Распределительное устройство среднего напряжения в металлическом корпусе

Что такое средневольтные металлические распределительные устройства?

MV Metal-Clad Switchgear — это внутренние распределительные комплектные устройства среднего напряжения, в которых каждый первичный компонент — шины, выключатель, кабельные окончания и цепи низковольтных измерительных приборов — размещён в отдельном заземлённом металлическом отсеке. Полная сегментация является определяющей характеристикой конструкции типа metal-clad и отличает её от более простых конструкций типа metal-enclosed: внутренняя дуга или повреждение в одном отсеке не может распространиться на соседний отсек, а соседние панели остаются под напряжением во время технического обслуживания или устранения неисправности. Стандартом проектирования, обеспечивающим данный уровень эксплуатационных характеристик, является IEC 62271-200; для получения признанной классификации по устойчивости к внутренней дуге (IAC) в соответствии с этим стандартом требуются заземлённые перегородки и блокировки доступа, которые конструктивно предусмотрены в MV Metal-Clad Switchgear.

Данная категория комплектных устройств металлического исполнения среднего напряжения охватывает внутренние комплектные устройства на 12 кВ и 24 кВ, построенные на трёх различных платформах: серия выдвижных бронированных ячеек KYN28, серия стационарных кольцевых распределительных шкафов HXGN и серия газоизолированных кольцевых распределительных устройств C-GIS с изоляцией элегазом SF6. Каждая платформа разработана с учётом различных условий технического обслуживания, требований к площади установки и параметров сетевого напряжения.

Ключевые характеристики комплектных устройств металлического исполнения среднего напряжения

• Четырёхкамерная архитектура: Камеры шин, выключателя, кабеля и низковольтных приборов физически разделены заземлёнными металлическими перегородками. Персонал, работающий в кабельной камере, защищён от находящихся под напряжением шин, а соседние ячейки могут оставаться под напряжением во время проведения технического обслуживания одной ячейки.
• Выдвижной выключатель (серия KYN28): Вакуумный выключатель (VCB) может быть извлечён в положения «Обслуживание», «Испытание» или «Отключение» на тележке ручного привода. Осмотр, испытание и замена выключателя не требуют снятия напряжения с шин — это существенное эксплуатационное преимущество для промышленных и энергетических объектов, работающих в непрерывном режиме.
• Фиксированная конфигурация кольцевой магистрали (серия HXGN): Компактная и более экономичная альтернатива для вторичных распределительных точек, где извлечение выключателя не требуется по условиям эксплуатации. Уменьшенная глубина панели и упрощённый механизм снижают занимаемую площадь при установке в подстанционных помещениях с ограниченным пространством.
• Газоизолированная герметичная конструкция (C-GIS): Герметичный бак из нержавеющей стали, заполненный SF6, служит основным изоляционным средством. Степень защиты оболочки IP65 делает данную платформу подходящей для эксплуатации в прибрежных, пустынных и подземных условиях, где повышенная влажность, солевой туман или мелкодисперсная пыль со временем ухудшают характеристики воздушно-изолированных панелей.
• Соответствие требованиям по безопасности при дуговом разряде: Полная металлическая сегментация является конструктивной основой для получения рейтинга IAC в соответствии с IEC 62271-200. ВВ Металлооболочечные распределительные устройства с подтверждённым рейтингом IAC обеспечивают документированные значения энергии дугового разряда, на которые могут напрямую ссылаться оценки безопасности объекта — требование к закупкам, ставшее стандартным в промышленных и энергетических технических спецификациях.
• Класс напряжения и охват региональных рынков: панели на 12 кВ используются в распределительных сетях на 10 кВ, 11 кВ и 12 кВ в Восточной Европе, на Ближнем Востоке и в Африке. Панели на 24 кВ охватывают системы на 20 кВ и 22 кВ на российском рынке и в странах Залива. Для эксплуатации в странах СНГ доступны исполнения по климатическому исполнению ГОСТ 15150.

Типовые области применения ВВ Металлооболочечных распределительных устройств

ВВ Металлооболочечные распределительные устройства применяются там, где последствия распространения аварии в ячейке на всю систему шин неприемлемы, а также там, где регулярно требуется доступ к оборудованию для обслуживания при работе электростанции под нагрузкой. Типичные категории установок включают:

• Вторичные распределительные подстанции коммунального назначения, обслуживающие городские распределительные линии напряжением от 10 кВ до 22 кВ
• Промышленные центры распределения электроэнергии на технологических объектах, в шахтах и производственных помещениях, где требуется возможность технического обслуживания панелей под напряжением
• Коммутационные узлы подключения возобновляемых источников энергии к электросети, где необходимо поддерживать большое количество фидерных линий в соответствии с непрерывным графиком генерации
• Компактные вторичные подстанции в коммерческих комплексах, больницах и центрах обработки данных, где конструкция HXGN с фиксированной кольцевой магистралью обеспечивает меньшие габариты при достаточном уровне защитных характеристик
• Подстанции в прибрежных, подземных и пустынных условиях, где герметичная платформа C-GIS обеспечивает степень защиты IP65 от проникновения внешних воздействий, способных нарушить работоспособность конструкции с воздушной изоляцией

Как выбрать подходящую платформу комплектных распределительных устройств среднего напряжения в металлическом корпусе

Выбор комплектных распределительных устройств металлического исполнения среднего напряжения (MV Metal-Clad Switchgear) из числа выкатных, стационарных и газоизолированных платформ предполагает последовательную оценку ряда параметров, специфичных для конкретного проекта. Как инженер-электрик, проводивший оценку технических характеристик распределительных устройств в рамках множества проектов электросетей, могу отметить, что большинство ошибок при составлении технических требований связано с выбором конструктивного исполнения изделия до окончательного уточнения его эксплуатационных параметров. Ниже приведена последовательность решений, охватывающая основные контрольные этапы.

Этап 1 — Подтверждение напряжения сети и выбор класса номинального напряжения. Определите рабочее напряжение сети и выберите соответствующий класс номинального напряжения для комплектных распределительных устройств металлического исполнения среднего напряжения: класс 12 кВ — для систем с напряжением от 10 кВ до 12 кВ; класс 24 кВ — для систем с напряжением от 20 кВ до 22 кВ. В проектах стран Залива с напряжением 11 кВ применяется оборудование класса 12 кВ, однако может потребоваться коммутационное оборудование, рассчитанное на частоту 60 Гц, а также документация по понижению номинальных значений при высокой температуре окружающей среды; для российских сетей с напряжением 10 кВ и 20 кВ перед получением разрешения на установку требуется подтверждение климатического исполнения по ГОСТ 15150.

Шаг 2 — Оценка уровня повреждения и номинальной способности к выдерживанию короткого замыкания. Средневольтное металлическое комплектное распределительное устройство (MV Metal-Clad Switchgear) должно иметь номинальное значение, равное или превышающее расчётный ток повреждения на шине места установки. Можно предположить, что указание значения, точно соответствующего расчётному уровню повреждения, достаточно — однако осложняющим фактором является то, что укрепление электросети в ближайшие пять–десять лет может повысить уровень повреждения на существующих подстанциях выше первоначального номинального значения распределительного устройства. Подтвердите доступный ток повреждения на весь запланированный срок эксплуатации, а не только на день ввода в эксплуатацию.

Шаг 3 — Определение модели технического обслуживания: выкатная или стационарная. Случай в пользу выкатных автоматических выключателей (серия KYN28) по сравнению с неподвижно установленными альтернативами наиболее убедителен, когда при монтаже требуется проверка, осмотр или замена выключателя в рамках запланированных перерывов в работе без отключения напряжения на всей шине. Это относится к большинству распределительных щитов электросетевых компаний и к промышленным объектам, где непрерывность производства является обязательным требованием. Если в системе обеспечена полная резервирование фидеров и замена выключателей может быть спланирована с учётом полного вывода подстанции из работы, то более простая конструкция комплектной трансформаторной подстанции HXGN с кольцевой магистральной схемой может обеспечить лучшее соотношение цены и качества — дополнительные затраты и увеличенная глубина щита, обусловленные механизмом выкатывания, трудно оправдать, если эксплуатационный режим этого не требует.

Этап 4 — Оценка условий окружающей среды и выбор изоляционной среды. Для внутренних установок в контролируемых средах воздушно-изолированные платформы KYN28 и HXGN охватывают весь спектр применений. При установке в прибрежных, подземных условиях или в среде с мелкодисперсными взвешенными частицами или солевым туманом подходит герметичная газоизолированная конструкция C-GIS: её корпус со степенью защиты IP65 и герметичный основной резервуар исключают воздействие окружающей среды, которое со временем ухудшает характеристики воздушно-изолированных изоляторов. Компромисс заключается в управлении газом: блоки C-GIS требуют периодического контроля плотности газа SF6, а обслуживающие бригады должны убедиться, что возможность мониторинга газа доступна на месте установки до выбора герметичной конструкции резервуара для удалённого расположения.

Этап 5 — Подтвердить номинальную температуру окружающей среды и коэффициенты понижения мощности. Номинальный ток на табличке с техническими данными комплектной КРУ среднего напряжения рассчитан исходя из предположения о максимальной температуре окружающей среды 40 °C в соответствии со стандартами МЭК. В климатах, где температура окружающей среды на объекте регулярно превышает 45–50 °C — как это наблюдается при установках в странах Залива и в экваториальных регионах Африки — фактическая безопасная длительная нагрузка ниже значения, указанного на табличке. Запросите документацию по понижению номинальных параметров для условий высокой температуры окружающей среды и убедитесь, что ток с учётом понижения при реальной максимальной температуре окружающей среды на объекте достаточен для расчётного максимального спроса.

Этап 6 — Укажите тип реле защиты и объём вторичной системы на стадии размещения заказа. Панели комплектной КРУ среднего напряжения обычно поставляются с возможностью установки реле защиты, ТТ, ТН и цепей управления в рамках объёма поставки панели. Указание типа реле, класса точности ТТ и напряжения цепей управления на этапе размещения заказа позволяет избежать задержек при вводе в эксплуатацию, вызванных несоответствием мощности вторичной нагрузки реле и ТТ или несовместимостью вспомогательного напряжения, выявленными после изготовления панелей.

Комплектные распределительные устройства среднего напряжения в металлической оболочке: соответствие требованиям международных покупателей

Закупка комплектных распределительных устройств среднего напряжения в металлической оболочке для экспортных рынков требует соблюдения сертификационных и документационных требований, которые значительно различаются в зависимости от страны. Соответствие стандарту IEC 62271-200 является базовым требованием для международных проектных спецификаций, однако на ряде целевых рынков предъявляются дополнительные требования, которые не удовлетворяются лишь сертификатами испытаний по стандарту IEC. Для установок в России и странах СНГ обычно требуется документация по климатическому исполнению в соответствии с ГОСТ 15150; проекты коммунальных предприятий стран Залива могут потребовать проверки отчётов о типовых испытаниях уполномоченными органами с учётом местных технических требований к подключению к электросети до выдачи разрешения на монтаж. Уточнение конкретных документационных требований целевого рынка до размещения заказа позволяет избежать дорогостоящих задержек на этапе импорта или получения разрешения на подключение к сети.

Из опыта анализа международных процессов закупки комплектных распределительных устройств среднего напряжения в металлической оболочке наиболее распространенным пробелом в документации является не отсутствие сертификатов испытаний, а наличие сертификатов, охватывающих диапазон номинальных параметров, который не совпадает точно с техническими требованиями. Значительные различия в ценах по конкурентным коммерческим предложениям на, казалось бы, идентичные технические характеристики обычно надёжно указывают на то, что сравниваемые комплектные устройства не эквивалентны по объёму типовых испытаний или по номинальной способности отключения тока короткого замыкания. Покупателям следует запросить и сравнить оглавление отчёта о типовых испытаниях — а не только технический паспорт изделия — до оценки ценовых различий.

Чек-лист выбора комплектных распределительных устройств среднего напряжения в металлической оболочке

• Напряжение системы подтверждено и выбран класс номинального напряжения (12 кВ или 24 кВ)
• Расчётный ток короткого замыкания проверен с запасом для последующего усиления сети
• Проанализирована модель технического обслуживания; выбрано выкатное исполнение (KYN28) или стационарное исполнение (HXGN) в зависимости от требований к планированию перерывов в работе
• Оценены климатические условия; выбор между воздушной изоляцией и газовой изоляцией (C-GIS) осуществлён на основе требований к степени защиты IP
• Подтверждена максимальная температура окружающей среды на площадке; выполнена проверка снижения номинального тока для условий высокой температуры окружающей среды
• Определены требования рынка к сертификации; подтверждена документация по стандартам GOST 15150, IEC или утверждение местной электросетевой компании у поставщика
• Подтверждено требование к классификации дугового разряда; рейтинг IAC проверен в соответствии со стандартом безопасности площадки
• Тип релейной защиты, класс точности трансформаторов тока (ТТ) и напряжение управления указаны на этапе заказа