• Выключатели высокого напряжения ранее разрабатывались и выпускались в соответствии с ГОСТ 687-78 «Выключатели переменного тока на напряжение свыше 1000 В. Общие технические условия». Этот стандарт был разработан более 25 лет назад и действует до настоящего времени. Изложенные в нем технические требования и методы испытаний в значительной мере устарели. ГОСТ ориентирован в первую очередь на воздушные и масляные выключатели, которые составляли в период принятия стандарта подавляющее большинство в производстве. Требования к современным элегазовым и вакуумным выключателям, а также особенности методов их испытаний отражены в действующем стандарте недостаточно.
  В 2005 г. завершена разработка нового национального стандарта на выключатели высокого напряжения. О его основных положениях рассказывают ведущие специалисты организаций – разработчиков документа Виктор Петрович Белотелов и Игорь Львович Шлейфман.

Виктор Белотелов, д.т.н., член-корр. АЭН РФ, ГУП ВЭИ, cекретарь ТК 37

Игорь Шлейфман, к.т.н., с.н.с. ОАО«ВНИИЭ», г. Москва

Выключатели 3–750 кВ Разработан проект нового национального стандарта

Разработанный ВНИИЭ и ГУП ВЭИ новый национальный стандарт заменит действующий ГОСТ 687-78, а также ГОСТ 12450-82 «Выключатели переменного тока на номинальные напряжения от 110 до 750 кВ. Технические требования к отключению ненагруженных воздушных линий и методы испытаний».
Объектом стандартизации являются выключатели, предназначенные для коммутации электрических цепей при нормальных и аварийных режимах в сетях трехфазного переменного тока напряжением от 3 до 750 кВ включительно. Целью разработки нового национального стандарта является установление для выключателей технических требований и методов испытаний, соответствующих современному техническому уровню, и гармонизация национального стандарта со стандартами Международной электротехнической комиссии (МЭК).
Проект нового документа разрабатывался на основании анализа отечественных и международных стандартов, результатов ранее проведенных исследований и испытаний выключателей, обобщения накопленного опыта разработки и эксплуатации. Проект определяет в первую очередь требования к современным элегазовым и вакуумным выключателям, отражает современные методы испытаний выключателей и современные требования к их эксплуатации и обслуживанию. Проект стандарта максимально приближен к требованиям международного стандарта МЭК.
Проект стандарта обеспечивает повышение технических характеристик отечественных выключателей, расширение и углубление объемов их проверок и испытаний, расширение возможностей экспорта и импорта выключателей на основе единства требований ГОСТ и стандартов МЭК.
Первая редакция проекта стандарта была направлена на отзыв в 35 организаций и предприятий. Получены отзывы от 14 предприятий и организаций, в которых содержалось 400 замечаний и предложений. Большое количество предложений, замечаний и рекомендаций внесено институтами, которые являются ведущими в отечественном высоковольтном аппаратостроении – ГУП ВЭИ и НИИВА. При составлении второй редакции все поступившие замечания и предложения были тщательно рассмотрены. Принято полностью или частично или учтено при корректировке текста около 240 замечаний и предложений. Около 30 предложений рекомендовано обсудить на согласительном совещании.
Вторая и третья редакции проекта стандарта были обсуждены и согласованы на представительном совещании с участием ведущих специалистов отрасли. Основные положения ГОСТа получили одобрение. Сейчас документ представлен ТК 37 на утверждение в Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии.

Отключение токов КЗ
Основной функцией выключателей высокого напряжения является надежное и быстрое отключение токов КЗ в сети, обеспечивающее сохранение ее работоспособности при любых нарушениях в работе. Для этого необходимо четко сформулировать требования к коммутационной способности и продумать методы испытаний на коммутационную способность.
Наряду с величиной отключаемого тока важнейшим параметром, определяющим успешное отключение КЗ, является переходное восстанавливающееся напряжение (ПВН).
Требования к ПВН при отключении токов КЗ и токов, появляющихся при несинхронной работе частей энергосистемы, в новом стандарте заданы для всех режимов испытаний в табличной форме. Все требования к ПВН включены в раздел технических требований, а не в раздел испытаний, в отличие от стандарта МЭК. Это дает возможность обоснованного выбора выключателей по характеристикам ПВН в месте их установки.
Среди пяти или семи параметров, характеризующих ПВН, в качестве основных можно рассматривать скорость нарастания и пиковые (максимальные) значения. В новом стандарте скорости нарастания ПВН приняты в соответствии со стандартом МЭК. При этом скорости ПВН для большинства значений отключаемых токов существенно повышены, что улучшает коммутационные характеристики выключателей. Для выключателей на напряжение 110 кВ и выше в наиболее важном режиме отключения номинального тока установлена единая скорость ПВН – 2,0 кВ/мкс.
Пиковые значения ПВН связаны с максимальным рабочим напряжением выключателя определенными соотношениями, соответствующими изменениям напряжения в процессе восстановления напряжения. Некоторые отличия пиковых значений ПВН в новом стандарте и в МЭК определяются различием шкалы номинальных напряжений в сетях РФ и в стандарте МЭК.
Помимо имеющихся в действующем стандарте требований к параметрам ПВН, для выключателей с номинальным напряжением 110 кВ и выше и с номинальными токами отключения 25 кА и более впервые в отечественной практике стандартизации введены требования к начальной части ПВН в период до 1,1 мкс после начала процесса восстановления напряжения. Пик начальной части ПВН увеличивается с увеличением номинального напряжения и номинального тока отключения выключателя. Эти требования подтверждены отечественными и зарубежными исследованиями и уже длительный период включены в стандарт МЭК. В стандарте установлены режимы испытаний, в которых должны учитываться требования к начальной части ПВН, и даны указания по методике их проведения.
Режим отключения так называемого неудаленного КЗ (замыкания, происходящего на линии электропередачи на небольшом расстоянии от выключателя) является одним из основных при определении коммутационной способности элегазовых выключателей 110–750 кВ. Методика формирования кривой ПВН при коммутационных испытаниях на отключение неудаленного КЗ приведена в соответствие с требованиями стандарта МЭК.

испытания на Коммутационную способность
Подробно нормирован порядок регулирования фазы тока в момент размыкания контактов для различных режимов и видов испытаний на коммутационную способность. Порядок регулирования фазы соответствует стандарту МЭК и может обеспечиваться при использовании современных средств настройки испытательной схемы. Строгое регулирование фазы тока в момент размыкания контактов позволяет повысить надежность результатов, полученных при испытаниях на коммутационную способность.
Более подробно и строго даны требования к состоянию выключателя при различных видах испытаний на коммутационную способность: перед испытаниями, во время испытаний, после испытаний или их отдельных этапов, а также методики его проверки. Для вакуумных выключателей вводится контроль количества кратковременных самоустраняющихся разрядов на межконтактном промежутке в период приложения возвращающегося напряжения.
Изменена таблица видов коммутационных испытаний в соответствии с отечественной практикой и стандартом МЭК. Введено испытание, воспроизводящее условия двойного замыкания на землю в системах с изолированной нейтралью. Этот режим может иметь место в реальных условиях эксплуатации, но ранее работоспособность выключателя в нем не проверялась в процессе испытаний. Более подробно указаны условия, при которых цикл испытаний на отключение токов КЗ в трехполюсном режиме необходимо дополнить однополюсными испытаниями выключателей при фазном напряжении, которые при некоторых условиях могут оказаться более тяжелыми. В соответствии с отечественными традициями, помимо двух номинальных последовательностей (циклов) операций, предусмотренных стандартом МЭК, в новом стандарте для выключателей на номинальное напряжение 220 кВ и менее сохранен цикл 1а: О – нормированная бесконтактная пауза – В-О – пауза 20 с – В-О.
Также в соответствии с многолетней отечественной практикой и пожеланиями эксплуатирующих и проектных организаций в новом ГОСТе сохранены требования к коммутационному ресурсу при различных значениях тока КЗ, отсутствующие в МЭК. Однако эти требования пересмотрены в соответствии с накопленным опытом их применения и проведения испытаний. Требования дополнены методикой проведения испытаний по определению ресурса, которая введена в отечественный стандарт впервые.
Также впервые в стандарт общих технических условий включены технические требования и методы испытаний на отключение ненагруженных воздушных линий. Ранее эти требования и методы испытаний нормировались отдельным ГОСТ 12450.
ГОСТ 12450 предусматривает проведение испытаний при равномерном изменении фазы тока в момент размыкания контактов от опыта к опыту, хотя установлено, что у современных выключателей повторные пробои и перенапряжения возникают при размыкании контактов в неблагоприятном диапазоне фаз. Новые методы испытаний обеспечивают увеличение количества опытов с отключением тока в неблагоприятную фазу в момент размыкания контактов, что позволяет выявлять случаи перенапряжений при отключении емкостных токов с большей надежностью и статистической достоверностью.

Выключатели в цепях конденсаторных батарей и шунтирующих реакторов
Ранее в отечественных стандартах отсутствовали требования к выключателям, устанавливаемым в схемах конденсаторных батарей и шунтирующих реакторов. Процессы коммутации малых емкостных и индуктивных токов отличаются от процессов коммутации токов КЗ выключателями, установленными на линиях электропередачи и в схемах силовых трансформаторов.
Отсутствие технических требований к таким выключателям и соответствующих методов испытаний приводило к применению в указанных схемах выключателей, не предназначенных для этого. Применение выключателей, не прошедших необходимых испытаний, часто приводило к отказам или повреждению как самих выключателей, так и конденсаторных батарей и реакторов.
По вероятности появления повторных пробоев при отключении емкостных токов выключатели разделены на два класса: С1 – вы- ключатели с низкой вероятностью повторных пробоев, С2 – выключатели с очень низкой вероятностью повторных пробоев. Для обоих классов выключателей даны объемы и методики испытаний.
Технические требования и методы испытаний выключателей, предназначенных для коммутации конденсаторных батарей, практически полностью соответствуют стандарту МЭК 62271-100. Это позволит решить вопрос увеличения надежности работы выключателей, в первую очередь для напряжений 35 и 110 кВ.
При разработке технических требований и методов испытаний для выключателей на напряжение 110 кВ и выше, предназначенных для коммутации шунтирующих реакторов, за основу был принят документ МЭК 1233 – Технический доклад типа 2 «Выключатели переменного тока высокого напряжения – коммутация индуктивной нагрузки». Рекомендуемые значения нормированного тока отключения шунтирующего реактора – 250–380 А, минимального тока отключения – 80–120 А. Приведены требования к параметрам переходного напряжения на нагрузке, а также к характеристикам, которые должны регистрироваться и определяться во время испытаний.

Выключатели в цепях генераторов
В соответствии с отечественными традициями новый ГОСТ распространяется на выключатели, установленные в цепях генераторов, в отличие от стандарта МЭК, который на генераторные выключатели не распространяется. По сравнению с ГОСТ 687-78 в новый стандарт внесены некоторые дополнения. Включены требования к ПВН для схем с генераторными выключателями. В проекте стандарта эти требования даются как рекомендуемые и приведены в приложении, поскольку они отсутствуют в стандартах МЭК и требуется их практическая проверка.
Для генераторных выключателей разрешено нормированный коммутационный цикл операций 2 заменять коммутационным циклом В-О – 30 мин – В-О. Этим закрепляется существующее положение, отраженное в отечественных технических условиях и зарубежном стандарте, так как выполнение коммутационного цикла 2 для генераторных выключателей нецелесообразно, технически необоснованно и во многих случаях практически неосуществимо.

Механические характеристики
В новом стандарте разделы, относящиеся к механическим характеристикам выключателей, гармонизированы со стандартом МЭК. В отношении механической стойкости выключателей в соответствии со стандартом МЭК 62271-100 введены два класса – 2000 и 10000 циклов операций. Введение двух классов позволит лучше унифицировать предъявляемые к ним требования по механической стойкости и методы испытаний.
Приведены в соответствие с требованиями стандарта МЭК допустимые диапазоны напряжения на зажимах цепей управления включением и отключением выключателя, допустимая разновременность замыкания и размыкания контактов полюсов и разрывов выключателя, объем и порядок испытаний на исправность действия механизма выключателя, допустимые значения тяжения проводов.
При этом существенно ужесточены требования к одновременности срабатывания контактов полюсов: менее 5 мс при включении и менее 2,5 мс при отключении, при значении этих параметров менее 10 мс в действующем стандарте. Допустимая разновременность размыкания контактов разрывов одного полюса для выключателей с несколькими разрывами ограничена 2,5 мс.
Допустимые значения тяжения проводов также повышены в соответствии со стандартом МЭК 62271-100. Более подробно даны методы подтверждения работоспособности выключателя в условиях совместного воздействия тяжения проводов и ветровой нагрузки.

Климатические характеристики
В соответствии с климатическими условиям РФ и отечественными традициями было принято коллективное решение сохранить максимальное значение скорости ветра, при которой обеспечивается работоспособность выключателя, – 40 м/с, не переходя к значению, принятому в стандартах МЭК, – 34 м/с.
Диапазон температур внешней среды в стандарте принят в соответствии с требованиями ГОСТ 15150. Соответственно нижнее значение температуры внешней среды при эксплуатации для выключателей климатических исполнений ХЛ1 и УХЛ1 принимается –600С. Стандарт МЭК 60694 ограничивает нижнее значение температуры величиной –40ºС.
В части климатических испытаний выключателей при воздействии верхнего и нижнего значений температуры внешней среды при эксплуатации в стандарт введена методика, давно включенная в стандарт МЭК на выключатели. Методика предусматривает выдерживание выключателя в климатической камере при каждой из указанных температур в течение 48 часов, выполнение 50 циклов В-О, контроль утечки газа для элегазовых выключателей. Повышаются требования к устройствам подогрева выключателя.

Иные требования
Для контроля состояния выключателя после выполнения испытаний на механическую износостойкость и устойчивость к климатическим внешним воздействиям новый стандарт предусматривает проверку электрической прочности изоляции после выполнения этих испытаний и приводит ее методику. Для вакуумных выключателей, у которых дугогасительная камера не подвергается разборке, эта проверка является обязательной. Для выключателей других видов эта проверка предусматривается как дополнение к визуальному контролю и проводится при необходимости.
В соответствии с современными международными нормами введены требования к уровню радиопомех (для выключателей 110 кВ и выше) и электромагнитной совместимости. Напряжение радиопомех, создаваемых выключателями при напряжении, на 10% превышающем наибольшее рабочее фазное напряжение, не должно быть более 2500 В при частоте настройки измерительной цепи 500 кГц. В стандарте дана методика испытаний на радиопомехи.
Требования к электромагнитной совместимости предъявляются к выключателям, имеющим электронные компоненты, воздействие помех на которые может привести к неправильному функционированию. Современный уровень проработки этого вопроса не позволил включить в стандарт конкретные требования, создание которых отнесено к этапу разработки технических условий на конкретные выключатели. Разработка общих требований является одной из важных задач дальнейшего совершенствования стандарта.
В разделе требований к конструкции введены требования к герметичности элегазовых и вакуумных выключателей, требования к допустимому содержанию влаги в элегазе, расширены и конкретизированы требования к устройствам контроля состояния элегазовых выключателей, гидравлических и пневматических приводов. Допустимое значение расхода газа для газовых выключателей указывается изготовителем выключателя, при этом оно не должно превышать 1% в год.
В новом стандарте значительно расширен перечень используемых терминов и обозначений, для которых даны определения. В ГОСТ 687-78 определения были даны для 34 терминов, в новом стандарте – для более чем 150 терминов. Это обеспечит более строгое толкование основных положений стандарта.