Высоковольтное оборудование: устройства, назначение, классификация

Высоковольтное оборудование (или высоковольтная аппаратура — ВВА) — это группа электротехнических устройств, предназначенных для работы в сетях с номинальным напряжением свыше 1 кВ. Оно используется для приема, преобразования, распределения и управления потоками электроэнергии в промышленности и энергетике (рис. 1).

Рис. 1. Высоковольтное оборудование СВЭЛ

ВВА составляет основу подстанций, линий электропередачи и крупных промышленных комплексов. Эти устройства критически важны для устойчивости энергосистем, бесперебойного электроснабжения, предотвращения аварий и надежной работы сети.

Основные задачи:

• коммутация и трансформация электрических потоков;

• предотвращение аварийных ситуаций;

• измерение параметров тока и напряжения.

В статье разберемся, что относится к высоковольтному оборудованию, какие виды ВВА существуют, как классифицируется, где применяется, рассмотрим вопросы эксплуатации и выбора производителей.

Назначение высоковольтного оборудования

Главная функция высоковольтного оборудования — передача и распределение электроэнергии от источников генерации к потребителям. На магистральных линиях и подстанциях высоковольтное оборудование обеспечивает транспортировку больших объемов энергии с минимальными потерями. В распределительных сетях — направляет потоки к промышленным, жилым и инфраструктурным объектам.

К ВВА предъявляются строгие требования в части безопасности и надежности. Коммутационные и защитные устройства должны:

• включать и отключать цепи без искрения;

• сохранять целостность изоляции в сложных климатических и технологических условиях;

• быстро реагировать на перегрузки и короткие замыкания.

Для защиты линий и оборудования применяются:

• релейная автоматика;
  ограничители перенапряжения (ОПН);

• дугогасящие реакторы;

• системы аварийного отключения.

Такие меры предотвращают развитие аварий, продлевают срок службы энергосистем.

Элементы устройств высоковольтной аппаратуры и оборудования

К конструктивным элементам ВВА относятся:

• токоведущие части — шины, контакты, клеммы, проводники;

• изоляция — твердая, жидкая или газовая, защищающая от пробоя;

• контактные соединения — неподвижные и подвижные части для коммутации цепей;

• механические узлы — рамы, опоры, приводные механизмы, корпуса;

• защитные оболочки — кожухи, уплотнения и системы герметизации, особенно в элегазовых и вакуумных аппаратах.

Особое значение имеют системы управления и защиты:

• командно-сигнальные цепи — управляют включением и отключением;

• релейная защита и автоматика — отслеживают параметры сети и инициируют отключение;

• системы мониторинга — отслеживают состояние оборудования, помогают прогнозировать отказы и планировать обслуживание.

Конструкция ВВА зависит от назначения, условий установки (внутри или снаружи), климата и требований к изоляции. Для современных аппаратов характерны модульность, компактность, совместимость с цифровыми системами управления.

Основные виды высоковольтного оборудования

Какое оборудование высоковольтное? Можно выделить несколько групп устройств, различающихся по функциям и конструкции.

Коммутационные аппараты 

Разъединители — создают видимый разрыв цепи.

СВЭЛ производит разъединители на напряжение 35 кВ и 110 кВ.

Рис. 2. Высоковольтный разъединитель РГ(Н)-СВЭЛ-110

Заземлители — отводят токи замыкания в землю.

СВЭЛ производит заземлители нейтрали трансформатора рубящего типа на напряжение 110 кВ.

Рис. 3. Заземлитель ЗОН-СВЭЛ-110 кВ

Выключатели — включают / отключают цепи под нагрузкой и при коротких замыканиях. По способу гашения дуги бывают:

• вакуумные — компактные, надежные, подходят для частых коммутаций;

• воздушные — требуют обслуживания, применяются ограниченно;

• элегазовые — герметичные, эффективные, используются в ЗРУ.

СВЭЛ производит элегазовые колонковые выключатели на напряжение 110 кВ.

Рис. 4. Элегазовый колонковый выключатель ВГК-СВЭЛ-110

Трансформаторы

Измерительные трансформаторы 110 кВ — понижают параметры до безопасных для приборов учета и релейной защиты значений.

Рис. 5. Элегазовый трансформатор тока ТГ-СВЭЛ-110

Устройства защиты

• Ограничители перенапряжения (ОПН) — защищают от импульсных и коммутационных перенапряжений.

• Дугогасящие и токоограничивающие реакторы — уменьшают последствия коротких замыканий.

• Заземлители

Изоляторы

Опорные и подвесные — изолируют токоведущие части от конструкций. Изготавливаются из стекла, фарфора или полимеров в зависимости от условий эксплуатации.

Конденсаторы

Конденсаторы высокого напряжения — служат в установках компенсации реактивной мощности, способствуют снижению потерь и повышают общую устойчивость сети.

Классификации высоковольтного оборудования

Классифицируют по нескольким признакам.

По назначению высоковольтное оборудование бывает:

• коммутационное — выключатели, разъединители;

• защитное — ограничители, реакторы, заземлители;

• измерительное — трансформаторы тока и напряжения;

• преобразовательное — силовые трансформаторы, конденсаторные установки.

По уровню напряжения:

• низковольтное — до 1 кВ;

• среднее — 6–35 кВ;

• высоковольтное — 110–220 кВ;

• сверхвысокое — 330–500 кВ;

• ультравысокое — 750–1150 кВ.

По условиям установки:

• наружная установка — монтируется на открытых подстанциях;

• внутренняя — размещается в закрытых распределительных устройствах (ЗРУ), защищена от внешней среды.

Например, в распределительных подстанциях жилых районов устанавливают компактные ЗРУ 10 кВ внутри зданий. В сельской местности и на промышленных узлах применяются РУ 35–220 кВ открытого типа.

По типу тока:

• переменный ток (AC) — используется в большинстве энергосистем;

• постоянный ток (DC) — применяется в HVDC-линиях, тяговых подстанциях и транспортной энергетике.

На практике энергообъекты часто сочетают оборудование разных классов и типов, например ЗРУ на 10 кВ для городских районов или открытые РУ 220 кВ для промышленных узлов.

Производство и эксплуатация высоковольтного оборудования

Современное оборудование изготавливается с применением долговечных изоляционных материалов, имеет прочный корпус, устойчивый к механическим и погодным нагрузкам, оснащено цифровыми системами диагностики и управления.

При выборе производителя высоковольтного оборудования важно учитывать:

• соответствие продукции ГОСТам высоковольтного оборудования, международным стандартам;

• наличие сертификатов, технической документации;

• опыт реализации энергетических проектов;

• наличие сервисной поддержки.

Эксплуатация высоковольтного оборудования требует соблюдения регламентов, регулярного контроля состояния и квалифицированного обслуживания. От бесперебойной работы техники напрямую зависит надежность сети и безопасность персонала.

Заключение

Высоковольтное оборудование — ключевой элемент устойчивой энергосистемы. Его безотказная работа невозможна без продуманного выбора, следования стандартам и профессиональной эксплуатации.

Разнообразие устройств, напряжений и условий установки требует системного подхода: от проектирования и закупки до обслуживания. Только так можно обеспечить безопасное, эффективное и долговременное функционирование всей энергетической инфраструктуры.

Список используемой литературы

1. ГОСТ 1516.3-96. Электрооборудование переменного тока на напряжения от 1 до 750 кВ. Требования к электрической прочности изоляции.

2. ПУЭ. Правила устройства электроустановок. –– 7-е изд. — М.: Минэнерго РФ, 2023.

3. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей (ПТЭЭП). — М.: Минэнерго РФ, 2022.

4. Электротехнический справочник: в 3 томах / под ред. И.Н. Орлова. —М.: Энергоатомиздат, 1985–1988.