Високовольтне комутаційне обладнання: новітні технології для модернізації електромереж

Високовольтне комутаційне обладнання без SF6: сталі альтернативи, що забезпечують відповідність регуляторним вимогам

Регуляторні та екологічні чинники, що спричиняють поступове виведення SF6 з експлуатації

Регуляторні вимоги по всьому світу змушують компанії відмовлятися від використання гексафториду сірки (SF6) у їхніх електричних системах, оскільки цей газ надзвичайно шкідливий для планети. Йдеться про речовину, яка спричинює потепління атмосфери в 23 500 разів сильніше, ніж звичайний вуглекислий газ. Європейський Союз нещодавно оновив свої правила щодо флюорованих газів і вимагає повної відмови від використання SF6 у всіх нових високовольтних пристроях до 2030 року. І що ви думаєте? Понад п’ятнадцять інших країн також розробляють подібне законодавство. Цей регуляторний тиск узгоджується зі зобов’язаннями багатьох корпорацій щодо переходу на «зелені» технології. Близько восьми з десяти енергетичних компаній вже розглядають альтернативи SF6, щоб уникнути масштабних штрафів за порушення правил (за даними дослідження Інституту Понемона минулого року, розмір штрафу може сягати 740 тис. дол. США за один випадок). Подумайте лише про екологічні наслідки: одна тонна витіків SF6 створює стільки забруднення, скільки 50 автомобілів за цілий рік. Тому пошук екологічно безпечних рішень у сфері комутаційної апаратури є абсолютно критичним для будь-кого, хто керує електричними мережами й справді прагне зменшити свій вплив на зміну клімату.

Технології твердого ізоляційного матеріалу та діелектрика на основі чистого повітря у сучасному високовольтному комутаційному обладнанні

Дві перевірені, комерційно впроваджені технології елімінують використання SF6 без погіршення експлуатаційних характеристик:

У системах із твердим ізоляційним покриттям провідники повністю обгорнуті полімерним матеріалом, отриманим методом вакуумного лиття. Така конструкція усуває будь-яку можливість витоку газу й забезпечує стійкість до аварійних струмів понад 40 кілоампер. Для альтернатив із чистим повітрям виробники змішують звичайний атмосферний газ із так званими фторкетонами. Такі суміші забезпечують високі діелектричні властивості, необхідні для застосування в екстремально високовольтних системах, що дозволяє обладнанню надійно працювати навіть при напругах до 420 кВ. Коли компанії переходять на такі системи з чистим повітрям замість традиційних систем, що базуються на газі SF₆, вони зазвичай щорічно скорочують еквівалентні викиди вуглекислого газу приблизно на 200 тонн. Фінансові переваги також є значними, оскільки обидва підходи скорочують витрати на технічне обслуговування протягом усього терміну експлуатації приблизно на 30 %. Це досягається завдяки відсутності потреби в складному управлінні газом — наприклад, постійних перевірок на витоки або відновлення витраченого газу SF₆, що економить час і кошти в довгостроковій перспективі.

Реальне впровадження в міських європейських електромережах

У Європі великі міста випробовують комутаційне обладнання без використання SF6 у реальних умовах, де простір обмежений, а вимоги є надзвичайно високими. Візьмемо, наприклад, Лондон. У цьому місті впроваджено технологію Blue GIS, яка поєднує фторкетон і повітря для живлення ключових підстанцій у мережі 132 кВ фінансового району. Що робить це цікавим? Їм вдалося повністю усунути всі викиди SF6 без будь-яких перерв у роботі електромережі. Тим часом у Берліні місцеві органи влади встановили системи AirPlus, які відповідають суворим німецьким вимогам регулятивного документа TA Luft. Ці рішення не лише відповідають екологічним стандартам, а й скорочують потребу в площі підстанцій майже вдвічі. Обидва проекти забезпечують вражаючу щільність навантаження — понад 500 МВт на квадратний кілометр. Загалом оператори оцінюють загальну економію в розмірі близько 1,2 млн дол. США протягом 20 років лише за рахунок цих об’єктів. Ця сума складається з кількох факторів: уникнення штрафів за викиди вуглекислого газу, зниження витрат на технічне обслуговування та збільшення терміну експлуатації обладнання до моменту його заміни.

Цифровизоване високовольтне комутаційне обладнання: забезпечення прогнозного технічного обслуговування та стійкості електромережі

Вартість відмови: як незаплановані перерви прискорюють цифрову трансформацію

Згідно зі звітом Інституту Понемона за минулий рік, середня вартість незапланованих відключень для енергопостачальних компаній становить приблизно 740 тис. дол. США кожного разу. Ця сума включає всі витрати: від усунення несправностей до сплати штрафів, відшкодування клієнтам втрати електропостачання та втрати доходів під час перерв у наданні послуг. Застаріле обладнання досі залишається однією з основних причин таких ланцюгових аварій у різних галузях, що ставить під загрозу як роботу підприємств, так і безпеку громад. Саме тому багато компаній вже не просто розглядають можливість використання прогнозних технологій — вони активно інвестують у них. Такі системи можуть скоротити витрати на технічне обслуговування приблизно на 25–30 % порівняно з традиційними підходами, за якими проблеми усувають лише після їх виникнення. Крім того, у деяких випадках вони допомагають зменшити кількість непередбачених зупинок майже наполовину. У цілій галузі спостерігається помітний перехід до встановлення «розумних» вимикачів, оснащених датчиками, що збирають дані в режимі реального часу. Це сприяє забезпеченню стабільності електромережі та виконанню все жорсткіших вимог регуляторів щодо стійкості систем.

Датчики Інтернету речей, граничний аналіз та цифрові двійники в системах високовольтних комутаційних пристроїв

Сучасні високовольтні розподільні пристрої оснащені датчиками Інтернету речей (IoT), які постійно контролюють різноманітні параметри, зокрема зміни температури, події часткових розрядів, місця механічного зносу та навіть рівні густини газу у випадку використання систем, що не базуються на SF6. Ці аналітичні рішення «на краю мережі» обробляють дані безпосередньо на обладнанні, завдяки чому аномалії виявляються практично миттєво, а рішення про аварійне відключення приймаються в реальному часі без очікування повільної обробки в хмарі. Ще одним революційним рішенням є цифрові двійники. Вони створюють віртуальні копії реального обладнання на основі справжніх фізичних принципів. Експлуатаційні бригади можуть проводити імітаційне моделювання, щоб побачити, як накопичується тепло, де можуть поширитися несправності або як навантаження перерозподіляються по системі задовго до її введення в експлуатацію. Після цього вони корегують плани технічного обслуговування згідно з прогнозами цих моделей щодо зносу компонентів у часі. Результат? У більшості випадків термін служби обладнання збільшується приблизно на 40 %, усунення несправностей відбувається приблизно на 40 % швидше порівняно з традиційними методами, а електричні мережі стають значно стійкішими до будь-яких загроз — від фізичних пошкоджень до кібератак.

Компактне газоізольоване розподільне пристрої (GIS) для міських електромереж та технологій підвищення ефективності мереж

Тенденції впровадження компактних газоізольованих розподільних пристроїв (GIS) у містах із обмеженою площею землі

GIS як інструмент реалізації динамічного рейтингу ліній передачі та адаптивних схем захисту

Сучасні платформи ГІС роблять набагато більше, ніж просто ефективно керують простором: вони фактично стають основою для технологій підвищення ефективності електричних мереж, відомих як GET (технології підвищення ефективності мереж). Ці системи оснащені герметичними відсіками, готовими для встановлення датчиків, що значно спрощує монтаж невеликих IoT-пристроїв, які збирають детальні експлуатаційні дані, необхідні для систем динамічного розрахунку пропускної здатності ліній (DLR). Коли такі DLR-системи поєднують поточну температуру провідників із актуальною погодою та швидкістю вітру, вони можуть збільшити пропускну здатність ліній передачі на 15–30 % без потреби у нових земельних ділянках або додатковому обладнанні. Ще одним важливим перевагою є підтримка ГІС «розумних» захисних механізмів. Реле автоматично адаптуються до змін у конфігурації мережі — наприклад, при переконфігурації фідерів або раптовому виникненні островів розподілених енергетичних ресурсів (DER). Це суттєво скорочує час ліквідації аварій порівняно зі старими статичними системами — приблизно на 40 %, залежно від конкретних умов. Те, що ми спостерігаємо зараз, — це перетворення ГІС із простої конструкції для розміщення обладнання в справжнього «робочого коня», який забезпечує стабільність електричної мережі та сприяє безперешкодній інтеграції джерел відновлюваної енергії.

ЧаП

Чому SF6 поступово видаляють із електричних систем?

SF6 поступово видаляють через його надзвичайно високий потенціал глобального потепління, який у 23 500 разів перевищує потенціал вуглекислого газу. Регуляторні вимоги сприяють використанню більш стійких альтернатив задля запобігання шкоді навколишньому середовищу.

Які технології замінюють SF6 у високовольтному комутаційному обладнанні?

Дві ключові технології, що замінюють SF6, — це системи з твердим діелектриком та системи з «чистим повітрям» як діелектриком; обидві мають значно менший вплив на навколишнє середовище.

Як системи прогнозного технічного обслуговування корисні для енергопостачальних компаній?

Системи прогнозного технічного обслуговування скорочують витрати на технічне обслуговування на 25–30 % та допомагають уникнути несподіваних відключень, що підвищує надійність електричної мережі та ефективність експлуатації.

Яку роль відіграє ГІС у сучасних електричних мережах?

ГІС дозволяє ефективно керувати простором, підтримує динамічне визначення пропускної здатності ліній та забезпечує розумні схеми захисту, що підвищує стабільність та адаптивність електричної мережі, зокрема в урбанізованих умовах.