Достоинства и недостатки различных типов изоляторов для ЛЭП

Достоинства и недостатки различных типов изоляторов для ЛЭП

В современной энергетике для передачи электроэнергии от мест её производства к потребителям используются воздушные линии электропередачи (ЛЭП) напряжением до 750 кВ и выше. Крайне важна надежность работы линий электропередачи и всего комплекса оборудования: трансформаторов, генераторов, коммутационной аппаратуры, компенсирующих устройств и т.д. Решению этой задачи во многом способствуют качественная работа изоляции электрических систем и оборудования, в том числе разумный подход к выбору разновидности изоляторов, предназначенных для эксплуатации на проектируемой линии.

В зависимости от того, из чего сделан диэлектрик, изоляторы разделяются на фарфоровые, стеклянные и полимерные.

Наиболее часто на данный момент применяются фарфоровые и стеклянные изоляторы, причем последние (из закаленного стекла) используются чаще. Ведь они обладают множеством преимуществ перед фарфоровыми: технологический процесс их изготовления может быть полностью автоматизирован и механизирован; благодаря прозрачности стекла можно с легкостью отыскать при внешнем осмотре небольшие повреждения и различные внутренние дефекты; используя этот вид изоляторов, можно не проводить в процессе эксплуатации периодических профилактических испытаний гирлянд под напряжением, ведь когда закаленное стекло повреждается, происходит разрушение изолирующей тарелки, легко выявляемое при инспекции ЛЭП эксплуатационным персоналом.

Наиболее прочны в механическом плане полимерные (стеклопластиковые) изоляторы, из-за чего использовать их, особенно при ультравысоких напряжениях, часто встречающихся в электроэнергетике, довольно перспективно. Также из достоинств полимерных изоляторов можно упомянуть стойкость к загрязнениям в атмосфере, неспособность намокать, легкость установки, повышенную устойчивость к перенапряжениям и действиям вандалов. Помимо этого, полимерные изоляторы весьма мало весят — они более чем на 90% легче стеклянных или фарфоровых.

Но у полимерных изоляторов есть не только достоинства, но и недостатки – их производство еще не дошло до достаточной стандартизации, к тому же не имеет общепринятой единой системы производства. Отсутствует материал, полностью отвечавший бы всем стандартам, а также у данного изолятора нет опыта долговременной эксплуатации.

В различных публикациях и на веб-ресурсах обсуждаются преимущества и способы борьбы с недостатками, присущими полимерным изоляторам. Судя по проводимому анализу и выводам из него, иностранные специалисты серьезнее рассматривают массовое применение полимерных изоляторов, чаще собирают информацию о ситуациях поломок и повреждений изоляторов такого вида. На ее основе они анализируют, систематизируют и классифицируют причины повреждений и дефектов, возникающих в ходе использования полимерных изоляторов.

Многие специалисты, работающие с электрооборудованием, чаще всего обсуждают долговечность полимерного изолятора. Сейчас за границей для исследования характеристик долговечности его эксплуатации исследуют искусственное старение стеклопластика. Нельзя не упомянуть, что результаты разительно отличаются от наблюдаемых на практике.

Проведенные эксперименты показали, что долговечность сильно зависит от степени чистоты на поверхности изоляторов, и поэтому для продления срока эксплуатации все-таки нужно очищать ее от образующихся загрязнений. Очищают изоляторы по-разному – обмывают цельнолитые и модульные полимерные изоляторы под высоким давлением, для многих конструкций время от времени используют сухую чистку, в качестве материала которой можно использовать обычную дробленую кукурузу. Если поверхность защитной оболочки изолятора слишком загрязнена, то можно очистить ее ветошью или влажной мягкой щеткой. Насчет высокой грязеустойчивости полимерных изоляторов многие из специалистов спорят, хотя на самом деле в местах с чистой атмосферой поверхность эксплуатируемого полимерного изолятора, подвешенного в гирлянде ВЛ, все равно подвержена загрязнениям.

Также повышенный интерес вызывает так называемый «хрупкий излом» стержня изолятора. Это Говоря по-другому, хрупкое разрушение происходит в результате обмена ионами стеклянной решетки с ионами кислот, в сочетании с действием и механической нагрузки. Различные количества активных веществ присутствуют в воздухе и начинают реагировать при обычном атмосферном воздействии. К примеру, из-за прохождения электрических разрядов во влажном воздухе, так называемые токи утечки, образуется азотная кислота, которая вступает в реакцию с ионами стеклянной решетки полимерного изолятора. Как отмечают многие исследователи, занимающиеся изучением свойств достоинств и недостатков полимерных изоляторов, химическому разрушению более подвержены районы, у которых наблюдается повышенное содержание в атмосфере промышленных и химических выбросов, а также прилегающие районы с постоянно обдуваемыми их ветрами, в составе которых присутствует повышенное содержание множества видов солей.

Одно из положительных качеств полимерных изоляторов — надежность и удобство транспортировки. Но и тут не обошлось без нюансов. Например, из-за долгого пребывания ребер в деформированном состоянии может нарушиться их геометрическая конфигурация; агрессивные и загрязняющие вещества, нетипичные для эксплуатационных загрязнений, попав на защитную оболочку изолятора, могут полностью или частично лишить его эксплуатационных качеств; механические воздействия на защитную оболочку могут разгерметизировать или повредить ее, сломать стержень и таким образом вывести изолятор из строя. Поэтому его лучше перевозить в особой таре, например, сплошных или решетчатых ящиках, морских или железнодорожных контейнерах или специально спроектированная тара, не пропускающая агрессивные вещества (такие, как кислоты, щелочи, растворители, морская вода и т. д.), а также предотвращающая загрязнение и повреждение составных частей, упаковки и транспортной тары производителя. Иностранные специалисты предложили идею перевозки одного изолятора в контейнере из трубы ПВХ материала, но, к сожалению, этот способ достаточно неудобен.

Можно транспортировать изоляторы в открытых кузовах автомобилей и других транспортных средств, в т.ч. без упаковки и транспортной тары изготовителя при условии наличия защиты от загрязнения (например, брезента и т.п.). Если неттранспортной тары, то изоляторы лучше хранить вертикально. Но всегда при транспортировке и хранении нужно стараться максимально исключить возможность деформирования и повреждения составных частей изоляторов. Это можно сделать, скажем, раскрепив их все за оконцеватели деревянными брусками, планками, и т.п., не дающими им перемещаться и сталкиваться друг с другом.

Иностранные специалисты советуют проводить тестирование перед вводом в эксплуатацию напряжением в 1,5 раза больше эксплуатационного. Эта идея возникла в результате случаев перекрытия вновь установленных и введенных в эксплуатацию полимерных изоляторов. Нужно сказать, что заграничные исследователи ведут статистику в виде таблиц, где описаны причины применения полимерных изоляторов. Из этого ясно, что причины для внедрения таких изоляторов в широкое применение попросту нет. Помимо этого, согласно некоторым источникам, большая часть зарубежных государств, кроме стран Европы, по достоинству оценила хорошие антивандальные свойства, удобства перевозки и плюсы эксплуатации в экологически неблагоприятных местах, но при этом экономические причины не преобладают.

К сожалению, все это мало затрагивается в российских исследованиях. Причина этого кроется в уровне производства полимерных изоляторов, ведь изготовитель, рассуждая логически, рискует лишиться рынка сбыта и поэтому замалчивает недостатки, пытаясь предотвратить чрезмерный интерес потребителей к проблемным вопросам.

После большого количества рекламы, расхваливающей преимущества полимерных изоляторов, потребители стали ошибочно считать полимерный изолятор универсальным и почти неограниченным в сфере применения. Люди думают, что керамические изоляторы, использующиеся уже десятки лет, устарели и не отвечают современным стандартам. Следует отметить, что подобная ситуация способна вызвать большие неприятности с вытекающим отсюда последствиями.

Нужно сказать и о сравнении параметров стеклянных и полимерных изоляторов. Обычно полагают, что главные минусы стеклянных изоляторов — ненадежная транспортировка и низкая устойчивость к механическим повреждениям, в том числе вандализму. Сделать их прочнее почти нереально, однако антивандальную устойчивость и проблемы перевозки еще можно обсуждать.

Проблема антивандализма состоит в уязвимости стеклянных изоляторов для расстрелов, точнее преднамеренной стрельбе по ним из оружия, например, охотничьего ружья. Но, как утверждают люди, обслуживающие такие изоляторы, данная проблема сильно преувеличена. Гирлянда, не имеющая изоляторов, или с большим числом изоляторов, упавших на землю, встречается нечасто. Чаще всего в гирлянде нет одного, реже двух стеклянных изоляторов, находящихся рядом. Ведь на расстоянии 30-40 метров охотничья дробь рассеивается примерно на метр. Но если попасть точнее, вполне реально повредить три или более изолятора. Основываясь на полученном опыте, можно утверждать, что дробь или пуля, попадающая в ребро юбки полимерного изолятора, либо застрянет, либо пройдет насквозь. А, если попасть дробью в стержень, произойдет его разгерметизация, а вдобавок к этому еще и повредится оболочка. Но согласно результатам испытаний изолятора типа ФСК-70-6-27,5-А4, при отсутствии влаги он может выдержать испытательное напряжение 140 кВ, а при ее наличии перекроется при напряжении порядка 100-105 кВ. Таким образом можно сделать вывод, что происходит снижение характеристики на 25—28%.

При этом осматривать пострадавшие от «расстрелов» полимерные изоляторы нужно с помощью особых оптических приборов, дающих возможность рассмотреть с земли и выявить повреждения, что весьма затруднительно. Поэтому антивандальные свойства были действительно заметны, надо устанавливать их на небольшом расстоянии от поверхности земли.

Изучая ситуации повреждения линейных стеклянных изоляторов, участившиеся в последнее время, нужно учесть, что такие изоляторы используются уже более 30 лет, а посему нуждаются в замене. Но есть и другие причины. Одна из них произошла в 90-е годы ХХ в. во время распада Советского Союза. Энергетическая отрасль тогда вовсю коммерциализировалась. В то время, как внимание публики было приковано к политическим проблемам, ослабился контроль, в результате чего возникло множество компаний-спекулянтов, торговавших «подержанными» изоляторами, выдавая их за новые. Такие изоляторы «проваливали» положенных тесты перед началом использования и в продаже появлялся неликвидный, ненадежный и поддельный товар. Разумеется, он попадал в эксплуатацию на ВЛ. Но даже принимая во внимание эти факты, согласно сравнительной характеристике количества отказов в год между стеклянными и полимерными изоляторами цифры не сильно отличаются.

Подводя итог, нельзя не упомянуть, что из общего количества эксплуатируемых полимерных изоляторов приходится лишь только 1% установленных изоляторов на ВЛ, и при этом больше 90% — это изоляторы классов напряжений не выше 35 и 110 кВ. Стеклянные изоляторы применяются в несколько раз чаще, чем полимерные. А значит, и количество отказов у них тоже выше. Поэтому и возникает впечатление об их повышенной ненадежности.

7 методов стратегического управления энергией

7 методов стратегического управления энергией

Для того, чтобы обеспечить энергетической компании непрерывную экономию затрат со стороны клиентов, нужно выстроить целостную основу стратегического управления энергией. Данный подход должен быть смоделирован на основе «краеугольных камней», лучше позволяющих понять области необходимой концентрации для построения эффективной программы управления энергией. Это, например, данные, люди, инфраструктура, маркетинг и отчетность, а также постоянное совершенствование и прогресс.

В стратегическом управлении энергией (СУЭ) данные и информация используются в качестве средств разработки персонализированного подхода к энергоуправлению. Такой подход сможет поддержать организацию в течение длительного периода времени. В то время как невозможно разработать единственный план, подходящий для всех, имеются отдельные методы, которые помогут добиться успеха и обеспечить принятие потребителями плана стратегического управления энергией.

1. Временные рамки экономии энергии: Коротоких временных рамок традиционных программ недостаточно, чтобы принять СУЭ и воочию увидеть его результаты. Энергетическим компаниям для претворения планов СУЭ нужно от двух до пяти лет. Это необходимо, чтобы увидеть экономию, выходящую за пределы стандартных программ. Для того чтобы помочь бизнесу адаптироваться к новым временным рамкам, программы компании должны рассматривать СУЭ в качестве механизма вовлечения в управление отношений с потребителем. Подход консультативных продаж и более долгий период инициатив СУЭ подпитывает долгосрочные отношения с потребителями и существующие возможности.

2. Организационные обязательства: СУЭ требует перспективного представления всей программы и основных существующих обязательств. Компании, как правило, привычны к направлению большинства ресурсов на эффективность энергии. Поэтому затраты времени сотрудников для достижения цели могут удивить их. Это важно учитывать, и необходимо, чтобы энергетические компании помогли бизнесу выделить основные затраты и преимущества использования СУЭ для готовности к любым обстоятельствам.

3. Экономия энергии: С этим пунктом неразрывно связана ценность, прежде всего воспринимаемая потребителями энергетических компаний. Клиенты принимают главные рекомендации и аспекты мониторинга, но для введения организационных компонентов в практику бизнеса от энергетических компаний нужно прилагать активные усилия.

4. Поведенческая экономия: Хотя энергетические компании часто недооценивают поведенческую экономию, для большинства бизнесменов ее возможности крайне важны, и они часто уделяют им основное внимание. Следовательно, энергетические программы должны учитывать данный аспект и находить средства для его измерения, что благотворно скажется на укреплении применяемых правил. Поведенческая экономия — невероятно важный аспект СУЭ.

5. Измерение и проверка: Энергетические компании должны рассматривать эти пункты как экономию, которую можно подсчитать и измерить. Это позволит наглядно показать улучшения, а также понизить неоправданно завышенные административные нагрузки на участников, сильнее удовлетворить потребителей и сделать их более склонными к участию.

6. Корпоративное или местное руководство: Для повышения степени участия энергетические компании должны выработать подхоящие рыночные решения, не только на национальном, но и на местном уровне. Они должны основываться на конкретных, легальных интересах выбранных мест.

7. Качественные данные: Неотъемлемая часть любой программы СУЭ — точные данные. Для их анализа желательно использовать специальные программные средства. Они помогают достичь лучшего понимания ситуации, объединяя всю информацию. Это необходимо для разработки успешного плана, индивидуального для данной организации, а также для его дальнейшего продолжения, уточнения и развития.

СУЭ все чаще играет ключевую роль в проектировании программы предприятия, как само по себе, так и в качестве элемента, внедренного в другую программу. Ранее удавалось получить легкую прибыль с помощью непосредственных программ управления скидками. По мере того, как экономия в отрасли становится глубже и сложнее, на первый план выходят новые подходы, например, СУЭ. Для обеспечения надежной и постоянной экономии энергии необходимо разумно организовать деятельность и применять лучшие отраслевые методы. И в конечном итоге это позволит создать качественное и многогранное портфолио услуг.

Использование вакуума в качестве дугогасящей среды

Использование вакуума в качестве дугогасящей среды

Использование элегаза и вакуума — самые передовые технологии гашения дуги в области среднего (от 1 до 52 кВ) и высокого напряжения (> 66 кВ). После своего появления в 60-ых годах прошлого века они получили бурное развитие в 1970-ые годы. Сегодня они полностью заменили предыдущие дугогасительные технологии, в которых использовались воздух и масло.

В отличие от элегаза, применяющегося в любых диапазонах среднего и высокого напряжения, вакуум чаще всего задействуется в диапазонах среднего напряжения, не часто находя применение в цепях низкого и высокого напряжения. Вышеуказанные технологии соперничают между собой только в диапазоне среднего напряжения.

На данный момент эти две технологии практически перестали конкурировать: даже если в свое время коммерческая конкуренция наблюдалась между компаниями-производителями, предпочитавшими ту или иную технологию, сегодня в ассортименте всех основных предприятий доступны обе технологии, таким образом наиболее полно удовлетворяя потребности своих клиентов. На самом же деле каждый способ обладает своими собственными плюсами и минусами. Невзирая на тот факт, что обе технологии достаточно универсальны и способны эффективно выполнять большинство функций в цепях среднего напряжения, клиенты довольно профессионально подходят к выбору той или иной технологии, опираясь на собственные нужды, режим работы и техобслуживания, сильные стороны и индивидуальные характеристики.

Изобретателями технологии вакуумного выключателя являются американские и английские производители (начиная с компаний Дженерал Электрик и ВИЛ), при поддержке специалистов из Германии и Японии. У этих государств есть одна общая черта — применение сетей с небольшими максимально допустимыми напряжениями (от 7.2 до 15 кВ) для распределительных сетей среднего напряжения. Но некоторые другие страны, например, Франция и Италия, предпочитают электроснабжение с уровнями напряжения около 24 кВ, и компании-производители, как правило, выбирают защитную технологию с использованием элегаза.

30 лет спустя дальнейшее применение данного технологического решения остается целесообразным. По сути говоря, и на данный момент глобальная технико-экономическая оценка методов демонстрирует схожие результаты при использовании напряжений 12 и 24 кВ. При напряжении выше этого уровня относительным преимуществом обладает элегаз, а ниже, — соответственно, вакуум. Однако, они не сильно различаются по цене, посему в любых цепях среднего напряжения от 7.2 до 36 кВ применима как та, так и другая технология.

Диэлектрические свойства вакуума

Любая дугогасящая среда прежде всего должна обладать надлежащими изолирующими свойствами, чтобы не дать просочиться напряжению. Это относится и к вакууму: его диэлектрические свойства специфичны и представляют интерес в сравнении с остальными видами газовой изоляции, обычно применяющимися под давлением 1 бар и выше.

Вакуум причисляют к газам повышенного давления (диапазон давлений от 10-1 до 10-5 Пап, то есть 10-3 к 10-7 мБар) , но в вакуумном защитном выключателе (см. рис. 2) является по факту газом низкого давления: в новых выключателях обычное давление 10-6 мБар.

При таком давлении 1 на кубический миллиметр объема все еще приходится 27.106 молекул газа, но они мало взаимодействуют между собой, так как среднее свободное расстояние между двумя столкновениями соизмеримо ста метрам: то есть понятие «вакуум» вполне подходит такому газу, ведь каждая молекула ведет себя так, как будто она является единственной.

Вакуумный выключатель или вакуумный контактор

Вакуумный выключатель или вакуумный контактор

Вопросы применения

Для сравнительной характеристики использования вакуумных выключателей или контакторов с плавкими предохранителями в сетях среднего напряжения (от 6 до 20 кВ), никак нельзя обойтись без понимания главных параметров обеих технологий выключения.

Приведенное здесь сравнение наглядно показывает те основные характеристики выключателей и контакторов на плавких предохранителях в сетях среднего напряжения, которые влияют на их использование. Понятно, что приведенные сведения сильно обобщены, и данная информация может меняться от случая к случаю, в зависимости от напряжения и тока для того или иного устройства.

Несмотря на это, приведенное сравнение обладает определенной ценностью для общего понимания.

Выключатели для среднего напряжения лучше использовать в следующих ситуациях:

— Типичными нагрузками являются трансформаторы, конденсаторы, большие электромоторы, генераторы и фидеры распределения электроэнергии. (Параметры, нужные для этих устройств, являются выше характеристик вакуумных контакторов для 400 или 720 А 6 кВ.)

— Большая постоянная электрическая нагрузка (к примеру, большие трансформаторы, большие электромоторы).

— Достаточно редко происходящие отключения (с периодичностью раз в неделю или в месяц), в результате чего нужна повышенная износоустойчивость (тысячи операций).

— Критичная непрерывность процесса (в частности, если некогда заменить плавкие предохранители).

— Можно обойтись без стартового понижения напряжения (при замыкании выключателя оно усложняет структуру шин коммутационного оборудования).

Контакторы с плавкими предохранителями для среднего напряжения лучше подойдут в таких случаях:

— Типичные нагрузки — электродвигатели или мелкие трансформаторы.

— Малый или средний непрерывный ток нагрузки (например, у небольших электромоторов и трансформаторов).

— Частые отключения (каждый день или чаще), в результате чего нужна крайне высокая износостойкость (миллионы операций).

— Процесс непрерывен, однако можно выделить время для замены предохранителей.

— Чтобы уменьшить изначальную нагрузку на систему (и избежать перепадов напряжения) при включении напряжение необходимо снижать.

Традиционно выключатели использовались в двигателях среднего напряжения в некоторых областях деятельности, большевсего — на электростанциях.

По мере износа таких станций, а также в связи со сменой их операций (они стали нуждаться не в обеспечении основных нагрузок, а в обслуживании пикового спроса), большинство таких выключателей, применяемых для старта работы двигателей, оказывались в ситуации, когда требуемая от них износостойкость была выше стандартов ANSI/IEEE. Из-за этого их использование для подобных нужд влекло за собой повышенную стоимость обслуживания по сравнению с используемыми ранее контакторами, оснащенными плавкими предохранителями для среднего напряжения. С другой стороны нельзя не отметить, что представителей обрабатывающей промышленности давно больше устраивало использование контакторов с плавкими предохранителями для подобных вещей, и они были вполне довольны долгим сроком их функционирования с достаточно низкими затратами на обслуживание.

Если их использовать как надо, то и выключатели, и контакторы должны надежно работать на протяжении десятилетий. При неграмотном и неумелом применении, и те и другие будут источником крупных неприятностей.

Сравнительная характеристика

1) Выключатель

2) Контактор (NEMA E2 с предохранителями).

Рабочий ток

1) Высокий (1200 A, 2000 A, 3000 A или 4000 A).

2) Средний (400 A закрытый NEMA размера H3, или 720 A закрытый NEMA размера H6).

Способность выключения

1) Токи отключения от очень низких (намагничивание) величин, до полного тока короткого замыкания системы

2) Токи отключения от очень низких (намагничивание) величин до прерывающей способности вакуумного контактора без предохранителей (по крайней мере, класса 10 х непрерывного тока). Для токов выше прерывающей способности вакуумного контактора предусмотрены специальные предохранители. Величина тока лимитируется прерывающей способностью предохранителя.

Механическая износостойкость

1) Высокая (обычно, около 10 000 операций) (См. ANSI/IEEE C37.06)

2) Очень высокая, 750 000 операций для 400 А, и 400 000 операций для 720 А

Электрическая износостойкость

1) Высокая. Для вакуумных выключателей, как правило, достигает 10 000 операций для расчетного непрерывного тока. Для полного тока короткого замыкания обычно составляет 30-100 операций.

2) Очень высокая. При размыкании непрерывного тока — 4000 000 операций для 400 А или 200 000 операций для 720 А. При размыкании полного тока короткого замыкания информация по износостойкости для стандартов NEMA или UL не приведена. Размыкание тока короткого замыкания требует замены плавких предохранителей.

Ограничения применения

1) Не подходит для применений с сильно повышенной износостойкостью.

2) Великолепно подходит туда, где требуются частые отключения.

Функционирование

1) Электрическое (ручные операции применяются при обслуживании или в аварийных ситуациях)

2) Только электрическое

Схема управления

1) Механическая фиксация защелки — замкнутое положение выключателя сохраняется при потерях напряжения в системе.

2) Обычно используется магнитная фиксация — при потерях напряжения вакуумный контактор разъединяет цепь. Контактор самостоятельно замыкает цепи при возобновлении напряжения при использовании двухпроводного управления. Существуют трехпроводные контакторы с защелками, требующие ручного запуска при возврате напряжения в систему.

Переток / защита от короткого замыкания

1) Требует защитных реле

2) Требует защитных реле для предохранения от перегрузок и защиты от коротких замыканий при помощи плавких предохранителей, ограничивающих ток.

Энергия, пропускаемая при коротком замыкании

1) Высокая (от трех до пяти циклов тока короткого замыкания и больше).

2) Низкая (ограничивающие ток предохранители прерывают ток в течение 1/4 цикла для самых высоких токов короткого замыкания. Максимальная величина тока ограничена).

Дистанционная работа

1) Хорошо пригоден

2) Хорошо пригоден

Мощность управления

1) Требуется мощность для функционирования защитных реле, прерывателя тока и нагревателей (если они есть)

2) Мощность обычно предоставляется для работы управляющего силового трансформатора, встроенного в управляющее устройство.

Конструкция

1) Извлекаемая, если закрыта металлом (ANSI/IEEE C 37.20.2), стационарная, если находится в металлическом корпусе (ANSI/IEEE C 37.20.2)

2) Извлекаемая или стационарная.

Требования к пространству

1) Крупный корпус. Совпадают с требованиями NEC® к рабочему пространству.

2) Небольшой корпус. Совпадают с требованиями NEC® к рабочему пространству. Доступ сзади не требуется.

Затраты на приобретение

1) Относительно высокие

2) Средние

Обслуживание

1) Среднее (долгие перерывы между обслуживанием, необходимо для очистки изоляции).

2) Редкое (простой механизм, нужда в чистке изоляции и смене предохранителей).

Европейская энергетическая политика

Европейская энергетическая политика

Идея единой энергетической политики родилась в Европе. Например, 23 июля 1951г. был подписан Парижский договор, послуживший основой образования Европейского Объединения Угля и Стали. Однако сегодня он уже не действует.

Попытка задать курс общеевропейской энергетической политики была предпринята несколько лет назад и подразделялась на три главных сектора:

— создание электроэнергетического и газового рынка, единого для всего Европейского Союза;

— развитие возобновляемых источников энергии;

— решение проблемы глобального потепления, имеющее целью поднять энергетическую эффективность.

Внутренний энергетический рынок начал создаваться в 1996 г. Тогда были приняты последовательные директивы, дающие возможность расширения рынка, который «еще незавершен, но уже существует и функционирует». С точки зрения энергоэффективности и эффективности возобновляемой энергетики, Европейский Союз поставил перед собой задачу закрепить результаты, которых он достиг в 2008г. и в так называемом «3х20 в 2020 г.». «Выбросы СО2 должны быть сокращены на 20% по сравнению с 1990 г. Доля возобновляемых источников энергии в общем энергетическом балансе должна быть доведена к 2020 г. до 20%. Также на 20% к 2020 г. должна повыситься энергоэффективность.»

Результатом экономического и финансового кризиса стало то, что энергия превратилась в решающий фактор конкурентоспособности государства.

Революция сланцевого газа, проводимая США, понизила цены на газ в Европе более чем в три раза.

Из-за аварии на ядерной электростанции Фукусима Германия и некоторые другие страны Европы целиком или частично отказались от атомной энергетики до момента принятия более строгих стандартов безопасности для реакторов.

Нужно отметить, что европейские электростанции смешанного цикла и применяющие газ приносят меньше вреда для экологии, чем угольные. Однако газовые электростанции закрываются, ведь газ слишком дорог. «В тоже время интенсивно развивающаяся возобновляемая энергетика, продолжительная эксплуатация газовых электростанций, которые являются естественным дополнением к развитию возобновляемой энергетики, делает переходный период более коротким.» Таким образом, некоторые европейские страны хотят вычислить «емкость рынка», благодаря которой появится возможность развивать новые средства энергопроизводства (газовые электростанции, перемещаемые в место потребления и из-за этого являющиеся более выгодными). Он не будет ни к какой конкретной стране, но обобщит емкость рынка на европейском уровне.

По развитию же возобновляемых источников энергии Европа лидирует в сравнению со всем остальным миром. Там стремятся к тому, чтобы возобновляемая энергия к 2020 году составляла 20% от всего энергобаланса. На данный момент она занимает 13%, и эти 20% выглядят достаточно амбициозно. Иногда рост будет весьма бурным. Для примера, в Греции на крышах домов установлены специальные фотоэлектронные панели для выработки солнечной энергии. Цена такой энергии — 540 €/МВтч, что составляет 10 рыночных цен. Дополнительные расходы вызывают повышение тарифов на электричество и заставляют переплачивать потребителей, в особенности российских. На фоне европейского кризиса, проект развития возобновляемых источников энергии выглядит просто нереалистично. Так какие же есть пути развития возобновляемой энергетики в Европе?

Затраты на это должны быть минимальными. Пример можно брать с США, где каждый поставщик электроэнергии должен иметь в общем объеме поставляемой энергии обязательную долю возобновляемых источников энергии, которая потом может постепенно расти. Такая модель поможет создать стабильную политику развития производства экологически чистой энергии, поскольку предотвратит спекуляцию, как, например, в случае с фотоэлементами. Между тем, возобновляемым источникам энергии переменного характера нужны крупные электросети, как распределительные, так и транспортные. Но в Европе эти проекты сводятся к «продолжительности согласований инструкций», да и общая европейская энергосистема чересчур устарела. Ликвидация отставания — обязательное условие завершения интеграции внутреннего рынка на европейском уровне. Этот подход целиком отвечает Лиссабонскому Договору, предусматривающему энергетическую солидарность между странами.

Необходимо как можно скорее развивать электрические сети, особенно объединение энергосистем. Иначе не избежать раздробления рынка, неравномерности цен и большой опасностью перебоев с электричеством. Энергию невозможно «откладывать на черный день», правда, это можно делать косвенно при помощью гидравлических насосных станций или электрохимических аккумуляторных батарей. Однако достижение баланса в огромной электрической системе по-прежнему будет требовать больших затрат.В наши дни энергосистема является, пожалуй, самым слабым местом европейской энергетической политики. Газовый рынок чувствует себя немного лучше, однако сталкивается с теми же самыми проблемами.

Упорная борьба европейцев с глобальным потеплением вылилась в создание так называемой «Зеленой Книги», которая предлагает еще более масштабные сокращения выбросов СО2 с таким расчетом, чтобы с 20% в 2020 году сократить выбросы до 40% к 2030 году по сравнению с 1990 годом. Также выдвигается идея увеличить процент возобновляемых источников энергии в Европейском энергетическом балансе до 30% к 2030 году. В экономическом контексте сегодня в этом Союзе стоит вопрос оценки воздействия этих задач на конкурентоспособность европейской промышленности.

Что касается энергоэффективности, то европейская энергетическая политика должна уделять ей больше внимания. Но при этом она не должна выходить за рамки ЕС. Директива от 2012 года задает верный путь, но в плане энергоэффективности до ее выполнения еще очень долго.

Cтратегии улучшения работы выключателей

Cтратегии улучшения работы выключателей

Оборудование высоковольтных выключателей — всегда большой объем инвестиций для компании. Когда нужно их обслуживать или заменять, необходимо рассматривать все возможные варианты. Зачастую самым выгодным из них является полное обслуживание оборудования специалистом со стороны поставщика. Обслуживая оборудование, он будет применять самые передовые технологии и всеми силами пытаться продлить срок эксплуатации, например, модифицируя или заменяя отдельные компоненты. Иногда наиболее оптимальным решением бывает радикальное обновление технологий и оборудования. Благодаря дистанционному мониторингу и передовым способам проверки вроде радиографии, часто отпадает потребность в инвазивных программах обслуживания или в проведении преждевременных замен оборудования. Компания ABB разработала стратегию обслуживания, обеспечивающую самые разные виды обслуживания и замены оборудования, характерные для высоковольтных выключателей.

Модификация оборудования — замена отработавших свое частей, не затрагивающая первоначальную конфигурацию предприятия и оборудования. Часто на подстанциях в замене нуждаются только подвижные части выключателей, а оборудование вроде корпусов и шин остается в рабочем состоянии долгое время. Механическое оборудование изнашивается намного быстрее, чем стационарные элементы. Модификация продлевает срок эксплуатации без больших затрат, основательного демонтажа и долговременных простоев, неизбежных при полной замене оборудования. Эту работа можно делать поэтапно, распределяя затраты по времени и уменьшая объем демонтажа.

Часто новый выключатель оказывается несовместимым со старым оборудованием. Для таких случаев комания ABB разработала особые переходники, помогающие быстро устанавливать выключатель, не прибегая к переделке изначальной конструкции.

Модификации выключателей и их приводов, выполняемые компанией ABB, обеспечивают потребителю долговременную надежность оборудования, передовые технологии и сведение к минимуму времени простоя по весьма невысокой цене.

Примеры модификаций

Не проводя детальной и затратной проверки существующего оборудования, фирма ABB предложила нескольким своим клиентам заменить свое оборудование КРУЭ. Предлагаемые выключатели всегда были более передовыми и оптимальными, а технические параметры вроде межфланцевого расстояния полностью соответствовали клиентским. Например, в Нидерландах (подстанция Rijswijk) т в Швейцарии (подстанция Katz) КРУЭ первого поколения ECKS были успешно заменены новыми выключателями ELK SP 2-1 с приводами AHMA. Причиной замены послужило ухудшение экспертной оценки уровня ремонтопригодности и проблемы с получением запасных частей. На подстанции La Foretaille в Швейцарии была сделана подобная замена (в данном случае выключатель типа ELK SN был заменен выключателем ELK SP 2-1), но здесь мотивом послужили предполагаемо высокие затраты на реконструкцию.

Однако не для всех старых выключателей существуют новые аналоги. Поэтому компания ABB специально создала серию модернизированных выключателей, подходящих для замены более старых — SL211, SL2-2, SN212, SL3-2 и SN312. Они успешно прошли проверку на соответствие современным европейским стандартам, и были сделаны на собственном заводе ABB.

Такой усовершенствованный выключатель был впервые установлен на подстанции 380 кВ Filisur в Швейцарии. Клиент вначале хотел заменить только привод HKA 8, но потом решил установить новый привод HMB 8. Компания ABB также предложила провести полную замену выключателя SL3-2 вместе с приводом на специально разработанный для модификации выключатель SP 3-1. Он имеет одну простую дугогасящую камеру — репрезентующую состояние технологии КРУЭ на данный момент — и поэтому требует наличие меньшего привода HMB 4. Клиент согласился на это, не раздумывая долго. Данное решение повысило срок действия оборудования, обеспечило доступность запасных элементов и делало эксплуатацию гоаздо выгоднее. На замену выключателя было затрачено всего два дня и, через которые работа оборудования продолжилась в полном объеме.

Другой способ — замена только одного привода, не затрагивающая весь выключатель. На испанской подстанции наливного водохранилища La Muela была проведена замена старого привода HKA 8 в выключателе SL 3-2. Привод HKA был демонтирован с полюса выключателя, и вместо него был установлен новый привод HMB 8 с демпфированием. После замены привод был протестирован на соответствие.

Удовлетворившись результатом, клиент (фирма Iberdrola) решил повторить успешное решение на других отсеках той же подстанции. На финских подстанциях Seinäjoki и Tammisto приводы были заменены аналогичным способом.

Замена

Оборудование может подлежать полной замене по окончанию его срока эксплуатации, или когда в широком доступе появляется новая, модернизированная технология. В случае выключателей для генераторов, обновление турбины и генераторов также требует и замены выключателя. Такие выключатели могут быть заменены, если при недоступности запасных частей или плохихинженерных решениях они морально устаревают.

В качестве примера можно привести гидравлические пружинные приводы выключателей на пяти трансформаторных подстанциях в городе Кувейте, принадлежавшие Министерству Электроэнергии и Воды Кувейта и использовавшиеся им же. Принимая во внимание растущую критичность ситуации с запасными частями для имеющихся приводов, возраст которых составлял примерно 30 лет, компания ABB предложила заменить существующие устройства на 40 приводов HMB-8. Это предложение было одобрено министерством. Ключевым аспектом данного решения была гарантия качества ABB, и гарантированная доступность соответствующих запчастей. В результате, министерство было обеспечено достаточным количеством запасных частей, большим уровнем надежности и готовности подстанций, безопасностью работы персонала, удобной адаптацией и заменой, и, конечно, упрощение работы.

Как защитить батареи конденсаторов

Как защитить батареи конденсаторов

Конденсаторные батареи предназначены для компенсации реактивной энергии, производимой нагрузкой электрической системы. Иногда на их основе создаются фильтры, уменьшающие гармоническое напряжение.

Они призваны повышать качество электрической системы. В зависимости от уровня напряжения и нагрузки системы, их соединения могут принимать форму звезды, треугольника или двойной звезды.

Конденсаторная батарея имеет вид корпуса, в верхней части которого находятся изолированные выводы. Она состоит из отдельных конденсаторов с лимитированным наибольшим значением напряжения (например, 2250 В), и объединенных в последовательные группы, чтобы выдержать нужное напряжение. Для получения необходимого значения мощности составляющие батареи соединяются параллельно друг другу.

Конденсаторы делятся на 2 типа:

1. С отсутствующей внутренней защитой

2. Оснащенные внутренней защитой: все конденсаторы в батарее оборудованы специальными предохранителями

Разновидности отказов

Наиболее частые виды отказов конденсаторных батарей бывают следующими:

1. Перегрузка

2. Короткое замыкание

3. Каркасный отказ

4. Короткое замыкание компонентов конденсатора

1. Перегрузка

Перегрузка случается в результате временного или постоянного переизбытка тока. Постоянный происходит из-за роста напряжения на источнике питания или потока гармонического тока, вызванного наличием нелинейной нагрузки (например, статические преобразователи — ректификаторы, двигатели с переменной скоростью, а также дуговые печи и т.д.)

Временный сверхток может появиться в момент подачи электричества на конденсаторную батарею.

Перегрузки вызывают чрезмерное нагревание, разрушающее сопротивление диэлектрика и ускоряющему износ конденсатора.

2. Короткое замыкание

Короткое замыкание — это внутреннее или внешнее замыкание между компонентами конденсатора, находящимися под током. Короткое замыкание случается как между фазами, так и между фазой и нейтралью. Это зависит от способа соединения емкости — в форме треугольника или звезды.

Появление газа в герметичном корпусе конденсатора приводит к чрезмерному давлению, которое может послужить причиной потери герметизации корпуса и утечки изолирующего материала.

3. Каркасный отказ

Каркасным отказом называют созданное металлическим корпусом внутреннее замыкание между компонентами конденсатора, находящими под током, и каркасом. Как и при внутреннем коротком замыкании, наличие газа в герметичном корпусе конденсатора вызывает повышенное давление, результатом которого станет разгерметизация корпуса и утечка диэлектрика.

4. Короткое замыкание компонентов конденсатора

Короткое замыкание компонентов конденсатора, как правило, вызывается пробоями отдельных емкостей.

Не имеющие внутренней защиты: соединенные параллельно отдельные конденсаторы шунтируются отказавшей единицей:

— изменяется импеданс конденсатора

— подаваемое напряжение распределяется на последовательность, в которой на одну группу меньше.

— на каждую группу приходится более серьезная нагрузка, что может отразиться на дальнейшей работе устройства, становясь

причиной каскадных отказов и даже полноценного короткого замыкания.

Оборудованные внутренней защитой: расплавление внутреннего предохранителя выводит из строя отказавший конденсатор. Сама батарея продолжает функционировать, но на ее импедансе это сказывается весьма негативно.

Устройства защиты

Не стоит подавать на конденсаторы ток, если перед этим они не были разряжены. Повторная подача энергии должна происходить через определенный временной промежуток, дабы предотвратить скоротечные перенапряжения. Естественная разрядка конденсаторной батареи обычно занимает всего 10 минут.

Для ускорения разрядки можно применять специальное устройство быстрой разрядки.

Перегрузки

Нельзя допускать наличие тока перегрузки, связанного с повышением напряжения источника питания, на протяжении долгого времени. Для этого применяется защита от перегрузки, контролирующая напряжение электросистемы. Этот тип защиты бывает напрямую связан с конденсатором, но, как правило, он является общей защитой электрической системы.

Принимая во внимание тот факт, что конденсатор чаще всего способен перенести напряжение в 110% от его номинального напряжения на протяжении 12 часов, необходимость в этом типе защиты возникает не всегда.

Ток перегрузки, вызванный потоком гармонического тока и сохраняющийся долгое время, выявляется защитой от перегрузки, которая разделяется на 2 типа:

— Тепловая перегрузка

— Перегрузка задержки времени

при условии, что система защиты учитывает гармонические частоты.

Величина тока перегрузки за небольшой временной промежуток из-за подачи энергии на конденсаторную батарею ограничивается последовательно установленными импульсными дросселями.

Короткие замыкания

Короткие замыкания вычисляются прибором защиты от тока перегрузки времени задержки. Параметры величины тока и длительности задержки позволяют иметь дело с максимальным разрешенным током нагрузки для закрытия шагового реле.

Каркасные отказы

Каркасные отказы зависят от системы заземления. При заземленной нейтрали, как правило, применяется устройство защиты от отказов заземления при временных задержках.

Короткие замыкания компонентов конденсатора: Выявление подобного замыкания базируется на изменении импеданса, созданного коротким замыканием компонентов конденсатора, не оснащенного внутренней защитой, или в результате отключения отдельных сбойных компонентов для конденсаторов с внутренними предохранителями.

Если конденсаторная батарея имеет соединение по типу двойной звезды, то дисбаланс, вызванный изменением импеданса в одной звезде, приведет к движению тока через соединение между нейтральными точками. Это выявляется защитным прибором, чувствительным к току перегрузки.

Вентильно-индукторный привод — опыт разработки и применения

Вентильно-индукторный привод - опыт разработки и применения

В настоящее время партнерские отношения ряда российских компаний обеспечили возможность выпуска в широкое производство комплектных многосекционных вентильно-индукторных электроприводов с независимым возбуждением на мощности 315, 400, 630 и 1250 кВт, спроектированных для бесперебойной работы механизмов районных тепловых станций г. Москвы: сетевых насосов, вентиляторов и дымососов. Эти приборы несут особую ответственность, ведь выход из строя даже некоторых из них на несколько секунд приведет к отключению котла тепловой станции и нарушит теплоснабжение.

Приводы очень надежны и обладают непревзойденной отказоустойчивостью в результате секционирования двигателя и его работы сразу от двух отдельных вводов питающего напряжения, а также благодаря модульному построению управляющей части и силовых преобразователей и реализации уникальной системы бездатчикового векторного управления (диапазон регулирования скорости до 75:1). Данный электропривод гарантирует бесперебойную работу ответственных механизмов РТС при отключениях электропитания по одному из двух вводов сети и отказах в любой части электронного преобразователя.

Первый опытный образец электропривода ВИП-630 был испытан на РТС «Коломенская», где он действует и поныне. На базе данной разработки впоследствии был выпущен ряд приводов различной мощности для РТС «Пенягино», РТС «Отрадное» и РТС «Жулебино», все из которых принадлежат ОАО «МОЭК» (г. Москва). Ведутся проектные работы по оснащению такими же электроприводами других теплостанций ОАО «МОЭК». Кроме этого, продолжается разработка и проектирование новых и модернизированных ВИП-315, 400, 630, 800, 1250 кВт на меньшие скорости.

Задача стимулирования производства и применения энергоэффективных светотехнических изделий

Задача стимулирования производства и применения энергоэффективных светотехнических изделий

Светотехнический рынок следовало бы преобразовать так, чтобы повысить рост производства потребления наиболее энергоэффективных изделий. Сделано это должно быть рыночными, а не силовыми методами. Оптимальное решение — проведение системы организованных мер, поддерживаемых правительством. Вот некоторые из них:

1. Стандарты энергоэффективного освещения, нормативно-правовая и институциональная основа

1.1. Нужно пересмотреть СНиП, МГСН, СанПиН и др. нормативные документы, вписав в них следующие пункты:

а. Введение наибольших разрешенных удельных мощностей освещения как для зданий, так и для помещений в них, варьирующихся в зависимости от их вида и функций, а также для осветительных приборов, расположенных на открытом воздухе.

б. Введение лимита на применение осветительных приборов с малой световой отдачей в зависимости от положенных по стандартам уровней освещения, наработки прибора за год и стандартов качества освещения. Обычно не стоит использовать лампы, имеющие световую отдачу ниже 50 лм/Вт, индекс цветопередачи менее 80, соs j > 0,9 и срок окупаемости < 2,5 лет, которые способные функционировать не более 4 тыс. часов.

в. Ограничения применения светильников, обладающих большим спадом светового потока, предназначенное обеспечить возможности быстрого понижения нормируемого коэффициента запаса в целях снижения заданной мощности осветительных установок.

г. Запрет на использование светильников с разрядными лампами и электромагнитными ПРА с высоким уровнем потерь мощности, перевод производства светильников на электронные ПРА с потерями менее 10%.

д. Внедрение строгих требований к режимам эксплуатации светильников (их очищения и замены ламп), чтобы сделать возможным снижение коэффициента запаса и рост качества освещения.

е. Введение строгих правил касательно качества светотехнических изделий, не ограничивающихся безопасностью их применения (в отличие от документации МЭК), но и по таким параметрам, как КПД, световая отдача, соs j, потребление мощности и изменение характеристик во время использования.

ж. Обязательное использование в больших световых установках функции автоматического отключения и включения освещения при нормальном природном освещении или в зависимости от наличия людей.

1.2. Систематическое отслеживание развития рынка, в том числе анализ соблюдения новых правил и норм, оценка степени контроля качества светотехнических изделий в немногочисленных высококлассных сертификационных центрах. Строгий контроль качества КЛЛ у изготовителей. Внедрение комплекса штрафных мер за продукцию, не отвечающую требованиям.

1.3. Строгий таможенный контроль присутствия сертификатов у продукции, ввозимой из-за рубежа. Они должны быть получены исключительно в специальных сертификационных организациях. В светильниках, обладающих такими сертификатами, нужно использовать только те детали (патроны, клеммные колодки и др.), которые прошли сертификацию в тех же центрах.

1.4. Создание отдельных высокопрофессиональных советов из крупнейших специалистов для отслеживания энергоэффективности и экологической безопасности проектов осветительных приборов для различных зданий и строений.

1.5. Введение символа «энергоэффективное изделие» для маркировки товаров, отвечающих новым требованиям.

2. Поддержка цепи поставок элементов энергоэффективных осветительных установок

2.1. Налаживание прочных международных связей контактов с организациями по энергосбережению ряда ведущих (в данном плане) государств (таких, как ФРГ, Великобритания или Китай) для идентификации нормативов в области энергосбережения и рычагов влияния на предприятия, производящие продукцию ненадлежащего качества.

2.2. Оказание научно-технической поддержки иностранным поставщикам ввозимой продукции, деталей и узлов ради повышения ее качества.

2.3. Превращение Московского Дома Света в центр информации по энергосбережению в световых приборах и пропаганды энергоэффективного освещения.

3. Эффективное освещение в жилых и общественных зданиях Москвы

3.1. Периодическая плановая проверка муниципальных зданий, школ, вузов, больниц, поиск некачественных световых установок и планирование их реконструкции (в соответствии с утверждёнными способами энергоаудита).

3.2. Внедрение системы банковского кредитования реконструкции световых установок с кредитами, выплачиваемыми за счёт денег, полученных при экономии электроэнергии.

3.3. Частичная выдача сэкономленных денег (не менее 50%) в течение 3-х лет после выплаты кредита банка людям, работающим в зданиях и сооружениях, поддержавших модернизацию освещения и экономию электроэнергии.

3.4. Создание демонстрационных (пилотных) световых установок в 2-3-х московских школах, 2-х больницах, 3-х детских садах и 2-х университетах (включая их территории).

Организация на основе данных объектов (зон их демонстрации) собраний работников школ, больниц, университетов, а также разработчиков и инженеров этих конструкций.

3.5. Написание и выпуск большим тиражом доступного печатного издания, посвященного пилотным проектам энергоэффективного освещения и достигнутым результатам.

3.6. Прогнозирование развития до 2020 г. освещения публичных и жилых зданий в нашей стране с опорой на систему новейших научно-технических достижений.

4. Общие меры по развитию экономии энергии в световых установках

4.1. Государство издает закон, обязывающий:

— все госучреждения в течение 3 лет за счёт бюджета перейти на КЛЛ и ЛЛ Т5 с ЭПРА;

— разрешить изготовителям КЛЛ и ПРА не выплачивать НДС;

— внедрить требование, чтобы тендер на снабжение бюджетных организаций осветительными приборами выигрывали только предприятия, соблюдающие п. 1.1, а также по цене не более 75 рублей за КЛЛ со световой отдачей 50 лм/Вт, 100 руб. — при 60 лм/Вт, 125 руб. — при 70 лм/Вт, обеспечивающих окупаемость затрат за срок < 3-х лет.

4.1.2. Электросетевые фирмы понижают счет за электричество потребителям, экономящим не менее 30% энергии в результате использования КЛЛ, ЛЛ Т5, ЭПРА.

4.1.3. Из средств фонда поддержки бедных граждан и пенсионеров возрастом свыше 65 лет каждый год субсидиантам бесплатно раздаётся по 3 КЛЛ.

4.1.4. Предоставляются под гарантии государства банковские кредиты со сниженной процентной ставкой и увеличенным сроком выплаты.

4.1.5. Переводится часть средств, выделенных бюджетом на введение новых генерирующих мощностей на стимулирование производителей КЛЛ с целью снижения их цены и усовершенствования технологии производства.

4.2. Поощряется создание «некоммерческих партнёров» специальных проектных, торговых, монтажных, энергосервисных предприятий и соответствующих банковских структур с целью многостороннего и профессионального выпуска «экономных» световых приборов, в которых нуждаются потребители. Данная идея принадлежит А.В. Савельеву (компания «Космос-Энергосервис»).

4.3. Поощряется создание предприятий малого бизнеса, ставящих своей целью увеличение энергоэффективности световых приборов для государственных и жилых зданий.

4.4. Развиваются схемы финансового стимулирования госорганизаций к увеличению экономии энергии.

4.5. Налаживается лизинговая торговля КЛЛ.

4.6. В крупных торговых центрах проводится акция (как посредством СМИ, так и прямо «на месте»), заключающаяся в продаже КЛЛ за полцены там, кто за один раз купит 5 КЛЛ или более.

4.7. Широко и открыто обсуждается комплекс мероприятий по стимулированию экономичности световых приборов в периодическом издании «Светотехника».

Обнародованием данных идей мы хотели бы начать обсуждение этого вопроса, т.к. не считаем некоторые из них единственно верными и универсальными для каждого аспекта проблемы.

Аморфные сплавы и экономия

Аморфные сплавы и экономия

В современной электроэнергетике стало модным минимизировать затраты и заботиться об экологии. Аморфные сплавы в магнитопроводах силовых трансформаторов начали использовать не так давно. Что же это за сплавы и помогают ли они энергетикам оставаться «в тренде»?

Аморфный сплав — разновидность прецизионного сплава. От сплавов кристаллической структуры, таких, как электротехническая сталь, он отличается целым комплексом физических и химических свойств. Одна из его основных характеристик — отсутствие периодичности в расположении атомов. Помимо этого, такие сплавы более устойчивы к коррозии, прочнее в несколько раз и обладают лучшими электромагнитными параметрами.

С помощью химического подбора и метода охлаждения, проводящегося со скоростью выше скорости кристаллизации (на быстро вращающийся диск выливается готовый расплав), достигается аморфное состояние металла. Попадая на крутящийся диск, расплав моментально охлаждается со скоростью около 106К/ с. Структура таких сплавов напоминает структуру стекла и имеет форму ленты толщиной 15÷60 мкм. Из нее делают магнитопроводы, набирая их в стержни, навивая в кольцевые сердечники или изготовляя сердечники U образной формы. Современные технологии сделали возможным получение сердечников различных диаметров — от нескольких миллиметров до полуметра. Путем термомагнитной обработки сплавам придают различные свойства (можно получить петлю гистерезиса определенной формы). Структуру можно сделать частично кристаллизованной, полностью аморфной или даже нанокристаллической.

В 1988 году инженеры фирмы Hitachi Metals разработали специальный нанокристаллический сплав. По всей магнитопроводной ленте сердечника в нем расположены кристаллиты диаметром от 10 до 20 нм, что дает ему наибольшую магнитную проницаемость и наименьшую коэрцитивную силу. Из-за значительного удельного сопротивления (от 110 мкОм/см. до 120 мкОм/см.) и тонкости ленты можно добиться наименьшей коэрцитивной силы и наибольшей магнитной проницаемости.

В магнитопроводах из феррита, пермаллоя и электротехнической стали удельные магнитные потери намного выше, чем у магнитопроводов, сделанных из нанокристаллических и аморфных сплавов. У этих сердечников относительно высокая начальная и максимальная проницаемость и такая же высокая индукция насыщения при работе на высоких частотах. Благодаря своим уникальным характеристикам магнитопроводы из аморфных сплавов нашли широкое применение в метрологии при изготовлении измерительных трансформаторов напряжения и тока и силовых трансформаторов. В них обычно используется сложенная впятеро лента из аморфного сплава (железо — 78%, бор 13% и кремний 9%).

Снижение потерь

По данным Metglas, потери за год в силовых трансформаторах распределительных сетей с магнитопроводами из электротехнической стали, составляют около 8% их изначальной цены. Применение в магнитопроводах аморфных материалов, вместо стандартной трансформаторной стали позволяет снизить потери холостого хода в 4-5 раз. И, хотя, такие трансформаторы стоят дороже, в конечном счете они оказываются гораздо более выгодными.