В последнее десятилетие в соответствии с мировой тенденцией элегаз в России стал основной коммутационной и изоляционной средой для высоковольтных аппаратов напряжением 110 кВ и выше. Превосходные свойства элегаза как коммутационной среды, обеспечивающей в сравнении с маслом и воздухом значительно более низкое напряжение и энергию на электрической дуге, позволили элегазовым выключателям полностью вытеснить масляные и воздушные.
В отличие от выключателей, применение элегаза в измерительных трансформаторах не является безальтернативным. Элегаз и масло имеют примерно одинаковые изоляционные характеристики. Поэтому на рынке присутствуют и масляные, и элегазовые измерительные трансформаторы, которые в основном имеют равные технико-экономические показатели. Но при этом масляный трансформатор пожаро- и взрывоопасен, а элегазовый — подпадает под экологический контроль по утечкам парникового газа в атмосферу. Общей же проблемой для обоих видов трансформаторов при ремонтах и окончании срока службы является извлечение и утилизация масла и элегаза с соблюдением экологических правил. Это приводит к издержкам, иногда значительным, особенно для подстанций, удаленных от мест нахождения ремонтных подразделений и мест утилизации.
ООО «ЗЭТО-Газовые Технологии» подготовило производство (на фото) и аттестовало азотный трансформатор тока ТОГФ-110. Он имеет изоляционную среду, которая является основной составляющей воздуха. Поэтому у такого трансформатора отсутствуют вышеупомянутые недостатки, свойственные для масляных и элегазовыхтрансформаторов, поскольку:
- азотный трансформатор пожаро- и взрывобезопасен;
- он не подпадает под экологический контроль;
- его изоляционная (азотная) среда проста и единообразна для всех климатических исполнений, она практически не зависит от температуры, а также не нуждается в специальных технологиях контроля и утилизации;
- в процессе монтажа и эксплуатации трансформатора, а также утилизации азота не требуется присутствие представителей производителя или специально обученного персонала.
С учетом этих факторов азотный измерительный трансформатор высокого напряжения является более предпочтительным по сравнению с масляным и элегазовым аналогами. Но азот, как изоляционная среда уступает маслу и элегазу, что приводит к некоторому (сравнительно небольшому) удорожанию трансформатора. Но разумное удорожание, исключающее риски и финансовые издержки в будущем, при дальновидном подходе является оправданным. Нельзя забывать, что в местах компактного проживания людей в ряде стран, например, Европы и в Японии финансовые санкции накладываются на малейшие уровни выбросов парниковых газов, что в будущем может быть и в России.
Подстанции 110 кВ являются самыми многочисленными, зачастую значительно удаленными от сервисных центров, что предопределяет высокие транспортные расходы, связанные с ремонтом и утилизацией масла и элегаза (особенно в районах Сибири и Дальнего Востока). Применение же азотных трансформаторов даст существенное снижение эксплуатационных затрат, компенсирующее возможное удорожание изделий. Что касается трансформатора тока ТОГФ-110, то его стоимость мало отличается от стоимости элегазовых аналогов — особенно, если количество вторичных обмоток меньше шести, что характерно для исполнения УХЛ1.
Отметим, что в основном трансформатор ТОГФ-110 имеет известную конструкцию [1]. Вместе с тем, в ней применен ряд инновационных технологических конструктивных решений. Так, например, минимизированы электрические напряженности в областях их максимальных значений. Это принципиально важно, поскольку электрическая прочность азота существенно ниже прочности элегаза.
В частности, наиболее электрически напряженным является каплеобразный торец внутреннего экрана [1, с.330]. Поэтому он выполнен эллиптической формы с полуосями а и b > а и с полуфокусным расстоянием с (рис. 1). Минимизация напряженности на эллиптическом торце в точках (у=0, х=х1 — боковая поверхность эллипса), (y=0, х=х2 — поверхность цилиндрической стойки) и (х=0, у=-b — торцевая поверхность эллипса) осуществлена с помощью координатно-структурного метода [2] на основе семейства софокусных эллипсов, аппроксимирующих эквипотенциальные поверхности электрического поля (семейство описывается функцией комплексной переменной x+jy= cch(u+jv)). При этом торцевой профиль между точками Та и Тb может отличаться от эллиптического, а эллиптическое сечение может быть полым или сплошным. Указанная минимизация реализуется путем отыскания промежуточных параметров х2, х3 и с из следующей системы трех нелинейных алгебраических уравнений:
при подстановке в них выражения 
и численных значений 
.
После решения этой системы искомые геометрические параметры торцевой части экрана (рис. 1) рассчитываются по формулам:
Кроме этого, найдены оптимальные радиусы всех закруглений, минимизирующих напряженность в местах ее повышенных значений.
Азотные трансформаторы тока по техническим, экономическим и экологическим характеристикам являются наиболее предпочтительными для электрических сетей 110 кВ и выше. Особенно целесообразно их применение на подстанциях 110 кВ в районах с низкими температурами.
А. Н. КОЗЛОВСКИЙ,
генеральный директор ЗАО «ЗЭТО»
Д. В. ИВАНОВ,
технический директор ЗАО «ЗЭТО»
Д. С. ЯРОШЕНКО,
генеральный конструктор ЗАО «ЗЭТО»
В. Н. ОСТРЕЙКО,
к.т.н., гранд-доктор теоретической электротехники,
заместитель генерального конструктора
по научно-техническим разработкам и публикациям
Литература:
- Электрические аппараты высокого напряжения с эле- газовой изоляцией / Под ред. Ю. И. Вишневского - СПб.: Энергоатомиздат, 2002.
- Острейко В. Н. Синтез потенциального поля заданной структуры и интенсивности за счет реализации определенного закона изменения характеристики среды // Электричество, 1978. - №4.
