Что такое комплектное распределительное устройство с элегазовой изоляцией (КРУЭ)

Распределительные узлы крупных промышленных кластеров, подземные подстанции делового центра, тяговые подстанции городского метро — все эти объекты объединяет одно: нехватка площади при требованиях к надёжности, которые не допускают компромиссов. Стандартные распределительные устройства технически справляются со своими задачами, однако занимают слишком много места и плохо переносят агрессивную или загрязнённую среду. Там, где площадка ограничена или условия эксплуатации жёсткие, они просто не вписываются в проект. Именно для таких ситуаций создавалось КРУЭ. В статье разбираем сам термин, как устроено это оборудование, в каких условиях работает лучше всего и чем обосновывается его стоимость.

Высоковольтное оборудование, в котором диэлектрик (элегаз) находящийся под избыточным давлением одновременно служит изолирующей средой и дугогасящим веществом для всех коммутационных элементов, заключённых в общий герметичный корпус в профессиональной среде называют КРУЭ. Расшифровка термина дословно: комплектное распределительное устройство с элегазовой изоляцией. Уже в самом названии заложены три принципиальных признака: изделие поставляется комплектно, смонтировано в виде готовых функциональных блоков и работает в изолирующей среде — элегазе SF6.

Именно свойства этого газа определяют всю архитектуру устройства. Элегаз обладает электрической прочностью примерно в 2,5 раза выше, чем у воздуха при том же давлении, и эффективно гасит дугу при коммутациях. При этом он не горит, не образует взрывоопасных смесей и не токсичен в герметичном объёме при штатной эксплуатации. Благодаря этому расстояния между токоведущими частями внутри аппарата можно сократить в разы по сравнению с традиционным воздушным РУ.

Основной конструктивный элемент КРУЭ — герметичная оболочка из немагнитного металла, внутри которой под избыточным давлением находится элегаз. Немагнитный материал выбран намеренно: стальная оболочка в переменном магнитном поле нагревалась бы от вихревых токов, что недопустимо для оборудования, рассчитанного на десятилетия непрерывной работы. В зависимости от функционального назначения оболочки имеют цилиндрическую или сферическую форму — она обеспечивает равномерное распределение давления газа по всему объёму. Внутри каждой такой оболочки сосредоточены токоведущие шины, коммутационные аппараты и измерительные элементы — всё, что в воздушном КРУ занимает несколько раздельных отсеков.

В типовой состав ячейки входят:

• выключатель с пружинным или моторным приводом;
• шинный и линейный разъединители;
• заземлитель с механической и электромагнитной блокировкой;
• трансформаторы тока и напряжения;
• сборные шины и соединительные токопроводы;
• шкафы вторичных цепей с аппаратурой сигнализации, блокировки и контроля давления газа.

Важная особенность — секционирование по газу. Внутренний объём разделён на независимые отсеки, каждый из которых оснащён собственными датчиками давления. При падении давления в одном отсеке персонал получает сигнал и может вывести конкретный элемент из работы, не затрагивая остальные секции. Такая архитектура принципиально отличает этот тип РУ от других решений с точки зрения управляемости аварийной ситуации.

Ключевое практическое достоинство комплектного распределительного устройства с элегазовой изоляцией — компактность, которая достигается не за счёт упрощения состава, а именно благодаря элегазовой среде. На практике, площадь, занимаемая КРУЭ, составляет от 1/4 до 1/6 площади традиционного закрытого РУ с воздушной изоляцией при том же классе напряжения. Перевести это в практическую плоскость просто: распределительный узел 10 кВ крупного промышленного объекта в элегазовом исполнении умещается в пространство, которое при стандартной компоновке КРУ потребовало бы отдельного здания или значительной пристройки.

За счёт чего достигается этот выигрыш в габаритах?

1. Элегаз позволяет сократить изоляционные расстояния между токоведущими частями в несколько раз по сравнению с воздухом — это напрямую уменьшает размеры каждой ячейки.
2. Все аппараты ячейки объединены в единый герметичный корпус, тогда как в воздушном КРУ выключатель, разъединитель, заземлитель и трансформаторы тока занимают раздельные отсеки с необходимыми зазорами между ними.
3. КРУЭ не требует зоны обслуживания за шкафом и специальной кабельной галереи — кабельные вводы интегрированы в нижнюю или боковую часть корпуса.

Ещё один весомый аргумент — независимость от внешней среды. Закрытые металлические оболочки полностью изолируют токоведущие части от атмосферных загрязнений, соляного тумана, резких перепадов влажности и температуры. Именно поэтому элегазовые устройства устанавливают в химических производствах с агрессивной атмосферой, на объектах горнодобывающей промышленности, в районах с частыми грозами и в зонах повышенного загрязнения воздуха, где чистка изоляции обычного РУ превратилась бы в постоянную статью эксплуатационных расходов.

Также КРУЭ отличают длительные межремонтные интервалы. Изоляция в герметичных оболочках не деградирует от атмосферного воздействия, поэтому нет необходимости в периодической очистке. Сборные шины и измерительные трансформаторы в штатном режиме не требуют ремонта вовсе. Плановые ремонты коммутационных аппаратов назначаются с интервалами от 5 до 10 лет — в зависимости от интенсивности коммутаций.

В мировой практике КРУЭ выпускается для широкого диапазона классов напряжения — от 6 кВ до 1200 кВ. Диапазон 110 — 330 кВ используется на районных и системообразующих подстанциях. Сегмент 6 (10) — 35 кВ, охватывает городские и промышленные распределительные сети среднего напряжения. Сверхвысокое напряжение 500 — 1200 кВ — область магистральных сетей и крупных генерирующих узлов. При этом принципиальная конструктивная логика — герметичная газовая оболочка, модульная компоновка, газовое секционирование — остаётся единой для всего диапазона. Завод «Про-Ток» специализируется на классах 6 (10), 20 и 35 кВ, то есть именно на том сегменте, где большинство промышленных и городских объектов принимает и распределяет электроэнергию внутри площадки.

Разобравшись с тем, что такое КРУЭ в электроустановках, логично перейти к конкретным сценариям применения в этом классе напряжения:

• Городские распределительные подстанции. В условиях плотной застройки разместить полноценное закрытое РУ 10 кВ с нормативными проходами обслуживания зачастую негде. КРУЭ позволяет встроить распределительный узел в подвальный или полуподземный уровень здания без увеличения его площади.
• Промышленные предприятия с агрессивной средой. Металлургические комбинаты, химические заводы, горно-обогатительные комплексы — везде, где воздух содержит токопроводящую пыль, пары кислот или повышенную влажность, элегазовая изоляция обеспечивает ресурс, недостижимый для стандартных ячеек с воздушными промежутками.
• Объекты нефтегазовой отрасли и энергетики. На компрессорных станциях, нефтеперерабатывающих предприятиях и в машинных залах ГЭС с ограниченным пространством КРУЭ 6(10) кВ обеспечивает надёжное распределение без увеличения занимаемого объёма.
• Модернизация действующих подстанций. Когда площадка уже застроена и расширить её невозможно, замена КРУ на КРУЭ того же класса напряжения позволяет увеличить количество присоединений или нарастить мощность без изменения габаритов помещения.

Существуют и исполнения для наружной установки в термостатированных шкафах — для объектов, где строить отдельное здание нецелесообразно, а оборудование должно работать при сибирских морозах.

Стоимость КРУЭ по основному оборудованию превышает стоимость сопоставимого КРУ с воздушной изоляцией. Однако полный инвестиционный расчёт нередко показывает паритет или даже преимущество элегазового решения: меньшая площадь помещения РУ, упрощённые фундаменты, сокращение строительной части и отсутствие затрат на вентиляцию камер перекрывают разницу в стоимости самого оборудования. На стадии эксплуатации добавляется экономия на техническом обслуживании и практически полное отсутствие регламентных чисток изоляции.