Орта кернеулі электр тарату жобалары үшін қандай орта кернеулі коммутациялық құрылғылар жарамды?

Жүйені қорғау мен жұмыс үздіксіздігіндегі орта кернеу қосқыш құрылғысының негізгі рөлі

Орта кернеу шкафы орта кернеу деңгейіндегі электр тарату жүйелерінің негізін құрайды, электрлік бөлу, ақауларды тоқтату және жүктемелерді басқару сияқты міндеттерді орындайды. Бұл құрылғылар қысқа тұйықталу мен артық жүктеме тізбектерінен қауіпті нысандарды қорғайды, өндірістік орындарда, ауруханаларда, деректер орталықтарында және жоғары технологиялық жартылай өткізгіш зауыттарында үзіліссіз жұмысты қамтамасыз етеді. Қазіргі жабдықтар күрделі өшіру құрылғылары мен қорғаныс релелерімен жабдықталған, бұл ақауларды тез анықтап, жүйе бойынша таралмай тұрып өшіруге мүмкіндік береді. Өткен жылы Plant Engineering журналы хабарлағандай, сандық нұсқаға ауысқан электр желілері компанияларында орташа кернеу шкафтарының көп ескі модельдерімен салыстырғанда үзіліс уақыты 30% азайды. Дәл осындай жақсартулар электр желісі бойынша сенімді электрмен жабдықтауды қолдауда айтарлықтай айырмашылық жасайды.

Қалалық және өнеркәсіптік желілердегі интеграция: Токио Электр Қуатының мысалы

Адамдармен қаныққан қалалар кеңістік үнемдейтін қосқыш аппараттарды қолдануды талап етеді, сондықтан қосалқы станциялар биік ғимараттарды қолдайтын, қоғамдық көлік жүйелерін басқаратын және ақылды қалалар технологиясын дамытатын тығыз орындарға сыйып кетуі керек. Мысалы, Токиодағы электр энергиясы компаниясы өткен жылы ескі жабдықты газбен изоляцияланған қосқыш аппарат (GIS) жабдыққа ауыстырды. Бұл шешім әрбір қосалқы станцияның алатын аумағын 60% дейін азайтты, сонымен қатар 22 киловольттық жүктемелерді тұрақты түрде өңдеуге мүмкіндік берді. Сонымен қатар өнеркәсіп аймақтарында компаниялар электр доңғалақ пештері мен электр көліктерінің батареяларын шығаратын бүкіл зауыттарды қуаттандыру үшін қосқыш аппараттардың модульді орналасуын таңдайды. Бұл икемді жүйелердің шын мәнінде пайдалы екенін Жапонияның жаңартылатын энергия желісінің өсуіне қатар жалғанған кезде электр желісінің тұрақтылығын бұзбай жұмыс істеуі көрсетеді.

Цифрландыру тенденциялары: Ақылды бақылау және Желілік сенімділігін бейімдеу

Қазіргі заманғы орта кернеу шкафтары интернетке қосылған датчиктер мен бұлттық платформалармен жабдықталған, олар изоляциялық үзілу, контактілердің тозуы және жылу жиналуы сияқты жағдайларды үздіксіз бақылайды. Бұл алдын ала болжайтын жөндеу жүйелері барлық жұмыс көрсеткіштерін талдайды және 2024 жылғы соңғы өнеркәсіптік есептерге сәйкес күтпеген тоқтатуларды шамамен 45%-ға дейін азайтуға мүмкіндік береді. Желілік қауіпсіздік туралы қам concern және алыстағы бақылау мүмкіндіктеріне деген сұраныс артқан сайын электр энергиясын беру компаниялары ақылды желі талаптарына сәйкес келетін жабдықтарды таңдауға бейімделуде. Мысалы, бір еуропалық энергетикалық компания жүктемені тиімді бөлу мүмкіндігі бар жабдықтарды орнатқаннан кейін жүйенің сенімділігін 99,98% дейін көтерді. Бұл операторлардың осындай цифрлық жаңартуларды игеруінен өнімділіктің қаншалықты артатынын және ұзақ мерзімді тұрғыда өндірістің экологиялық тазалығына қаншалықты ықпал ететінін көрсетеді.

Негізгі және екінші реттік тарату желілері үшін орта кернеу шкафтарының негізгі түрлері

Металл қаптамалы және металл жабық (АТR) қосқыш құрылғылар: Қызметтік айырмашылықтар мен қолданыстар

Орташа кернеуі бар металл қаптамалы қосқыш құрылғылардың бөліп алынған бөлімдері мен бөлшектері болады және оларды жеңіл ауыстыруға болады, сондықтан жөндеу жұмыстары жылдамырақ және қауіпсіз орындалады. Бұл түрі өндірістік кәсіпорындарда қолайлы пайдаланылады, өйткені мұнда техникалық құрылғылар күн сайын көп қолданылады. Ал екінші жағынан, металл жабық АТR қосқыш құрылғылар барлық құрылғыларды жерге қосылған және қозғалмалы емес бір қорап ішіне орналастырылады, сондықтан ол басқа нұсқаларға қарағанда аз орын алады. Сол себепті көптеген қалалық трансформаторлық қосалқы станциялар осы нұсқаны таңдайды, әрине, кейбір кемшіліктеріне қарамастан. 2023 жылғы Industrial Energy Journal дерек арқылы белгілі болғандай, Техаста орналасқан химиялық өңдеу кәсіпорны өткен жылы металл қаптамалы құрылғыларға ауысқан кезде жылдық тоқтап тұру көрсеткіші 15 пайызға төмендеді. Бұл жүйелердің модульдік құрылымы әртүрлі салаларда қиын жағдайларда жұмыс істеу кезінде айтарлықтай пайда әкелетінін көруге болады.

Икемді екінші реттік тарату үшін модульдік жобалар: Жаңа даму бағыттары

Алдын-ала жасалған шина бөлімдері мен қосылу құрылғылары бар модульді ОЖ қосқыш құрылғылары коммерциялық жобалар мен жаңартылатын энергия парктерінде масштабталатын кеңейтуді қамтамасыз етеді. Бұл тәсіл жүйенің толық ауыстырылуынсыз кезең-кезеңмен өндірістік қуатты жақсартуға мүмкіндік береді. Бірте-бірте осындай құрылғылар екі бағытта да электр энергиясын таратуға қабілетті болып отыр, сондықтан олар таратылған электр энергиясы мен сақтау жүйелерімен жабдықталған орталықтандырылмаған желілерге өте сәйкес келеді.

Зерттеу жағдайы: өнеркәсіптік трансформаторлық станцияларды металды қаптамалы ОЖ қосқыш құрылғыларымен жаңарту (Техас, АҚШ)

Техастағы мұнай қайта өңдеу зауыты 1980 жылдары шығарылған қосқыш құрылғыларды қазіргі заманғы металды қаптамалы жүйелермен ауыстырды, олар 25 кА қысқа тұйықталу тогына есептелген, бұл тұрақты өзара әрекеттесу мәселелерін шешуге көмектесті. Жаңарту доғаға төзімді қораптар мен интегралданған IoT датчиктерін қамтыды, нәтижесінде 18 ай бойы жөндеу жұмыстарының сағат саны 40% азайды.

Таңдау стратегиясы: Қосқыш құрылғылардың түрін жүктеме профилі мен қысқа тұйықталу тогына сәйкестендіру

Дұрыс орта кернеулі қосқыш құрылғыларды таңдау төрт негізгі факторды бағалауды талап етеді:

1. Жүк динамикасы : Жиі қосылып-ажыратылатын қондырғылар күнделікті пайдалануға 100 ретке дейін шыдайтын қосқыш аппараттарды қажет етеді
2. Жарам өсірісі : Энергия көздеріне жақын орналасуы ≥25 кА қосылып-ажырау қабілетін қажет етеді
3. Қоршаған орта : Теңіз жағалауында орналасқан орнатымдар тұз бұршағына төзімді IP54 дәрежесіне сәйкес корпус қажет етеді
4. Кеңейту жоспарлары : Модульді жүйелер дәстүрлі жабдықтарды ауыстыруға қарағанда өмір сүру циклы шығындарын 30% дейін төмендетеді (Электр желісі инфрақұрылымының 2023 жылғы есебі)

Ауалы және газды оқшаулаулы орташа кернеудегі қосқыш аппараттар: Өнімділік пен қоршаған ортаның өзара әсерлесуі

AIS пен GIS-ті салыстыру: Аумақ, техникалық қызмет көрсету және өмір сүру циклының құны

Ауамен изоляцияланған қосқыш құрылғы (AIS) жиі қолданылады, ол өзінің изоляциялық қасиеттері үшін қарапайым ауаны пайдаланады. Бұл газбен изоляцияланған қосқыш құрылғылармен (GIS) салыстырғанда 3-тен 5 есеге дейін кеңістік алады. Ауылдық аймақтар сияқты кеңістік мәселесі болмаған жағдайда AIS қаржылық тұрғыдан тиімді болып табылады. Алайда әрбір шаршы метр маңызды болып табылатын қалалық орталарда AIS қазіргі талаптарға сай келмейді. Газбен изоляцияланған жүйелер күкірт гексафториді (SF6) деп аталатын газды пайдаланады. Бұл жүйелер шамамен 90% аз кеңістік алады, бірақ 2023 жылғы IEC есептеріне сәйкес 40-60% қымбат тұрады. Күнделікті пайдалану кезінде техникалық қызмет көрсету талаптары да әлдеқайда өзгеше болып келеді. AIS жабдықтары үш ай сайын ластану мен қалдықтарды тексеру қажеттілігі туындайды. GIS орнатылымдары болса газ деңгейін тексеру үшін арнайы бақылауды тек әрбір жыл сайын, ал кейбір жағдайларда үш жылда бір рет қажет етеді.

Қоршаған орта шектеулері және SF6 нормативтік қысымы

Әлемдегі GIS жүйелердің 85 пайызында SF6 газы бар, бірақ мұнда айырымшылық бар - EPA-ның 2022 жылғы деректері бойынша, оның климатқа әсері әдеттегі көміртегі диоксидіне қарағанда шамамен 23 500 есе көбірек. Осы мәселемен Еуропа Одағы да тыныш отырған жоқ - олардың F-Gas ережелері 2030 жылға дейін SF6 қолданысын үштен екіге дейін азайтуды көздейді. Сонымен қатар, бұл заттың атмосфераға жіберілуі үшін келіп түсетін айтарлықтай салымдарды да ұмытпау керек - салымдар жарты миллион долларға дейін жетуі мүмкін. Осындай қауіптерге байланысты көптеген компаниялар изоляция үшін қауіпсіз баламаларға ауысуда, жиі құрғақ ауа немесе азот қоспаларын таңдап отыр.

Тәжірибелік мысал: Тығыз қоныстанған аймақтардағы GIS жүйесін енгізу

42 трансформаторлық қосалқы станцияларда АЖҚ-ды ЖИҚ-пен ауыстыру арқылы үлкен қалалық теміржол жүйесі 99,98% сенімділік көрсеткішіне қол жеткізді. Пышақ құрылымы станциялардың өлшемін 75%-ға азайтты, вертикальды таза биіктігі 5 метрден аспайтын тоннельдік жобалар үшін маңызды. Алайда, күкірт гексафторидін ұстау талаптарының қатаңдығына байланысты жыл сайынғы жөндеу шығындары 18%-ға артты.

Изоляцияның болашағы: Қатты диэлектриктер мен вакуумды ажырату технологиялары

Орташа кернеу жүйелерінде күкірт гексафторидін пайдалануды қатты азайтатын солидті изоляцияланған қосқыш құрылғылар (SIS) мен вакуумды үзгіштерге көшу бүгінгі таңда әлдеқайда көп таралып жатыр. Бұл дәстүрлі әдістерге қарағанда пайдалануды шамамен 92% азайтады. Әсіресе 24 кВ деңгейінде жұмыс істейтіндер үшін SIS жабдықтардың ғұмыр салыстырмасы газбен изоляцияланған қосқыш құрылғыларға қарағанда шамамен 22% арзан тұрады. Сонымен қатар олардан шығатын қоршаған ортаға зияны өте аз, шамамен жарты миллиардқа дейінгі бөліктер шығарылады. Алдағы уақытта вакуумды ажырату технологиясын көміртегі диоксидіне негізделген изоляциямен ұштастыратын гибридті шешімдер орташа кернеу орнатуларының жартысын жабуы мүмкін деп күтілуде. Бұл өсу үстіндегі инфрақұрылым сұраныстарын қанағаттандыра отырып, әрі қарқынды дамып жатқан электр тарату желілерін сенімді сақтап, климаттық мақсаттарына жетуге тырысатын коммуналдық желілер үшін тиімді болып табылады.

Эко-тиімді газдар (g3, Clean Air): Техникалық өнімділік және сәйкестік

SF6 қолданбайтын қазіргі заманғы орташа кернеу (MV) қосқыш құрылғылары құрамында фторонитрил негізіндегі қоспалары бар g3 сияқты экологиялық таза газдар мен құрғақ ауа мен азотты қосатын Таза Ауа технологиясына барынша сүйенеді. Осындай жаңа опциялар электр оқшаулау қасиеттері жағынан дәстүрлі SF6-мен бірдей деңгейде болып келеді, бірақ олар климаттың өзгеруіне әсерін 99%-дан астам азайтады. Нақты жұмыс жағдайларында жүргізілген сынақтар g3 оқшаулауын қолданатын жүйелер қысым стандартты талаптардан 30% жоғары болған кезде де тұтқындалу деңгейін 0,5% шамасында ұстап тұратынын көрсетті, бұл IEC 62271-203 техникалық шарттарына сәйкес келеді. G7 елдері 2024 жылы барлық жаңа өндірілетін жабдықтарда SF6 қолдануды тоқтатуға ұмтылып жатқанымен, көпшілік Еуропа коммуналдық компаниялары өз сатып алу келісімдерінде SF6-сіз жабдықтарды талап ете бастады, онда оннан сегізі сауда құжаттарында осындай экологиялық таза альтернативаларды қарастырған.

SF6-ның әлемдік қолданысын шектеу: F-газдар туралы қаулының және Кюото хаттамасының ықпалы

Дүние жүзінде 40-тан астам ел SF6 қолданысын шектеуге келісімге жетті, олар F-газдар ережелерін жаңарту арқылы және Кюото хаттамасы бойынша міндеттемелерін орындау аясында 2030 жылға дейін шамамен жетпіс пайызға дейін азайтуды көздейді. Еуропада 2024 жылғы жаңа өзгерістер 52 кВ және одан жоғары номинал кернеуі бар негізгі орта кернеулі қосқыш құрылғылардан SF6 қолданбау туралы тыйым салып отыр. Ал Қытайдың жаңа ұлттық стандарты GB/T 11022-2023 қалалық электр желілерін кеңейткен кезде SF6-ға балама материалдар қолдануды талап етеді. Бұл реттеулер өндірушілердің қозғалысын бір жыл бұрынғы кезге қарағанда SF6-сыз орта кернеулі жабдықтардың жеткізілу көлемін үш есе арттыруға итермеледі. Гибридті технологиялық шешімдер қазіргі таңда кең тарала бастады, олар 12-ден 40,5 кВ дейінгі кернеу диапазонында жұмыс істеуге ыңғайлы.

Тәжірибе нәтижесі: National Grid UK компаниясының SF6-сыз ЖҚҚ-ға көшуі

National Grid UK 12 трансформаторлық қосалқы станцияда 145 SF6 GIS құрылғысын Clean Air-дің изоляциялық жүйесіне ауыстырды, нәтижесінде:

• Жылына 18 тонна SF6 шығарындыны азайтты
• қарапайым газ жүргізу арқасында 30% төмен жабдықты ұстау құны
• модульді құрылыс арқылы 25% тез орнату
  Орнатылғаннан кейінгі бақылау 99,98% қолжетімділікті қамтамасыз етті, бұл маңызды ауылшаруашылық желілерінде SF6-сіз технологияның сенімділігін растайды.

Коммуналдық шаруашылықтар үшін жол картасы: Тұрақты орташа кернеуі бар қосқыштың қабылдану стратегиясы

Тиімді түрде ауысу үшін коммуналдық шаруашылықтар назар аударуы тиіс:

1. Жүйелік төлеулер туралы талдау көміртегінің бағасын енгізу және ұзақ мерзімді сарапшылық сәйкестігін
2. Жабдықты жаңарту бағдарламалары вакуумды қосқыштарды SF6 бөлімдеріне интеграциялау
3. Персоналды оқыту батыл газдарды қауіпсіз және бақылаумен қолдану бойынша
4. Бірлескен ғылыми-зерттеу жұмыстары өндірушілермен 72,5 кВ дейінгі тығыз оқшаулауыш қосқыштардың мүмкіндіктерін кеңейту
   Ерте қабылдаушылар қоршаған ортаны ластағаны үшін айыппұлды болдырмау және жөндеуді азайту арқылы 5–7 жыл ішінде өз қаржыларын өтейді.

Шынайы әлем жобаларындағы ОЖ қосқыштарды таңдау және сенімділік критерийлері

Кернеу рейтингі, қысқа тұйықталу қабілеті және IP қорғанысы: маңызды параметрлер

ОЖ қосқыштарды таңдау үш негізгі критерийден басталады:

• Жиындылық мөлшері iEC 62271-200 стандартына сәйкес жұмыс кернеуінен 15–20% артық болуы тиіс
• Қысқа тұйықталу қабілеті жүйелік зерттеу кезінде өлшенген аумақтық ақау деңгейлеріне сәйкес келуі тиіс
• IP қорғаныс класы (мысалы, IP54) құрғақ және ылғалды ортада ұзақ уақыт пайдалануға шыдамдылығын қамтамасыз етеді

2023 жылы теңіз платформалары бойынша жүргізілген зерттеу 62% ажыратқыш аппараттардың істен шығуы қысқа тұйықталу тогының дұрыс есептелмеуінен болып жатқанын көрсетті, бұл дәл инженерлік бағалаудың қаншалықты маңызды екенін көрсетеді

Ұзақ мерзімді жабдық жоспарлау үшін өмірлік циклді бағалау (ӨЦБ)

Прогрессивті коммуналдық қызмет көрсетушілер жалпы иелік құнын 25 жылдық көрсеткіш бойынша бағалайды. Металл қаптамалы ажыратқыштар әдетте бөлімшеленген нұсқаларға қарағанда 18–22% төмен өмірлік циклді шығындар ұсынады, негізінен құрамдас бөліктерге қол жетімділігі жеңіл және жөндеу кезінде тоқтау уақыты аз болуына байланысты

Тәжірибелік жағдай: теңіз жел электр станцияларының трансформаторлық подстанциялары мен алаңға тән таңдау

Солтүстік теңізіндегі жел электр станциясы толқын әсерін 2,5 м дейін шыдайтын қысымдық жүйелермен жабдықталған тұз бүркілмесіне тұрақты орташа кернеу ажыратқыштарын орнатқаннан кейін жұмыс істеу уақыты 41% артты. Бұл құрылымның беріктігі ең коррозиялық теңіз ортасында жұмыс істеу сенімділігін қамтамасыз етті

Сенімділікті арттыру: Доға-шарқын қарсылық және болжамды техникалық қызмет көрсету

Қазіргі заманғы орташа кернеу (MV) қосқыш құрылғылар екі еселі сенімділік механизмдері арқылы қауіпсіздікті және қолжетімділікті арттырады:

1. Доға-шарқын құрамын ұстап тұру iEEE C37.20.7 стандарты бойынша сынақтан өткізілді (500 мс ішінде 40 кА токқа шыдай алатын)
2. IoT-басқарылатын жағдайын мониторлау , болжамды диагностика арқылы жоспарланбаған тоқтап қалуларды 57% азайтады

Алаңдағы өнімділік: ATR қосқыш құрылғыларды пайдалану (Австралия)

Австралияның Пилбара аймағында ауамен изоляцияланған ATR қосқыш құрылғылар өте қолайсыз жағдайларда – 50°C-тан жоғары температура мен 15 мг/м³-ден асатын бөлшектердің концентрациясында – 93,6% қолжетімділік деңгейін сақтап қалды, бұл қатты өнеркәсіптік қолданыстардағы төзімділігін дәлелдейді.

Жиі қойылатын сұрақтар

Орташа кернеу қосқыш құрылғысы дегеніміз не және неге маңызды?

Орташа кернеу (MV) қосқыш құрылғылар электр тарату жүйелерінде маңызды рөл атқарады, олар электр тізбегін ажырату, ақауларды тоқтату және жүктемелерді басқару сияқты қызметтерді атқарады. Олар ауруханалар мен деректер орталықтары сияқты маңызды инфрақұрылымдардың қауіпсіздігі мен сенімділігін қамтамасыз етеді.

Цифрлық орташа кернеу қосқыш құрылғысы сенімділікті қалай арттырады?

Цифрлық орташа кернеу қосқыш құрылғысы болжамды техникалық қызмет көрсету мүмкіндігін беретін ақылды бақылау мүмкіндіктерін біріктіреді. Бұл өнеркәсіптік есептерде хабарланғандай, күтпеген тоқтатулар санын 45% дейін азайтады.

GIS жүйелерінде қолданылатын SF6 газының қоршаған ортаға әсері қандай?

SF6 газы климатқа үлкен әсер етеді, ол CO2-ден 23 500 есе күшейіп келеді. Реттеулер оның қолданысын азайтып, құрғақ ауа мен азот сияқты қоршаған ортаны қорғайтын альтернативаларға ынталандырады.

Ауа-изоляциялы қосқыш құрылғысы (AIS) мен газбен изоляцияланған қосқыш құрылғысы (GIS) арасындағы айырмашылық неде?

AIS изоляция үшін қалыпты ауаны қолданады, кеңістікті көбірек талап етеді, ал GIS SF6 газын қолданады және көп орын алмайды, бірақ қымбат тұрады. GIS кеңістікті шектеу орындарында қолданылады, ал AIS ауылдық аймақтар үшін қолайлы.