Сегодня на объектах Минтопэнерго Украины находится в эксплуатации значительное количество воздушных и масляных выключателей 110-750 кВ. Так, на подстанциях 220-750 кВ их установлено около 2 420 штук, из них 30 % отработали свой нормативный срок службы, а более 10% выключателей 220 кВ не отвечают токам короткого замыкания. Аналогичная ситуация на подстанциях 110-35-10-6 кВ облэнерго.

      Эксплуатация воздушных и масляных выключателей связана со значительными материальными затратами: компрессорное хозяйство, маслохозяйство, воздухопроводы, запасные части и др. Многие типы выключателей давно сняты с производства, отсутствие запасных частей и их производства очень сильно затрудняют капитальные и текущие ремонты выключателей. Огромные затраты на ремонты выключателей, компрессорного и масляного хозяйства дают возможность только поддерживать их в рабочем состоянии, но не снижают количества их отказов в работе.

      Учитывая все эти проблемы, в последние годы все интенсивнее и упорнее ведется работа по внедрению элегазовых выключателей напряжением 110-750 кВ. К сожалению, отечественная промышленность еще не производит элегазовые выключатели и, очевидно, еще не скоро освоит их производство.

      Поэтому в Украину сегодня поставляются элегазовые выключатели таких ведущих зарубежных фирм как: ABB, Siemens, Vatech, Alstom. Эти фирмы обладают более чем 50-летним, а фирма ABB – более чем вековым опытом разработки, испытаний и изготовления высоковольтных выключателей.

      Элегазовые выключатели отличаются высокой надежностью, долговечностью, простотой конструкции и установки, безопасностью. Особенностью элегазовых выключателей является то, что в них в качестве дугогасительной, теплоотводящей изолирующей среды применяется элегаз (электротехнический газ). Выбор элегаза ( шестифтористая сера SF6) не случаен. Плотность элегаза – электроотрицательного газа – при нормальных условиях в пять раз выше плотности воздуха. Эта особенность, а также то, что сечение радиационного захвата электронов молекулой элегаза велико, обуславливает его высокую электрическую прочность (почти в три раза превышающую прочность воздуха при одних и тех же условиях).

      Чистый газообразный элегаз химически не активен, безвреден; не горит и не поддерживает горения, обладает повышенной теплоотводящей способностью, удачно сочетает в себе изоляционные и дугогасящие свойства, легкодоступен и сравнительно недорог. Его электрические характеристики обладают высокой стабильностью. При нормальной эксплуатации элегаз не действует на материалы, применяемые в аппаратостроении; он не «стареет» и не требует ухода, как например масло.

      Учитывая перечисленные свойства элегаза, в выключателях применяют простые конструкции дугогасительных устройств, при небольшом числе разрывов и малой длительности горения дуги. Благодаря более высокой плотности теплопередающая способность элегаза также оказывается намного лучшей по сравнению с воздухом.

      Высокая электрическая плотность и теплопередающие свойства элегаза определяют и его прекрасную дугогасительную способность, что позволяет отключать в элегазе мощности в 70..100 раз больше, чем в воздухе. Этот газ не токсичен, химически нейтрален к конструкционным материалам, пожаробезопасен, имеет относительно низкую температуру сжижения.

      Учитывая такие уникальные способности элегаза, ряд ведущих зарубежных фирм разработали самые различные элегазовые аппараты и элементы: выключатели, разъединители, заземлители, трансформаторы тока и напряжения, шинопроводы, высоковольтные вводы и др.

      В последствии на их основе были созданы герметизированные комплектные распределительные устройства с заполнением элегазом (КРУЭ). Первые КРУЭ с элегазовой изоляцией появились на мировом рынке в середине 60-х годов.

      КРУЭ комплектуются стационарными электрическими элементами (выключателями, разъединителями, заземлителями, трансформаторами тока и напряжения, сборными шинами), помещенные в герметизированные заземленные металлические оболочки, заполненные элегазом под давлением. Оболочки отдельных элементов соединяют между собой при помощи фланцев с уплотнениями из синтетического каучука, этиленпропилена и других материалов. Внутренние объемы оболочек некоторых элементов сообщаются между собой. В целом КРУЭ секционированы по газу. Каждая секция имеет свою контрольно-измерительную аппаратуру.

      Значение давления элегаза в КРУЭ выбирают с учетом создания необходимой электрической прочности. Так, для аппаратов напряжением 110 кВ при температуре 20 градусов необходимый уровень электрической прочности в наиболее слабых местах обеспечивается при абсолютном давлении 0,25МПа. В выключателях элегаз находится под большим давлением -0,7 МПа. Утечка газа допускается не более 5 % в год. Обслуживание КРУЭ сводится главным образом к контролю за давлением в секциях и пополнению их элегазом. Перед демонтажем элементов для ремонта элегаз из секций удаляют при помощи специальных передвижных установок. Хотя элегаз и не токсичен, однако при вскрытии элегазовых аппаратов внутренние объемы предварительно следует проветрить. При обслуживании элегазовых установок персоналу следует помнить, что элегаз в пять раз тяжелее воздуха и при утечках скапливается на уровне пола, подвалах, кабельных каналах, вытесняя кислород. Следует также помнить, что в случае выброса элегаза в атмосферу из-за прожига резервуаров выключателя, разрывов предохранительных мембран и в других подобных ситуациях могут произойти загрязнения продуктами разложения. В продуктах разложения элегаза электрической дугой содержатся активные высокотоксичные фториды и сернистые соединения.

      Наличие продуктов разложения можно обнаружить по неприятному едкому запаху. Эти химические соединения в газообразном и твердом состояниях чрезвычайно опасны для человека.

      За прошедшие десятилетия число КРУЭ, установленных в различных странах, резко возросло, несмотря на то, что стоимость этих устройств все еще в 1,2 – 1,8 раза превышает затраты на изготовление традиционных конструкций.

      В Украине КРУЭ находят применение пока ограничено на напряжение 0,4 – 35 кВ при строительстве новых объектов в крупных городах, где стесненные условия, и нужно компактно разместить оборудование распредустройств.

      Все большее применение в Украине находят элегазовые выключатели 110-750 кВ, и особое место среди производителей элегазового оборудования занимает всемирно известная шведская компания ABB. За прошедшие годы выключатели фирмы ABB приобрели репутацию аппаратов, способных надежно и долговечно работать в любом климате и в любой части части мира. За период с 1994 года в Украине введено в эксплуатацию более 200 выключателей 110-750 кВ фирмы ABB. В настоящее время ABB выпускает два типа выключателей: серии LTB - с автокомпресионной (Auto-Puffen тм) дугогасительной камерой и серии HPL с компрессорной (Puffen) дугогасительной камерой. Оба типа выключателей оснащены механизмом управления, имеющий моторно- пружинный привод. Технические характеристики обеих типов выключателей соответствуют требованиям международных стандартов (МЭК) и ГОСТ 687-87.

      Процесс компрессионного дугогашения, применяемый в выключателях серии HPL, имеет конструкцию с одноходовым движением для размыкания контактов.

      В нормальном положении контакты выключателя замкнуты, и ток проходит от верхнего токопровода к нижнему через главные контакты и компрессионный цилиндр. При операции отключения, подвижные части главного и дугогасящего контактов, а также компрессионный цилиндр и сопло сдвигаются в разомкнутое положение. Таким образом, подвижные контакты, сопло и компрессионный цилиндр составляют один подвижный узел. Когда подвижный узел двигается в направлении разомкнутого положения контактов, клапан заполнения закрывается и элегаз начинает сжиматься между подвижным компрессионным цилиндром и неподвижным поршнем. Первыми разделяются главные контакты. Благодаря тому, что размыкание главных контактов происходит за время, достаточное до начала размыкания дугогасящих контактов, дуга будет зажигаться только между дугогасящими контактами в объеме, ограниченном геометрией сопла.

      Когда начинают размыкаться дугогасящие контакты, между подвижным и неподвижным дугогасящими контактами зажигается дуга. Во время горения дуги тело плазмы в некоторой степени блокирует движение элегаза через сопло, в результате чего в компрессионном объеме продолжает увеличиваться давление газа до того момента, когда токовая кривая проходит через нулевое значение, и дуга становится сравнительно слабой. В этот момент поток под большим давлением элегаза вырывается из компрессинного объема через сопло и гасит дугу.

      В разомкнутом положении расстояние между неподвижным и подвижным контактами выбрано достаточным для того, чтобы выдержать нормированные уровни диэлектрической прочности промежутка. При операции выключения клапан наполнения открывается и элегаз может свободно проходить в компрессионный объем.

      Следует отметить, что давление элегаза, необходимое для гашения дуги, поднимается чисто механическим способом. Таким образом, выключатели с компрессионным методом гашения нуждаются в достаточно мощном приводе, что бы преодолеть создаваемое газом давление в сжимаемом объеме, которое необходимо для отключения номинальных токов К3, но при этом обеспечить определенную скорость движения контактов, чтобы в образующемся межконтактном изоляционном промежутке выдерживать без повторных пробоев восстанавливающееся на контактах напряжения.

      Дугогасительные устройства автокомпрессионного типа (Auto-Puffen тм) демонстрируют свои расчетные преимущества главным образом при отключении больших токов (например, номинального тока К3).

      В начале процесса отключения, автокомпрессионное дугогасительное устройство начинает работать таким же образом, как и компрессионное. Различие же в принципе их действия при отключении больших и малых токов проявляется только после появления дуги.

      Когда дугогасящие контакты разъединяются, зажигается дуга между подвижным и не подвижным дугогасящими контактами. Во время горения дуги, она в некоторой степени блокирует поток элегаза через сопло. Горящая дуга характеризуется очень высокой температурой и мощным излучением тепла и начинает нагревать элегаз в ограниченном газовом объеме. Таким образом, давление внутри как автокомпрессионного, так и компрессионного объема возрастает как из-за повышения температуры от дуги, так и вследствие сжатия газа в общем пространстве между компрессионным цилиндром и неподвижным поршнем.

      Давление газа в автокомпрессионном объеме продолжает повышаться до тех пор, пока не станет достаточно высоким для того чтобы закрыть специальный автокомпрессионный клапан. Весь элегаз, необходимый для гашения дуги, теперь ограничен в замкнутом автокомпрессионном объеме, и его давление в этом объеме может дополнительно повышаться только из-за нагрева дугой. Примерно в то же самое время, давление газа в нижнем компрессионном объеме, достигает уровня, достаточного для открывания клапана сброса избыточного давления. Поскольку элегаз из компрессионного объема уходит через клапан сброса избыточного давления, это снижает потребность в дополнительной рабочей энергии привода, необходимой, чтобы преодолеть сжатие элегаза при одновременном сохранении скорости расхождения контактов, что необходимо для бесперебойного выдерживания восстанавливающегося на контактах напряжения.

      Когда ток проходит через нулевое значение, дуга становится сравнительно слабой и в этот момент поток сжатого элегаза вырывается из автокомпрессионного объема через сопло и гасит (сдувает) дугу.

      При отключении слабых токов автокомпрессионные дугогасящие устройства работают, по существу, аналогично компрессионным устройствам, так как создаваемое давление элегаза недостаточно для закрытия специального автокомпрессионного клапана. В результате верхний фиксированный автокомпрессионный объем и нижний автокомпрессионный объем формируют один общий объем сжатия. В этом случае давление элегаза, необходимое для прерывания дуги, достигается обычным механическим способом от энергии привода, то есть как в обычном компрессионном устройстве дугогашения. Однако, в отличие от компрессионного устройства, автокомпрессионное устройство нуждается в меньшей энергии привода для механического создания давления элегаза при отключении токов, меньших номинального значения тока К3 (то есть порядка 20-30%).

      В разомкнутом положении, между неподвижным и подвижным контактом существует достаточный изоляционный промежуток, способный обеспечить номинальные уровни диэлектрической прочности.

      При операции включения открывается клапан наполнения и элегаз поступает как в нижний ( компрессионный), так и в верхний (автокомпрессионный) объёмы устройства дугогашения. Поскольку для отключения слабых токов достаточно среднего уровня давления элегаза, создаваемого механическим способом, а для прерывания больших токов отключение используется тепловая энергия дуги, создающая дополнительные давления элегаза в ограниченном объеме, то для работы автокомпрессионного дугогасительного устройства требуется меньшая (примерно на 50 %) рабочая энергия привода, чем для работы компрессионного устройства гашения дуги.

      Выключатели серии LTB и HPL могут работать в 1-но и 3-х полюсном режиме управления ( с приводами на один или три полюса). Выключатели с одной дугогасящей камерой на полюс ( до 220 кВ включительно) могут работать в обоих режимах управления. Выключатели с двухкамерным дугогасящим устройством (330 кВ и выше) допускают только пополюсный режим управления. При 3-х полюсном режиме управления полюсы выключателя и один привод кинематически соединяются между собой с помощью тяг. На каждом полюсе предусмотрена отдельна отключающая пружина, соединенная с изоляционной оперативной тягой и через нее с подвижными контактами дугогасительного устройства. Однако существует одно исключение. В 3-х полюсном режиме управления на выключателе LTB Д применяется всего одна отключающая пружина для отключения всех трех полюсов, причем, эта пружина установлена на полюсе, наиболее удаленном от привода в механизме управления.

      Каждый полюс представляет собой герметичную, заполненную элегазом, колонку, которая имеет дугогасительное устройство в изоляторе, пустотелый опорный изолятор и корпус с механизмом для подсоединения управляющих тяг. Полюсы выключателя могут быть смонтированы на отдельных опорных стойках или, как в случае с выключателем LTB Д, на общей опорной раме.

      Выключатели являются последним звеном в цепи энергетических устройств, составляющих защитное оборудование системы энергосбережения. Привод должен в течении нескольких миллисекунд обеспечить энергию, необходимую для превращения выключателя из идеального проводника в идеальный изолятор. Отказ привода часто означает невыполнение операции отключения в целом, то есть приводы являются главными элементами, обеспечивающими надежность выключателя, и, следовательно, системы энергоснабжения в целом.

      Международные исследование показали, что 80% всех отказов высоковольтных выключателей происходят из-за отказов приводов. Поэтому что бы обеспечить предельную эксплуатационную надежность, выключатели следует оборудовать высоконадежными приводами.

      Выключатели LTB72,5-170 кВ и LTB Е 145-245 кВ с 1-полюсным управлением комплектуются пружинными приводами типа BLK, а выключатели LTB Е 145-245 кВ с 3-х полюсным управлением, LTB Е 362-550 кВ и выключатели серии HPL комплектуются приводами типа BLG.

      Наряду с пружинными приводами компания разработала и внедрила в производство систему с серводвигателем цифрового управления, способную непосредственно, с высокой точностью и надежностью, осуществлять привод на контакты выключателя. Число подвижных деталей в электроприводе сокращено до одной, - ротора электродвигателя. Внедрение электропривода Motor Drive совершило революционный переворот в технологии высоковольтных выключателей. В настоящее время электропривод применяется только компанией ABB в выключателях LTB Д 72,5-170 кВ.

      Простота механической части электропривода Motor Drive обеспечивает его основные преимущества:

      Зарядка энергией

 (1)Зарядное устройство допускает подключение дублированных вводов питания переменным и постоянным током и оно же является внутренним источником питания для конденсаторной батареи (2), блоков ввода-вывода (3) и управления (4). Нагрузочные требования по питанию весьма незначительные (менее 1А в нормальном режиме работы), с малыми потерями на нагрузках.

      Накопление энергии

 (2)Энергия для срабатывания привода накапливается в буферном блоке конденсаторов. Блок обеспечивает разделение между потребностью в кратковременной мощности для оперирования электродвигателем и в питании от источника собственных нужд подстанции. Блок контролируется, чтобы обеспечивать оперирование только при достаточном уровне запасенной энергии. Его параметры выбраны в строгом соответствии с требованиями стандартов МЭК и ANSI к режиму АПВ.

      Управление и сигнализация

 (3)Блок ввода-вывода команд принимает все оперативные команды на выключатель и обеспечивает выдачу сигналов обратно в систему управления подстанцией. Блок ввода-вывода содержит двухпозиционные механические вспомогательные контакты.

      Подача и распределение энергии

 После того, как команда на срабатывание (отключение или включение) проверяется в блоке ввода-вывода (3), она передается в блок управления (4).

      Блок управления анализирует и определяет режим условно-разрешительного логического управления командами на оперирование выключателем. Он содержит и исполняет запрограммированную кривую хода контактов (на отключение или выключение) и передает внутренние команды в преобразовательное устройство (5). Блок-конвертор, т.е. преобразователь питания, получает энергию постоянного тока от конденсаторной батареи (2), преобразует его в переменное напряжение и в цифровом алгоритме управления подает ток на электродвигатель (6), чтобы ротор электродвигателя (7) совершил требуемое движение.

      Ротор электродвигателя непосредственно подсоединен к рабочей изоляционной тяге выключателя. Встроенный в электродвигатель синусно-косинусный преобразователь (датчик положения ротора) непрерывно контролирует положение ротора. Эта информация подается обратно в блок управления. Блок управления проверяет измеренное датчиком положение, сравнивает его с положением, заданным на данный момент программой хода контактов и вычисляет погрешность. Блок управления выдает дополнительные управляющие сигналы в блок-конвертор для подачи энергии на продолжение дальнейшего движения контактов выключателя. Таким образом, с помощью постоянно действующей обратной связи движение контактов выключателя с высокой точностью постоянно регулируется в соответствии с предварительно запрограммированной кривой хода контактов, имеющейся в памяти блока управления.

      Украинских энергетиков с каждым годом все больше привлекает интерес к этим надежным, простым в эксплуатации и долговечным аппаратам. И верным их союзником и партнером в осуществлении программ по реконструкции и новому строительству энергетических объектов является ЗАО «Холдинговая компания «ЕМВ». За последние несколько лет компания «ЕМВ» успела завоевать популярность надежного производителя и поставщика устройств релейной защиты, автоматики, телемеханики, а также как поставщика различного оборудования распредустройств 6-750 кВ и, конечно же, элегазовых выключателей всех напряжений. Компания является официальным дилером таких ведущих мировых производителей элегазового оборудования, как компании ABB (Швеция) и VATECH (Италия), которую в прошлом году выкупил концерн Siemens.

      Имея в своем составе высокопрофессиональный персонал компания «ЕМВ» осуществляет проектирование, поставку и монтажно-наладочные работы поставляемого оборудования под «ключ». С целью снижения стоимости дорогостоящих элегазовых выключателей компания «ЕМВ» заключила контракт с фирмой «VATECH» на сборку элегазовых выключателей. Холдинг является единственной компанией из стран СНГ, с кем заключен такой контракт. В настоящее время идут подготовительные работы по организации сборки элегазовых выключателей 110 кВ и по планам первые партии выключателей совместной сборки пойдут уже в первом полугодии текущего года. Возрос интерес энергетиков в последнне время к элегазовому оборудованию шведской компании ABB. Если в прошедшем году мы поставили в Украину 45 выключателей, в т.ч. 39 штук производства ABB, то уже сейчас мы выиграли шесть тендеров на поставку 57 штук элегазовых выключателей 110-330 кВ фирмы ABB. При этом большинство из них будет производить монтаж и наладку с вводом в эксплуатацию компания «ЕМВ».

      Такой интерес энергетиков к продукции компании ABB не случаен. Доказательство тому, что они делают правильный выбор – прошедшие зимние испытания. При значительных морозах выключатели ABB вели себя безукоризненно, а на выключателях других производителей срабатывала сигнализация о снижении давления элегаза в аппаратах.

      Успех компании – инновационность, грамотная маркетинговая политика и высокое качество выполняемых работ.

      Политика эффективности холдинговой компании «ЕМВ» ориентирована на принцип устойчивого взаимодействия и направлена на долгосрочное сотрудничество с заказчиками, что и обеспечило компании репутацию одного из несомненных лидеров на рынке электроэнергетической продукции и услуг.