3200 лет. Поэтому, согласно Киотскому протоколу, SF6 классифицирован как газ ограниченного применения. Так как элегаз тяжелее воздуха, то в низко расположенных закрытых помещениях скопившийся элегаз может вытеснить воздух. Эти недостатки элегаза обусловливают высокие требования к качеству герметичности электротехнического оборудования. Спустя почти пол столетия в мировой энергетике места привычных высоковольтных электротехнических аппаратов, которые использовали в качестве электроизоляционной среды воздух, масло и вакуум стали постепенно заниматься элегазовым оборудованием. Это вызвано рядом недостатков диэлектрических сред, используемых в электротехнических аппаратах. Среди этих недостатков сравнительно низкая электрическая прочность воздуха (Е=20 кВ/см), которая компенсируется повышением давления, что вызывает необходимость наличия развитой компрессорной и пневматической систем. Отсюда высокая стоимость оборудования и большие затраты энергии на собственные нужды устройства, высокая взрыво- и пожароопасность, большие габариты, дорогостоящее обслуживание, необходимость периодической замены масла в масленых электротехнических устройствах высокого напряжения, сложность и высокая стоимость вакуумного производства, возможность возникновения коммутационных перенапряжений при отключении малых индуктивных токов в вакуумных коммутационных аппаратах, склонность материалов к сварке в условиях глубокого вакуума. Среди элегазового оборудования можно выделить наиболее распространенные виды аппаратов, это высоковольтные выключатели, трансформаторы и комплексные распределительные устройства с элегазовой изоляцией (КРУЭ). Их то мы и рассмотрим в данной статье. Трансформаторы с элегазовой изоляцией впервые были разработаны в США фирмой Вестингауз в конце 50-х годов. Силовые трансформаторы напряжением до 138 кВ и мощностью до 40 МВА были разработаны в 60-х годах. В Европе элегазовые трансформаторы появились в середине 60-х годов. Однако дальнейшего развития ни в США, ни в Европе они не получили. В Японии первый трансформатор с элегазовой изоляцией напряжением 69 кВ и мощностью 3 MBА был изготовлен в 1969 г. Возрастающие требования пожаробезопасного оборудования и запрет применения негорючих изоляционных жидкостей на основе трихлордифенила в 1972 г., стимулировали развитие элегазовых трансформаторов (ЭТ). Их производство постоянно увеличивалось с началом поставок элегазовых трансформаторов напряжением 69 кВ мощностью 3 и 10 MBА для комплектных элегазовых подстанций в 1979 г. В 1991 г. элегазовые трансформаторы составляли свыше 8 % в общем производстве силовых трансформаторов. Требования пожаробезопасности мощных высоковольтных подстанций, расположенных в жилых районах могут быть выполнены с установкой элегазовых трансформаторов. Такой трансформатор напряжением 275 кВ мощностью 300 MBА впервые был изготовлен в 1990 г. Применение силовых трансформаторов с элегазовой изоляцией в России началось в 2012 г., компания ЗАО «ИСК «Союз-Сети» завершила работы по монтажу двух элегазовых трансформаторов 220/20 кВ мощностью по 63 МВА производства Toshiba (Япония) на строящейся подземной подстанции 220 кВ «Сколково»]. Работы были осуществлены под руководством представителей шеф-инженеров от фирмы Toshiba. Эти трансформаторы специально разработаны для использования на подземных энергообъектах. Ранее подобные автотрансформаторы в России не применялись. Примерно в 1955 г. в компании Merlin Gerin была начата исследовательская работа по применению элегаза для изоляции и отключения цепей, в результате чего был разработан элегазовый выключатель Fluarc FB4 на напряжение = (7,2-36) кВ, номинальный ток отключения = 25 кА, номинальный ток = (630-1250) А. Давление внутри корпуса составляло 1,5 МПа, время гашения дуги = 15 мс, полное время отключения = 60-80 мс, срок службы — 20 лет. В 1956 году компанией «Вестингауз» был сконструирован первый высоковольтный автоматический выключатель, который мог отключать ток силой 5 кА под напряжением 115 кВ, но он имел 6 камер прерывания тока. Спустя несколько этапов развития, в 1983 г. появились первые выключатели, в которых применялись дугогасительные камеры с одиночным разрывом при напряжении 220 кВ, а так же от 440 кВ до 500 кВ и для 750 кВ, соответственно с 2, 3 и 4 камерами на каждый полюс, что привело к их широкому распространению. Такие преимущества элегазовых выключателей, как простота дугогасительной камеры, короткое время отключения, относительно малые габариты и масса, пожаро- и взрывобезопасность, малый износ дугогасительных контактов обусловили их широкое распространение. Отдается предпочтение элегазовым выключателям на напряжения от 70 до 800 кВ, токи отключения до 50 кА, время отключения 0,04-0,06 с, с апериодической составляющей менее 60 %, в климатических районах с минимальными минусовыми температурами выше минус 30 °С. В крупном городе или, к примеру, в жестких северных условиях, где площади помещений обходятся очень дорого целесообразно устанавливать небольшое по размерам оборудование. С началом внедрения практики использования КРУЭ в семидесятых годах 20 века стало возможным сочетать компактность и большую эффективность электроснабжения. Задача КРУЭ — прием и распределение электроэнергии. Они состоят из шкафов и соединительных элементов, которые также заключены в шкафы или в блоки из шкафов. Отечественные образцы КРУЭ впервые были опробованы в 1974 году. В 1978 году в Москве была запущена ПС «Елоховская» на 110/220 кВ, КРУЭ для которой были изготовлены на базе завода «Электроаппарат». В Москве не менее 10 подстанций, в которых КРУЭ этого производителя работают по сей день. В последующие годы развитие производства КРУЭ в нашей стране шло медленно, и к 21 столетию на рынок начали внедряться такие производители, как Siemens, ABB, Alstom и другие с КРУЭ собственных разработок. На сегодняшний день отечественные КРУЭ выпускаются в классе напряжения до 330 кВ. В конце 1990-х начале 2000-х по заказу южнокорейской организации Hyundai Heavy Industries ОАО НИИВА разработал и провел успешное испытание КРУЭ на классы напряжения 362, 500 и 800 кВ. В отечественной практике принята установка КРУЭ в закрытых и подогреваемых (для поддержания температуры не ниже минус 5 °С) помещениях для защиты от атмосферных осадков и предотвращения коррозии. При этом обеспечивается круглогодичное удобство монтажа и эксплуатации оборудования, нет необходимости в устройствах для подогрева элегаза. Экономически это вполне оправданно с учетом небольших габаритов КРУЭ. На основе анализа научно-технической литературы можно сделать следующий вывод. Элегаз, как дугогасительная среда нашла широкое применение в различных электротехнических устройствах, в силу ряда своих преимуществ перед уже существующими диэлектрическими средами, используемых в электротехническом оборудовании. Это такие характеристики, как пожаро- и взрывобезопасность, высокая диэлектрическая прочность, высокая теплопроводность, способность захватывать свободные электроны и малое время, необходимое для восстановления электрической прочности после пробоя и др. Благодаря этим свойствам, у оборудования, использующего элегаз, существенно уменьшаются масса и габариты, улучшается безопасность, увеличивается срок службы, а так же снижаются затраты на обслуживание. Таким образом, элегазовое оборудование имеет хорошие перспективы для дальнейшего распространения, развития и усовершенствования.
Каталог трансформаторов элегазовых | Pairon Technology
Преимущество трансформаторов с элегазовой изоляцией
Силовой элегазовый трансформатор постепенно вытесняет устаревшее оборудование энергетических подстанций. Это новая научная разработка, которая повышает безопасность при эксплуатации и обслуживании установок. Трансформаторы с элегазовой изоляцией характеризуются высоким показателем пожарной безопасности, устойчивости к взрывам.
В последние десятилетия оборудование, обеспечивающее промышленные, бытовые объект электричеством, стало габаритным. Для установки требуются большие свободные пространства. Поэтому трансформатор тока ныне монтируется прямо в черте города, под зданиями общественного пользования, парками и прочими общественными объектами. Требования к безопасности силовых установок значительно возросли. Масляными трансформаторами подобные условия не выполняются в полном объеме. Поэтому устаревшие агрегаты сегодня массово заменяют элегазовыми установками.
Область применения
Элегазовый трансформатор напряжения применяется на различных электрических подстанциях. Прибор способен передавать сигнал измерительным приборам, защитным компонентам распределительных устройств. Элегазовые трансформаторы подключаются к трехфазной (промышленной) сети. Их задачей является трансформация переменного тока 50 Гц. Установка разрешается в средних и умеренно холодных климатических зонах.
Работа трансформаторов на основе изоляции из элегаза возможна практически во всех отраслях промышленной деятельности человека. Функционирование оборудования позволяет передавать обработанный сигнал измерительным приборам, охранным, защитным система. Установка применяется для обеспечения работы различных приборов учета электроэнергии.
Элегазовый трансформатор тока идеально подойдет для закрытых или подземных подстанций, функционирующих в черте города. Установки монтируют в критических с точки экологии районах. В таких зонах недопустима утечка масла. Здесь разрешается применять исключительно оборудование на элегазе.
Конструкция
Элегазовый трансформатор характеризуется определенным устройством конструкции. Вверху на опорном изоляторе установлен металлический корпус. Система монтируется на основании. На пластине установлена конструкция с выводами вторичных контуров. Первичная обмотка с выводами находится на металлическом корпусе. Внутри этой полости, в изоляторе есть изоляционный газ.
Первичная обмотка позволяет регулировать количество витков, влияя на коэффициент трансформации. Секции первичного контура соединены последовательно-параллельно. Витки вторичных контуров находятся в электрических экранах. Это нужно для выравнивания показателей индукционного поля внутри системы.
Магнитопривод, активная часть вторичной обмотки изготавливается из нанокристаллического сплава. В состав материала входит железо. Защитные обмотки выполнены из анизотропной электротехнической стали.
Внутреннее пространство
В процессе эксплуатации и обслуживания элегазового аппарата производится состояние внутренней среды. Оценку осуществляет сигнализатор плотности, основанный на принципе температурной компенсации. Выключатель может быть разной конструкции. Чаще устанавливаются колонковые и баковые разновидности.
Сигнализатор плотности газовой среды внутри герметичного корпуса обладает двумя парами контактных выводов. Это позволяет принимать информацию из двух точек замера плотности газа. Система позволяет дистанционно контролировать давление внутри корпуса.
Защитные системы
Уплотнительные материалы характеризуются высоким качеством. Это позволяет обеспечить минимальную утечку газа. В год этот показатель достигает не более 0,5 %.
Вверху конструкции предусмотрено защитное устройство, коммутирующее внутреннее газовое пространство с атмосферой при значительном росте давления внутри корпуса. Благодаря особенностям элегазовой среды, специальной конструкции защиты, оборудование считается пожаробезопасным и не взрывоопасным.
Преимущества
Список преимуществ элегазовых подстанций огромен. Это объясняет популярность представленных трансформаторных устройств. К преимуществам относится следующее:
1. Техническое обслуживание в процессе эксплуатации установки практически не требуется. Это преимущество техники объясняется заполнением корпуса элегазом.
2. Высокая пожаро- и взрывобезопасность обеспечиваются применением при создании изоляционной среды, хладагента гексафторида серы. На предприятии не требуется устанавливать оборудование для тушения пожара, дополнительную масляную емкость.
3. Технические особенности позволяют эксплуатировать установку не менее 35 лет.
4. Внутреннее давление относительно невелико. Принцип заполнения короба дополнительно обеспечивает взрывобезопасность систем.
5. Для различных областей эксплуатации применяется оборудование от 35 до 2000 А.
6. Уделять большое внимание обслуживанию трансформатора не потребуется. Это сокращает расходы предприятия.
7. Технический контроль качества производится производителем на всех этапах производства.
8. Трансформаторные устройства представленной категории характеризуются компактными габаритами.
9. В ходе технического оснащения подстанции возможно коммутировать подобные установки с оборудованием других разновидностей. Это позволит рационально использовать свободное пространство помещения.
10. Работа установки характеризуется низким уровнем шума.
11. Не требуется расширительный бак. Это позволяет уменьшить высоту конструкции. Появляется больше возможностей для установки агрегата в различных помещениях.
При нынешнем техническом развитии энергетической отрасли ведутся новые разработки, позволяющие усовершенствовать конструкцию элегазового оборудования. Специалисты утверждают, что подобная аппаратура со временем вытеснит масляные разновидности силовых трансформаторов.
Инновационные разработки в энергетической отрасли
В данной статье основным предметом обсуждения является проблема обновления электрооборудования в энергетической отрасли. Проведено сравнение достоинств новых элегазовых и традиционных масляных трансформаторов.
Ключевые слова: электрооборудования, масляные трансформаторы, элегазовые трансформаторы, инновации в энергетике.
С развитием энергетической отрасли к оборудованию предъявляются повышенные требования в различных аспектах. Современное оборудование по высокотехнологичности, безопасности и эффективности значительно превосходят предыдущих технологий. На данный момент, доля применения современных, инновационных разработок на практике крайне мала, несмотря на их целый ряд преимуществ и достоинств. Сегодня к технике предъявляются все более высокие требования, поэтому на данный момент проблема замены устаревшей техники на современную очень актуальна. В настоящее время значительная часть силовых масляных трансформаторов, используемых в российских установках, устарела или исчерпала свой ресурс и требует замены на современные высокотехнологичные, пожаробезопасные и взрывобезопасные трансформаторы. К числу таких трансформаторов относят силовые элегазовые трансформаторы [2].
Элегазовый трансформатор представляет собой герметичную конструкцию, где в качестве изоляции и охлаждения применяются не привычные синтетические смолы и трансформаторное масло, а специальное газовое наполнение элегаз. Элегаз, или гексафторид серы неорганическое вещество, инертный газ, тяжелее воздуха. обладает высоким пробивным напряжением, что обеспечивает высокую электрическую прочность. Применяют как изолятор и теплоноситель в высоковольтной электротехнике, как технологическую среду в электронной промышленности, также в полупроводниковой промышленности. Рассмотрим основные достоинства и преимущества элегазовых трансформаторов от масляных.
Негорючесть: Применение в силовых элегазовых трансформаторах в качестве изоляции и хладагента негорючего элегаза (гексафторида серы SF6) является кардинальным решением проблемы пожаробезопасности этого типа трансформаторов, что делает ненужным устанавливать вокруг них противопожарное оборудование, маслосборники и сточные канавы. Тем самым, при применении элегазовых трансформаторов наиболее эффективно используется пространство на электроподстанции.
Взрывобезопасность: Если при возникновении внутренних неисправностей в элегазовом трансформаторе возникнет электрическая дуга, то вследствие сжимаемости элегаза внутреннее давление в элегазовом трансформаторе повысится намного меньше, чем в масляном трансформаторе. Тем самым, не возникает никакой угрозы для герметичности бака, что полностью исключает опасность его взрыва или возгорания и гарантирует безопасность оборудования на электроподстанции, где установлен элегазовый трансформатор.
Экономичность: В элегазовых трансформаторах есть возможность утилизации тепла от теплообменников для обогрева помещении. Также, при сооружении подземной подстанции с элегазовыми трансформаторами наземная территория может использоваться под различные цели: офисные здания, парковка для автомобилей и т.д [1]. Экономия на материалах, строительных и монтажных работах, текущей эксплуатации и расходах на ремонт.
Малошумность: Поскольку элегаз обладает значительно лучшими звукоизолирующими свойствами, чем трансформаторное масло, уровень шума элегазового трансформатора оказывается намного ниже по сравнению с уровнем шума, создаваемого масляным трансформатором.
Компактность: Поскольку при применении элегазовых трансформаторов отсутствует необходимость установки расширительного бака и устройства сброса давления, становится возможным существенно уменьшить высоту помещения трансформаторной подстанции.
Малая масса: Поскольку удельный вес элегаза меньше, чем удельный вес масла, силовые элегазовые трансформаторы имеют меньшую массу по сравнению с масляными трансформаторами такой же мощности.
Экологичность: вторичной переработки Вторичная переработка отработавших свой ресурс силовых элегазовых трансформаторов намного выше по сравнению с переработкой отслуживших свой срок масляных трансформаторов. В то же время при утилизации масляных трансформаторов масло, используемые в них материалы не могут повторно использоваться по своему прямому назначению. Отсюда следует, что производство и использование элегазовых позволяет экономить как природные, так и трудовые ресурсы.
Элегазовые трансформаторы в тоже время имеют некоторые недостатки. Например, при высокой температуре и при повышенном давлении элегаз может перейти в жидкое состояние. с учетом этого, при эксплуатации в условиях с высокой температурой давление не должно превышать допустимых значений [2]. Например, при температуре в 40°C давление элегаза не должно превышать 0,4 МПа. Также гексафторид серы может разлагаться под воздействием электрических разрядов, образуя химически активные и токсичные для человека вещества. Кроме того, существенным недостатком элегазовых трансформаторов является их стоимость, по сравнения с масляными трансформаторами [3].
Однако, затраты на эксплуатацию, а также на капитальный ремонт масляных трансформаторов намного выше чем элегазовых. Элегазовые трансформаторы не требуют специального обслуживания, кроме контроля давления газа. Таким образом, рассмотрев на примере сравнения элегазовых и масляных трансформаторов, мы можем сделать вывод, что повсеместное внедрение современного высокотехнологичного оборудования позволяет в целом повысить качество, эффективность и безопасность всей энергетической отрасли, а также обеспечить предъявляемые к нему высокие требования.
Литература:
- Гура Ю. Л. Силовой трансформатор с элегазовым заполнением // Электрик, 2009. № 1–
- Егунов А. И., Гвоздев Д. И., Горохов А. А.// В сборнике: Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации. материалы VIII Международной научно-технической конференции: в 2 частях.
- Кравченко А. Силовые элегазовые трансформаторы // Электрик, 2014. № 1– Применение лазеров в современной промышленности.