Rockwill RGIS Switchgear — Рекомендации по выбору газа для применения на 12 кВ 24 кВ и 40.5 кВ

Rockwill RGIS использует различающиеся изоляционные газы для различных классов напряжения (N₂/сухой воздух для 12/24 кВ, SF₆ для 40.5 кВ, с введением g³ в качестве экологически безопасной альтернативы). Этот выбор является фундаментальным инженерным решением, которое учитывает производительность изоляции, компактность оборудования, экономическую эффективность и экологические нормы. Для понимания этой логики необходимо тщательно сравнить изоляционные и дугогасящие свойства N₂, сухого воздуха, SF₆ и g³.

Основные различия в производительности изоляции и гашения дуги

1. Основной состав

2. Диэлектрическая прочность (относительно SF₆)

3. Механизм захвата электронов

4. Способность к гашению дуги (относительно воздуха)

5. Потенциал глобального потепления (GWP)

6. Экологические и токсикологические соображения

7. Температура liquefaction (при рабочем давлении)

8. Чувствительность к примесям

Ключевые выводы

• Во-первых, градиент диэлектрических свойств изоляции. SF₆ и g³ относятся к высшему классу с диэлектрической прочностью более чем в 2,5 раза превышающей таковую у N₂/сухого воздуха. Это означает, что при одинаковом напряжении и расстояниях между токоведущими частями оборудование с изоляцией на основе SF₆ или g³ может иметь объём, составляющий не более одной трети объёма воздушной изолированной ячейки. Тщательно подобранные пропорции фторнитрила и CO₂ позволяют g³ достичь почти эквивалентных SF₆ диэлектрических характеристик при проектном давлении — это устраняет главное препятствие для создания компактного экологически безопасного коммутационного оборудования на 40,5 кВ.
• Во-вторых, разрыв в способности гашения электрической дуги. Уникальные термохимические свойства SF₆ по гашению дуги позволяют ему самостоятельно отключать высокие токи. N₂, сухой воздух и g³ не обладают такой способностью. Следовательно, любое коммутационное оборудование, использующее эти три газа — независимо от уровня напряжения — должно полностью полагаться на вакуумный дугогасительный элемент для отключения тока, тогда как газ служит исключительно изолирующей средой. Именно поэтому комбинация «вакуумное отключение + экологически безопасная газовая изоляция» стала отраслевым стандартом.
• В-третьих, компромисс, связанный с g³. g³ обеспечивает диэлектрические характеристики, сопоставимые с SF₆, при чрезвычайно низком потенциале глобального потепления (GWP) — что делает его идеальной заменой. Однако его слабым местом является более высокая температура конденсации при рабочем давлении, вследствие чего его нельзя применять напрямую в условиях крайнего холода без добавления большего количества CO₂ (что несколько снижает диэлектрическую прочность) или без применения подогрева/дополнительной теплоизоляции. Его слабая способность к гашению дуги полностью компенсируется вакуумным дугогасителем, что позволяет g³ сосредоточиться исключительно на своих преимуществах в качестве изолирующей среды.

Учитывая вышеперечисленные различия, логика выбора газа Rockwill для RGIS в зависимости от класса напряжения становится очевидной.

Для 12 кВ / 24 кВ — N₂ или сухой воздух + вакуумный дугогаситель

На этих уровнях напряжения требования к изоляции являются умеренными. Незначительное повышение давления газа (например, до 0,1–0,15 МПа избыточного давления) позволяет N₂ или сухому воздуху обеспечить достаточную диэлектрическую прочность для компактной конструкции без введения каких-либо парниковых газов. Использование самого дешёвого, наиболее экологически безопасного и простого в обслуживании газа — N₂ или сухого воздуха — в сочетании с проверенным вакуумным дугогасителем полностью соответствует заявленному продукту «высокая экономическая эффективность и нулевые выбросы парниковых газов в течение всего жизненного цикла». Кроме того, следовые количества кислорода в сухом воздухе способствуют разложению углеродистых отложений, образующихся при частичных разрядах, что дополнительно повышает надёжность эксплуатации.

Для 40,5 кВ — SF₆ + вакуумный дугогаситель или g³ в качестве альтернативы

На уровне 40,5 кВ расстояния между токоведущими частями становятся критически чувствительными. При использовании N₂ или сухого воздуха даже при максимально допустимом давлении объём оборудования значительно возрастёт — будет утрачена компактность, определяющая характер RGIS. Следовательно, необходимо применение газа с высшим классом изоляционных свойств.

Традиционное решение предусматривает использование SF₆, диэлектрическая прочность которого в 2,5–3 раза выше, чем у воздуха, что гарантирует минимальные электрические зазоры при низком давлении (например, 0,15 МПа), обеспечивая высокую надёжность и компактность. Стратегия «SF₆ только для изоляции, вакуумный дугогаситель для отключения тока» принципиально исключает образование больших количеств токсичных продуктов разложения дуги и упрощает техническое обслуживание.

Перспективное обновление предполагает внедрение g³. В том же компактном исполнении смеси на основе g³ обеспечивают почти эквивалентную изоляционную способность SF₆ при снижении потенциала глобального потепления (GWP) ниже 500 — что полностью соответствует всё более строгим международным регламентам по фторсодержащим газам (F-gas). Современные барьеры для широкомасштабного применения g³ на уровне 40,5 кВ — адаптивность к низким температурам и первоначальная стоимость. По мере совершенствования составов и развития производственной кооперации g³ станет бесспорным направлением эволюции экологически безопасного коммутационного оборудования RGIS на 40,5 кВ.

Резюме

Философия выбора газа для RGIS — основанная на чётком понимании фундаментальных физических границ N₂, сухого воздуха, SF₆ и g³ в отношении диэлектрических и дугогасительных характеристик — предусматривает применение наиболее подходящего решения для решения ключевой задачи на каждом уровне напряжения:

• Низкое и среднее напряжение (12/24 кВ): применение комбинации «экологически безопасный газ + вакуум» — экологичное, экономичное и полностью свободное от SF₆ решение.
• Высокое напряжение (40,5 кВ): первоначальное применение SF₆ для обеспечения компактности и надёжности как основных параметров, при этом g³ позиционируется как резерв технологий — постепенно приближаясь к новому парето-оптимуму между техническими характеристиками и экологической ответственностью.

Кейс Rockwill RGIS и проект газоизолированного коммутационного оборудования в Гане

Редактировано из источника: Garca