15 Мая 2018

Ликбез №26: Самый большой выключатель в мире

Отключить от напряжения линию электропередачи на несколько киловольт – непростая техническая задача. Что же говорить о ЛЭП, соединяющих ГЭС с промышленными потребителями и рассчитанными на 220 или 500 кВ? Устройство для отключения столь мощных цепей имеется на каждой электростанции и называется распределительным, а вот его конкретное исполнение зависит от множества условий. Объясняем, каких.
Поделиться в социальных сетях

Каждый, кто пользовался электроприборами, знает, что в любом устройстве обязательно есть один и тот же элемент, способный разомкнуть цепь и отключить это самое устройство от напряжения. Если в быту такой выключатель, как правило, прост и относительно безопасен, то отключить от напряжения линию электропередачи на несколько киловольт – уже непростая техническая задача. Что же говорить о ЛЭП, соединяющих ГЭС с промышленными потребителями и рассчитанными на 220 или 500 кВ? 

Между тем устройство для отключения столь мощных цепей имеется на каждой электростанции и называется распределительным (РУ), а вот его конкретное исполнение зависит от множества условий. Принцип работы промышленного «выключателя» тот же самый, что и у бытового: два контакта расходятся в разные стороны. Но если в быту небольшая искра, изредка возникающая между контактами, не может причинить вреда (если, конечно, речь не идет об одновременной утечке газа), то при высоком напряжении между контактами возникает уже не искра, а целая электрическая дуга. Чтобы погасить дугу, используются различные изоляторы: воздух, масло, инертные газы, вакуум. 

Воздух, разумеется, дешевле всего. Но при повышенной влажности или запыленности дуга горит дольше, что приводит к выгоранию контактов и авариям. Масляные РУ решают проблему гашения дуги, но и в специально очищенном и подобранном масле со временем накапливаются проводящие ток опилки, пылинки – и тогда тоже случаются аварии. Инертные газы не проводят ток, не горят и не вступают в реакцию с водой, но в случае массовой утечки могут оказаться опасными для персонала. Вакуумные установки вроде бы лишены всех перечисленных недостатков, но пока считаются слишком дорогими, а потому до сих пор не получили массового распространения. Общее правило: чем выше напряжение, тем сложнее становится проблема выключения ЛЭП. 

На небольшом напряжении в линии электропередач (от 3 до нескольких десятков кВ) используются закрытые РУ, если напряжение выше – чаще всего строят открытые РУ. Но не всегда: если РУ предстоит работать рядом с промышленным предприятием со значительными примесями в атмосфере, в условиях Крайнего Севера или там, где просто нет места для строительства ОРУ, принимается решение о строительстве закрытого устройства. Каждое РУ должно быть удобно для обслуживания и ремонта; надежно защищено от проникновения посторонних; безопасно в пожарном и экологическом отношении; должно служить достаточно долго, чтобы окупить себя. При таком обилии условий для инженеров и ученых открывается широкое поле для деятельности – твори, выдумывай, пробуй, ищи оптимальные варианты и предлагай собственные решения. 

На большинстве наиболее мощных российских ГЭС, построенных в 1950-1980 годы, построены открытые распределительные устройства (ОРУ). Как правило, каждое такое сооружение занимает земельный участок, равный по площади нескольким футбольным полям – и сделать их меньше не было никакой возможности. Судите сами: правила безопасной эксплуатации требуют, чтобы все аппараты РУ размещались на металлических или железобетонных основаниях, при этом между ними должно быть такое расстояние, чтобы могла проехать грузовая автомашина с краном или вышкой – без грузоподъемной техники невозможно заменить вышедшее из строя оборудование. При соблюдении всех требований безопасности одна ячейка ОРУ-500, например, должна иметь в ширину 28 метров, в длину – 250 метров, а высота опор – более 20 метров. 

Под силовыми трансформаторами, масляными реакторами и баковыми выключателями необходимо устроить маслоприемник, предназначенный для сбора масла в случае аварии. Кабели цепей управления, релейной защиты и пр. укладывают в железобетонные лотки, что защищает их от пожара и других повреждений, но не делает проще задачу проектировщика. В целом ОРУ дешевле закрытых устройств, потому что не требуют строительства здания, всегда доступны для осмотра персоналом и удобны для расширения и реконструкции – но зато они открыты всем стихиям и подвержены температурным колебаниям. А в России, где во многих регионах перепады составляют от минус 40 зимой до плюс 40 летом, это означает дополнительную заботу о климатическом исполнении РУ. 

Промышленность и в нашей стране, и за рубежом, давно уже разработала разные виды комплектных распределительных устройств (КРУ), состоящих из закрытых блоков со встроенными фазами, измерительными и защитными приборами. Использование готовых блоков делает процесс монтажа быстрее и проще: полностью готовые блоки достаточно соединить в соответствии со схемой и подключить к линиям электропередачи. Разные виды КРУ бывают внутренней и наружной установки, но в любом случае КРУ считаются более безопасными для персонала, поскольку все находящиеся под напряжением части закрыты кожухами. Некоторые КРУ наружной установки оснащают подогревателями, многие смонтированы на тележках – можно отключить неисправный блок и выкатить его для ремонта, быстро заменить запасным и включить все устройство в работу. 

В 2010-е годы в России началось широкое применение КРУ с изоляцией из элегаза – инертного соединения серы и фтора SF6. Первой ГЭС, изначально спроектированной на использование именно такого распределительного устройства, была Богучанская ГЭС – и она его получила. Первой станцией, заменившей отслужившее много лет ОРУ на КРУЭ, стала Саяно-Шушенская ГЭС – преимущества нового устройства над старым было более чем очевидно. КРУЭ состоит из готовых блоков, заполненных элегазом, которые соединяются готовыми разъемами, и по сравнению с ОРУ очень компактно при тех же параметрах рабочего напряжения – подсчитано, что использование металлоконструкций сокращается в семь-восемь раз. Монтируется устройство в закрытом помещении с использованием минимального набора грузоподъемных механизмов, в нем почти не используются движущие части. Все это в сумме дает полную защиту от погодных условий, простоту и удобство в ремонте, да и сами ремонты становятся редким событием. Фирмы-изготовители дают на свою продукцию гарантию 25 лет! 

Помимо прочего, к включенным устройствам ОРУ нельзя подходить и на несколько метров (как правило, безопасная зона отмечена специальной белой полосой), тогда как в помещении КРУЭ можно находиться и даже прикасаться к кожухам – правда, чаще всего необходимости в этом просто не возникает. Небольшой бонус: оборудование КРУЭ работает бесшумно, в то время как воздушные выключатели ОРУ срабатывают с таким громким звуком, что о предстоящем переключении персонал, как правило, предупреждают заранее по системе звукового оповещения.

ОРУ дешевле закрытых устройств, потому что не требуют строительства здания, всегда доступны для осмотра персоналом и удобны для расширения и реконструкции – но зато они открыты всем стихиям и подвержены температурным колебаниям.
Владимир Скращук Координатор Школы экологической журналистики (Иркутск)