Современное высоковольтное оборудование, как способ повышения надежности энергосистемы

Электрическая и тепловая энергии практически неотделимы от быта и производственной деятельности человека. В прошедшем десятилетии энергопотребление значительно возросло, и в дальнейшем будет увеличиваться. В связи с этим необходимо совершенствовать существующие атомные, тепловые и электростанции, и строить новые объекты производства и преобразования энергии. Использование современного высоковольтного оборудования на этапе проектирования, а так же в качестве замены старого, позволит значительно снизить риск возникновения аварий, а, следовательно, избежать огромных экономических потерь, не говоря уже о человеческих жизнях. Проблема оценки и выбора рациональной степени надежности электрических станций и электроэнергетических систем является одной из наиболее важных проблем на современном уровне развития электроэнергетики. Этим и определяется повышенный интерес к проблеме надежности в последние годы как в нашей стране, так и за рубежом.
Надежность электроэнергетической системы есть свойство обеспечивать потребителей электроэнергией при отклонениях частоты и напряжения в определенных пределах, оговоренных ГОСТом и ПУЭ, и исключать ситуации, опасные для людей и окружающей среды.

Проанализировав аварии, произошедшие на объектах электроэнергетики, можно сделать вывод, что причин их возникновения множество: от механического повреждения оборудования до элементарной ошибки персонала подстанции. Все эти причины, в большинстве случаев, приводят к возникновению короткого замыкания.
Тогда, логически продолжая Закон о сохранении энергии, подобно разрыву водопровода, при повреждении «трубы», ограничивающей поток, энергия под давлением в доли секунды прорывается в любое доступное пространство. В результате сила тока может достичь 40 кА и более. Ударный ток, превышающий номинальный в сотни раз, приводит к большому тепловыделению и расплавлению электрических проводов с последующим возгоранием. Отдав накопленный потенциал в точку пробоя, в ближайших точках системы электроснабжения напряжение резко падает.

Короткое замыкание, в свою очередь, может спровоцировать следующие негативные последствия:

1. Системная авария, вызванная нарушением устойчивости системы. Это наиболее опасное последствие, способное привести к значительному технико-экономическому ущербу.
2. Термическое повреждение электрооборудования, связанное с его недопустимым нагревом токами КЗ.
3. Механическое повреждение электрооборудования, вызываемое воздействием больших электромагнитных сил между токоведущими частями.

4. Ухудшение условий работы потребителей. При понижении напряжения, например до 60–70 % от номинального, в течение 1 с и более возможна остановка двигателей промышленных предприятий, что, в свою очередь, может вызвать нарушение технологического процесса, приводящее к экономическому ущербу.
5. Наведение при несимметричных КЗ в соседних линиях связи и сигнализации ЭДС, опасных для обслуживающего персонала.
Наибольшая опасность при коротком замыкании угрожает элементам системы, прилегающим к месту его возникновения. В зависимости от места и продолжительности КЗ его последствия могут иметь местный характер (удаленное от источников питания КЗ) или отражаться на функционировании всей системы.

При выходе из строя высоковольтного оборудования, ущерб может составить более 300 млн. рублей. Ведь кроме затрат на восстановление электрооборудования и поврежденной инфраструктуры, электросетевые компании столкнутся с упущенной прибылью из-за простоя электроснабжения потребителей.
Всех потенциальных источников возникновения короткого замыкания, к сожалению, не учесть. Однако можно смягчить разрушительную силу короткого замыкания при помощи дополнительного звена цепи с малым активным сопротивлением – токоограничивающего реактора (от лат. rе- против, actor - действующий).
Реактор ограничивает ток короткого замыкания и поддерживает необходимый уровень напряжения на шинах электрических распределительных устройств в сети.
Как правило, реактор выбирается, исходя из расчетных данных короткого замыкания, номинального напряжения, тока и индуктивного сопротивления.
Токоограничивающие реакторы выпускают 3х типов – в зависимости от задач, бюджета и условий эксплуатации:
бетонные реакторы рассчитаны на напряжения до 35 кВ— отличаются большим весом и значительными габаритами;
масляные реакторы используют в сетях с напряжением выше 35 кВ — надежные, но существенно дороже сухих реакторов;
сухие реакторы можно использовать в сетях от 6-338 кВ. Они экологичны, с минимальными массогабаритными характеристиками и наиболее привлекательны по цене.
Кроме технического соответствия требованиям электрической цепи, важно учесть стоимость владения реактором — затраты на его эксплуатацию и содержание на протяжении всего жизненного цикла.
ЭМЗ г. Екатеринбург разработал конструкцию энергоэффективных сухих токоограничивающих ректоров, которые, благодаря сниженным потерям, полностью окупают вложенные инвестиции за 5 лет.

Токоограничивающие реакторы нашего производства изготавливаются из многожильного прямоугольного алюминиевого или медного провода класса нагревостойкости Н с рабочей температурой до 180°С, с высокотемпературной кремнийорганической изоляцией, с покрытием каждой жилы кремнийорганическим лаком. Конструкция обмотки – многослойная ци­линдрическая. Сечение и тип провода выби­раются в зависимости от требуемых параме­тров реакторов. Схема намотки катушек выполнена таким образом, чтобы обеспечить равномерное токоораспределение по параллельным проводникам (для уменьшения местных перегревов отдельных проводников в номинальном режиме), и механическую прочность обмотки при протекании через неё токов короткого замыкания. Для уменьшения добавочных потерь в проводе от вихревых токов, обмотка реактора изготавливается из многопроволочного алюминиевого провода с покрытием каждой жилы в нём кремнийорганическим лаком. Использование провода данной конструкции позволяет снизить добавочные потери с 30-40% до 5-10% от основных. В качестве наружной изоляции провода используется кремнийорганическая высокотемпературная силиконовая изоляция стойкая к влаге и солнечной радиации.
Конкурентным преимуществом провода покрытого силиконовой изоляцией по сравнению с проводами изолированными плёнками заключается в том, что алюминиевый провод полностью «замоноличен» и исключено попадание токопроводящей пыли и влаги, что в свою очередь может привести к межвитковым замыканиям в обмотке.
Механическая прочность реакторов обе­спечивается прессующей конструкцией, со­стоящей из стеклотекстолитовых планок, пропитанных изоляционным лаком, стянутых между собой немагнитными шпильками. Немагнитный металл позволяет избежать потерь от перемагничивания в стали и значительно уменьшить потери от вихревых токов. В качестве бандажа обмотки и для подвязки проводников применяется стеклобандажная лента типа ЛСБ.

Выводы реактора присоеди­няются к алюминиевой или медной сборной шине. Такая конструкция обладает высокой жёсткостью, что позволяет катушке выдерживать большие динамические и термические нагрузки, воз­никающие при коротких замыканиях.
Каждый изготовленный реактор проходит комплексные испытания и всестороннее обследование. В дополнение к приёмосдаточным испытаниям, которые проводятся в соответствии с ГОСТ 14794-79 (Реакторы токоограничивающие), для повышения эксплуатационной надёжности каждый реактор в процессе производства подвергается пооперационному контролю.
Эффективность от установки токоограничивающих реакторов на распределительной подстанции:
Токоограничивающий эффект.
—Оптимизация потокораспределения в сети с возможностью увеличения токов нагрузки в линиях при заданных режимах генерации.
—Дополнительные возможности обеспечения заявленного уровня электрических нагрузок.
—Увеличение ресурса эксплуатации существующего электрооборудования распределительных устройств электростанций и подстанций.
—Обеспечение перевода воздушных линий электропередач напряжением 110 кВ в кабельные и кабельно-воздушные линии с возможностью использования выключателей с достаточно не высокой, стандартной (существующей) отключающей способностью.
—Снижение потерь электрической энергии в системе электроснабжения.
—Возможность увеличения генерирующей мощности, мощности подстанций и строительство новых подстанций без необходимости одномоментной замены электрооборудования в прилегающей сети.
Реакторы производства электромашиностроительного завода успешно работают на многих предприятиях России и странах ближнего зарубежья, о чем свидетельствуют многочисленные положительные отзывы.

Как известно, «болезнь легче предупредить, чем лечить». К сожалению, в настоящее время нет приборов, способных полностью предотвратить возникновение короткого замыкания. Но есть возможность минимизировать риск его пагубного влияния на оборудование энергосистемы. Применение токоограничивающих реакторов позволит избежать огромных затрат на ремонт электрооборудования, подвергшегося действию короткого замыкания. «Электромашиностроительный завод» готов предложить реакторы, которые удовлетворяют всем техническим параметрам. А так же благодаря использованию в своем производстве современных технологий и индивидуального подхода к каждому заказу мы производим реакторы с оптимальными массогабаритными характеристиками. Производство работает финансово независимо и не обременено кредитной нагрузкой. Это позволяет предоставлять заказчикам оптимальные цены и удобный график оплаты, а поддержание наличия комплектующих на складе позволяет сократить сроки поставок (от 14 дней).