ПОДГОТОВКА АППАРАТОВ НА МЕСТЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ

ПОДГОТОВКА АППАРАТОВ НА МЕСТЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Три вида работ необходимо осуществить на месте эксплуатации при установке и монтаже элегазового оборудования в плане обеспечения ка­чества элегаза в нем. Первый — это дозаполнение аппаратов элегазом до номинальной плотности. Второй — подготовка стыковочных узлов и их заполнение. И третий — выполнение аналитических работ.

Существование двух разнородных по качеству газовых объемов оп­ределяется условиями поставки оборудования. Если это малое или сред­нее оборудование, умещающееся в транспортные габариты, то оно мо­жет быть неразъемным и полностью подготовленным на заводе-изгото­вителе. Но крупногабаритное оборудование перед отправкой приходит­ся частично демонтировать до транспортных единиц (т.е. до размеров, позволяющих осуществить транспортировку). При этом возникают мес­та разъема. В комплектных распределительных устройствах эти полос­ти образуются герметичными изоляторами. Технические требования предусматривают защиту изоляционных изделий в местах разъема от увлажнения установкой технологических крышек в перерывах между монтажом или транспортировочных крышек — перед отправкой. На эти газовые объемы стыковочных узлов распространяются технические тре­бования в том, что цикл подготовки такого газового объема завершается вакуумированием и что допустимое время монтажа должно быть согла­совано с влажностью цехового помещения. При подготовке к испытани­ям эти газовые объемы также вакуумируются, промываются азотом,

снова вакуумируются и заполняются элегазом. Но в отличие от основ­ных газовых объемов аппарата, в которых элегаз, хотя и в редуцирован­ном состоянии, но остается, из газовых объемов стыковочных узлов элегаз удаляется по возможности полностью, чтобы далее этот узел ра­зобрать, установить транспортировочную крышку, полость под ней от­вакуумировать и заполнить небольшим избытком сухого азота или воз­духа. На монтажной площадке осуществляется обратный процесс, и вы­полнить его следует с соблюдением тех же технических требований, что и на заводе-изготовителе:

с обеспечением чистоты монтируемого узла,

с согласованием времени монтажа (от  снятия  транспортировочной
крышки до начала вакуумирования собранного узла)  с  атмосфер-
ной влажностью,

с вакуумированием до остаточного давления не более 10 гПа,

с проверкой натекания,

с заполнением азотом до расчетного давления,

с повторным вакуумированием до остаточного давления не более 5 гПа,

с последующим заполнением элегазом до номинальной плотности.

Как правило, небольшой объем стыковочного узла, чтобы не уста­навливать лишние средства измерения и контроля, подсоединяется к од­ному из основных объемов оборудования. Тем не менее, если все основ­ные узлы прошли проверку на герметичность, то стыковочные узлы ли­бо вообще ее не проходили, либо были перемонтированы. Поэтому сты­ковочный узел в обязательном порядке должен иметь конструктивную возможность контроля герметичности уплотнения (см. пп. 5.2.5). Тогда его аналитическое обследование позволит сделать заключение о газо­плотности собранного узла. Только после этого объем стыковочного уз­ла может быть соединен с одним из основных объемов аппарата.

В целях упрощения конструкции и улучшения экономических пока­зателей элегазовое оборудование стали проектировать без стыковочных узлов. Аппараты или их сборки поставляют на монтажную площадку с защитными крышками, которые удаляют в момент стыковки. Такое конструктивное упрощение накладывает более строгие требования к со­блюдению технологической дисциплины при монтаже и увеличивает объем монтажных работ, так как каждый объем требует выполнения полного комплекса подготовительных работ на месте монтажа.

В ряде случаев на месте монтажа выполняется сборка элегазового оборудования из деталей — это характерно для токопроводов В этом случае, изоляторы поставляются на монтажную площадку в средствах защиты от увлажнения. Этот вид сборки в наибольшей степени требует неукоснительного соблюдения требований технологии с соблюдением всех установленных нормативов.

Заполнение объемов стыковочных узлов, так же как и дозаполнение основных объемов аппарата элегазом, производится до номинальной плотности в соответствии с табл. 4.11 или диаграммой состояния (рис. 1.5).

После заполнения элегазом наступает последний этап проверки каче­ства элегаза. В соответствии с планом мероприятий (табл. 4.10) на сле­дующие сутки после заполнения элегазом (или позже) необходимо вы­полнить хроматографический анализ на содержание шестифтористой серы и кислорода (для выключателя) и не раньше, чем через неделю — анализ на влажность. Если к этому времени оборудование прошло ис­пытание на месте в соответствии с правилами и нормами на высоко­вольтное оборудование, то выполнением этого анализа завершается комплекс работ по обеспечению качества элегаза, и, если полученные результаты анализа отражают соответствие нормативам качества элега­за, то оборудование может быть введено в эксплуатацию.

УСТАНОВКИ ДЛЯ ОБСЛУЖИВАНИЯ ЭЛЕГАЗОВЫХ АППАРАТОВ

Подготовку элегазовых аппаратов к испытаниям или к эксплуатации удобно выполнять с помощью специальных установок, созданных для этой цели*. Как правило, это мобильные установки с запасом газообраз­ного или жидкого элегаза, оснащенные компрессорами, вакуумным на­сосом, механическим и адсорбционным фильтрами, а также гибкими шлангами для подключения к элегазовому аппарату и полным комплек­том арматуры и измерительных устройств для выполнения всего ком­плекса работ по заполнению аппаратов. Кроме того, в их функции вхо­дит удаление элегаза из аппаратов, перемещение элегаза из одних емко­стей в другие, извлечение элегаза из баллонов и розлив в них, а также очистка элегаза от механических и химически активных примесей. На рис. 4.8 приведена схема одной из установок обслуживания.

Имеющееся в сервисных установках оборудование для механического пере­мещения элегаза используется для удаления элегаза из объектов с целью его ре­зервирования в емкости самой установки или во внешней, дополнительной ем­кости. На простом примере покажем расчет времени на выполнение операций по удалению элегаза.

Секция токопровода объемом 25,2 м³ содержит 471 кг элегаза (плотность 18,7 кг/м³, 0,3 МПа, при 20 °С). Сухой компрессор производительностью 15 м³/ч

может удалить элегаз до 0,1 МПа (плотность 6,1 кг/м³, остающаяся масса 154 кг). Далее в схему включается мембранный компрессор с производительно­стью 5,5 м³/ч, который удаляет элегаз до 50 гПа (остаток 7,7 кг). Рассчитать вре­мя работы сервисной установки.

Расчет по массе. Расчетная формула

G = G₀exp(–Ft/G₀)илиt = G₀ /F ln(G₀ /G),

где G и G₀ — текущая и начальная масса элегаза в аппарате; F — производи­тельность компрессора, в массовом выражении на начальный момент; t — вре­мя. Откуда

t = [471/(15ж18,7)] ln(471/154) + [154 /(5,5ж6,1)] ln(154 /7,7) = 1,9 + 13,7 = 15,6 ч.

Расчет по давлению. Расчетная формула

t = V/F ln(p₀ /p),

где p и p₀ — текущее и начальное давление; F — механическая объемная про­изводительность компрессора; V — объем аппарата; t — время.

t = (25,2 /15) ln(3000 /1000) + (25,2 /5,5) ln(1000 /50) = 1,9 + 13,7 = 15,6 ч.

Далее перед вскрытием аппарата в целях безопасности откачать остаток (7,7 кг*) элегаза вакуумным насосом (производительностью 40 м³/ч), например до 1 гПа. На это потребуется

t = (25,2 /40) ln(50 /l) = 2,5 ч.

ОЧИСТКА ЭЛЕГАЗА ВЫМОРАЖИВАНИЕМ

В результате перекачки в аппараты и обратно элегаз неизбежно за­грязняется воздухом, водой, продуктами разложения и четырехфтори­стым углеродом. Установки обслуживания, которые предназначены для выполнения всех газотехнологических операций, снабжены, как прави­ло, заменяемыми фильтрами-поглотителями, в которых элегаз освобож­дается от продуктов разложения и воды. Эффективность работы этих устройств в установках обслуживания по отношению к влажности и ки­слотности определяется анализом. Cложнее обстоит дело с накоплени­ем балласта воздуха. Скорость увеличения содержания балласта в зна­чительной степени зависит от качества подсоединительных коммуника­ций, от простоты и надежности их соединения с аппаратом, от исполь­зованной запорной арматуры, от возможностей вакуумного насоса и многих других причин. Но следует заметить, что при аккуратном вы­полнении всех процедур, поступление воздуха в установку обслужива­ния полностью компенсируется пополнением свежим элегазом, так что концентрация кислорода и азота поддерживается на постоянном и до­пустимом уровне.

Разбавление элегаза может быть и умышленным, когда применяют в качестве изоляционной и дугогасительной среды смесь газов, напри­мер элегаза с азотом. И в этом случае, и в случае непредвиденного за­грязнения после использования изоляционного газа может возникнуть необходимость избавления от балласта.

По существу удаление легких газов и в том, и в другом случаях вы­полняется одним и тем же методом — сублимационной очисткой, но концентрация баласта наложит определенный отпечаток на технологи­ческое оформление этого процесса.

Сущность сублимационного метода заключается в охлаждении эле­газа до его кристаллизации. Оставшаяся газовая подушка, содержащая главным образом балласт, удаляется.

Поскольку охлаждение производится жидким азотом вплоть до тем­пературы –140 °С, сосуд, в котором производится кристаллизация — кристаллизатор — должен выполняться из стали, допускающей охлаж­дение до такой температуры без потери прочности. Обычные баллоны для этой цели непригодны.

После охлаждения заполненного жидким элегазом кристаллизатора до температуры – (120—130) °С оставшееся избыточное давление (если оно есть) сбрасывается в атмосферу. Кристаллизатор вакуумиру­ется 5—7 минут, что обеспечивает почти полное удаление легких газов. Потери элегаза неминуемы, поскольку равновесное давление шестифто­ристой серы в диапазоне установленной температуры находится на уровне от 2 до 7 гПа (см. табл. 1.5 в гл. 1). Для удаления четырехфтори­стого углерода кристаллизатор согревают до –100 °С и дополнительно вакуумируют. При удалении четырехфтористого углерода потери элега­за значительно возрастают (равновесное парциальное давление шести­фтористой серы составляет примерно 60 гПа). В табл. 4.12 приведен пример сублимационной очистки по описанной схеме. Как видно из таблицы, сублимационная очистка позволяет почти полностью осво­бодиться от воздуха и значительно (в 5—10 раз) снизить содержание че­тырехфтористого углерода.

Задача отделения шестифтористой серы от «инертного» газа встает при использовании смесей элегаза с азотом, гелием или другими некон­денсируемыми газами. Использование смесей становится актуальным для оборудования высоких классов напряжения, обладающих большими объемами изоляционного пространства, прежде всего, из-за экономии сравнительно дорогого элегаза. Пока использовался чистый элегаз в ка­честве изоляции проблема его хранения не вставала: использовалось его очень полезное свойство ожижаться при сравнительно невысоком дав­лении (2,1 МПа, 20 °С) и посредством этого — возвращать элегаз в ком­пактные емкости для хранения перед повторным использованием. В этом состоит одна из функций установок обслуживания. Использова­ние смеси элегаза с неконденсируемым газом осложняет задачу, по­скольку резервирование такой смеси требует либо большого объема, либо высокого давления.

Чтобы не увеличивать габариты емкостей для хранения, необходимо при откачке смеси из оборудования в установку обслуживания произве­

сти разделение смеси с тем, чтобы резервировать только дефицитную составляющую — элегаз, а балласт выбросить в атмосферу. Разделение смеси должно быть выполнено с минимальными потерями элегаза.

Это разделение напоминает процесс, используемый при очистке эле­газа — кристаллизацию с последующим вакуумированием. Отличие за­ключается в том, что содержание балласта в исходной смеси может быть намного более в широких пределах, но и требования к элегазу в части содержания балласта намного ниже, так как далее этот элегаз предпола­гается использовать для тех же целей: для приготовления смеси.

Схема для выделения элегаза из смеси представлена на рис. 4.9. Два холодильника 3 и 4 с температурой – 80 °С предназначены для сбора ос­новной массы элегаза, холодильник 5 с температурой –130 °С — для улавливания элегаза из выбрасываемого в атмосферу азота. Процесс разделения следует вести при повышенном давлении — 1 МПа — для снижения потерь элегаза. На линии выброса неконденсируемого газа в атмосферу устанавливается низкотемпературная ловушка 6 для кон­троля процесса: образование наледи в ловушке является сигналом «про­скока» элегаза. При этом необходимо снизить скорость потока газа или остановить процесс. В последнем случае холодильники размораживают­ся до – 50 °С, и шестифтористая сера, превратившаяся в жидкость, сли­вается в охлаждаемую емкость 8 для хранения.

Рассмотрим конкретную задачу резервирования элегаза, содержаще­гося в 2 нм³ (при нормальном давлении) смеси элегаза (75 %-об.) с азо­том, размещенной в высоковольтном оборудования под давлением.

Эта смесь состоит из 500 л (0,6 кг) азота и 1500 л (9,4 кг) шестифто­ристой серы (сжимаемостью пренебрежем). Под давлением 1 МПа объ­ем неконденсируемого азота составит 50 л, они и определят поток газа по линиям. Покидая холодильники с температурой – 80 °С, азот будет загрязнен шестифтористой серой, давление пара которой составит око­

ло 32 гПа (см. табл. 1.5). Следовательно, масса шестифтористой серы, покидающей второй холодильник составит

50ж(32/1000) = 16 лили16ж6,16 = 98,6 г.

На холодильник 5 с температурой –130 °С попадет примерно 100 г шестифтористой серы, а холодильники 3 и 4 должны вместить 9,3 кг шестифтористой серы. Для этой массы достаточно было бы одного хо­лодильника, но обеспечение теплообмена при намораживании шести­фтористой серы может оказаться проблематичным.

Смесь, состоящая из азота и примерно 100 г шестифтористой серы, поступает на холодильник 5 для более глубокого разделения. Покидая холодильник 5, азот увлечет с собой

50ж(2/1000)ж6,16 = 0,62 г SF₆,

что составит безвозвратные потери этого процесса.

После размораживания и слива шестифтористой серы в емкость для хранения часть ее останется в холодильниках 3, 4 и 5 с плотностью при­мерно 20 г/л (см. табл. 1.4), что составит

(10 + 10 + 1)ж20 = 420 г SF₆.

Следовательно, в емкость для хранения будет собрано примерно 9 кг жидкой шестифтористой серы со значительным содержанием раство­ренного в ней азота. Однако, если эта шестифтористая сера предназна­чена для повторного приготовления смеси с азотом, дополнительная очистка не нужна. В противном случае ее надо направить на сублима­ционную очистку или к описанной процедуре добавить процесс вакуу­мирования.

Таким образом, представленный процесс разделения позволит со­брать в емкость для хранения примерно 9 кг элегаза (95,7 % от общей массы), в холодильниках останется примерно 0,4 кг (4,3 %) и безвоз­вратные потери составят 0,007 %.

Представленные процессы очистки элегаза от балласта могут быть использованы на заводе-изготовителе элегаза для выделения шестифто­ристой серы из возвратного отработанного элегаза.

В аспекте обсуждаемой темы рассмотрим так называемый «термический цикл». Процесс сублимационной очистки эффективен, надежен и прост. Но его существенный недостаток — нетехнологичность. Поэтому возникает желание хотя бы частично заменить его каким-либо непрерывным процессом.

Известно, что растворимость газов в жидкостях, как правило, снижается с повышением температуры. Этим эффектом пользуются для дегазации жидко­стей. Нельзя ли использовать этот «термический цикл» для снижения концентра­ции растворенных газов в жидком элегазе? Коэффициенты распределения кисло­рода, азота и четырехфтористого углерода между газовой и жидкой фазами эле­газа с повышением температуры снижаются [уравнение (1.11)], т.е. перераспре­

деление идет в сторону увеличения концентрации в геометрическом объеме га­зовой фазы. Но повышение температуры приближает состояние шестифтори­стой серы к критическому (45,56 °С) и резко увеличивает плотность газообраз­ного элегаза (см. табл. 1.4). Коэффициент распределения по определению — это отношение концентрации компонента в жидкой фазе к концентрации компонен­та в газовой фазе при выражении концентрации в единицах массы на объем (на­пример, г/л), где объем в состоянии равновесия (т.е. при температуре и давлении равновесия)

K =  /.

Для преобразования в относительные единицы концентрации, например, в миллионные доли по массе (ppm-масс.), в которых обычно и представляют ре­зультаты анализа, необходимо учесть плотность фаз элегаза

K = C_ж /(C_г).






Истинное соотношение распределенных между фазами масс примеси на единицу массы элегаза отсюда

C_ж /C_г = K (/).









Рассмотрим для примера ситуацию с четырехфтористым углеродом при со­держании его в жидкой фазе элегаза 3000 ppm-масс. Разместим результаты рас­чета в табл. 4.13.

Из таблицы видно, что с увеличением температуры перераспределение са­мой шестифтористой серы идет более интенсивно, чем перераспределение при­меси четырехфтористого углерода, и в замкнутом объеме массовая концентра­ция примеси в жидкой фазе возрастает, несмотря на снижение коэффициента в диапазоне от 20 до 40 °С почти в полтора раза. Другими словами, реализовать снижение коэффициента распределения при повышении температуры для сни­жения концентрации примеси в жидкой фазе нельзя из-за интенсивного испаре­ния самой шестифтористой серы.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СМЕСЕЙ С ЭЛЕГАЗОМ

Основной причиной, побуждающей использовать смесь элегаза с ка­ким-либо другим газообразным компонентом, является предотвращение ожижения элегаза при низкой температуре. Но не менее важным при этом оказываются и две другие причины: снижение стоимости изоляции за счет замены дорогого элегаза более дешевым газом и снижение на­грузки на атмосферу за счет снижения количества используемого элега­за в электроэнергетических установках (гл. 6).

Наиболее целесообразной смесью можно считать смесь элегаза с азотом из-за доступности, экологической безопасности и дешевизны последнего.

Высокая электрическая прочность и дугогасительная способность ап­парата достигается повышением плотности элегаза. С повышением плотности поднимается нижняя граница рабочей температуры аппарата (мы рассматривали этот вопрос в гл. 1). Таким образом, при необходи­мости обеспечить работу аппарата при низкой температуре возникает ограничение по использованию высокой плотности элегаза с целью реа­лизации его исключительных изоляционных свойств. Разрешить это противоречие можно двумя путями: при той же плотности увеличить изоляционный промежуток или в том же изоляционном промежутке ис­пользовать смесь элегаза с инертным неконденсируемым газом. В пер­вом случае результат будет достигнут, но массогабаритные характери­стики оборудования будут ухудшены. Что же даст использование смеси?

Использование смеси опирается на свойство, отражаемое графиком зависимости относительной электрической прочности смеси элегаза с азотом от состава (рис. 4.5), называемое «синергизмом» — усилением какой-либо функции по сравнению с ее линейным изменением. График имеет выпуклость в координатах объемного состава^*, определяющую эффект снижения электрической прочности только лишь на 13 % от прочности элегаза при разбавлении элегаза вдвое. Эту особенность сме­си можно с успехом использовать.

Если имеющийся аппарат заполнить элегазом до давления 0,1 МПа при 20 °С (плотность 6,1 кг/м³) и после этого азотом до 0,5 МПа, то, соз­дав условия для перемешивания, мы получим 20 %-ную смесь элегаза с азотом. В соответствии с графиком относительной электрической прочности [см. рис. 4.5 или уравнение (4.18)] такая смесь имеет электри­ческую прочность около 72 % от электрической прочности чистого эле­газа при 0,5 МПа (с плотностью 31,9 кг/м³). Если бы стояла задача реа­лизовать эту электрическую прочность в аппарате с помощью чистого

элегаза, то потребовалось бы заполнить аппарат до 0,37 МПа (23 кг/м³). В результате: за счет сравнительно небольшого повышения общего дав­ления до 0,5 МПа (против 0,37 МПа), реализованного с помощью азота, использование 20 %-ной смеси привело к реализации той же электриче­ской прочности промежутка, но при значительном снижении расхода элегаза (6,1 кг вместо 23 кг на каждый кубометр, в 3,8 раза) и при суще­ственном расширении диапазона рабочей температуры — нижний пре­дел, определяемый конденсацией шестифтористой серы, для плотности 23 кг/м³ составляет минус 46 °С, а для плотности 6,1 кг/м³ — минус 70 °С (см. рис. 1.5). Таким образом, использование смесей элегаза с азотом дает неоценимые преимущества: расширяя диапазон рабочей температуры, снижает потребность элегаза, решая как экономическую, так и экологическую проблему. А платой за эти преимущества является лишь сравнительно небольшое повышение общего давления, не отра­жающееся на конструкции аппарата, дополнительный расход азота и необходимость более строгого контроля состава (см. п. 4.4).

Японские исследователи [4.18] приводят данные о составе и общем давлении смеси элегаза с азотом одинаковой электрической прочности с чистым элегазом при 0,4 МПа:

SF6, %	100	30	20	10
N2, %	0	70	80	90
Давление, МПа	0,4	0,56	0,63	0,75

из которых следует, что снижение расхода элегаза в 5,5 раза (на 72 %) может быть достигнуто использованием 10 %-ной элегазовой смеси за счет повышения общего давления в 1,9 раза.

Более общая картина приведена в [4.19]. Из сообщения следует, что, если оборудование рассчитано на некоторое давление чистого элегаза, то элегаз может быть заменен на смесь с той же электрической прочностью:

— 5 % SF6 с повышением давления примерно в 2,5 раза,

— 10 % SF6 с повышением давления примерно в 1,6 раза.

Условие равнопрочности смесей элегаза с азотом в области линейности за­кона подобия базируется на зависимости, выраженной уравнением (4.18):

, (4.49)

где — электрическая прочность смеси состава и (по объему, ) при давлении Р_см; — электрическая прочность чистого эле­газа при давлении, равном Р_см; 146 и 28 — молекулярные массы шестифтори­

стой серы и азота; 0,4 — относительная электрическая прочность азота по эле­газу. Поскольку умножением объемных долей на молекулярную массу произво­дится пересчет в массовые доли и

и,

где С_i — концентрация, %-масс., уравнение (4.49) может быть записано как

,

т.е. относительная электрическая прочность смесей элегаза с азотом линейно изменяется в зависимости от состава, выраженного массовыми единицами.

Хамада, Такума и Ямамото [4.25] предложили другой вид уравнения для от­ражения явления синергизма

,

где V₁ и V₂ — пробивное напряжение газа 1 и 2 при V₁ > V₂; V_m — пробивное напряжение смеси газов; k — объемная доля газа 1; С — коэффициент от 0 до 1, определяющий синергизм. Если С = 1, зависимость линейна (синергизма нет). С приближением значения С к нулю синергизм увеличивается. Анализ этого уравнения показывает, что для смеси элегаза с азотом при С = 0,19178 решение по нему полностью совпадает с решением по уравнению (4.49). Со­отношение молекулярных масс азота и шестифтористой серы (28/146) также численно равно 0,19178. При подстановке соотношения молекулярных масс С = 28/146 и преобразовании это уравнение полностью переходит в уравнение (4.49).

Поэтому в качестве общего уравнения можно принять следующую форму

, (4.50)

где С — коэффициент, отражающий синергизм.

Итак, известно, что электрическая прочность смеси элегаза с азотом состава при давлении Р_см составляет некоторую долю d от прочности чистого эле­газа при том же давлении (P_см)

. (4.51)

Поскольку d есть доля от электрической прочности чистого элегаза при Р_cм, а электрическая прочность чистого элегаза пропорциональна давлению, то соот­ношение равнопрочности можно записать следующим образом

,

т.e. электрическая прочность смеси определенного давления () равнопроч­на доли d прочности чистого элегаза при том же давлении () и равнопрочна чистому элегазу с давлением (), составляющим долю d от давления смеси (dР_см). Например, смесь при 10 бар состава = 0,5 (d = 0,9) равнопрочна чис­тому элегазу с давлением 0,9ж10 бар, т.е. 9 бар. Таким образом,

.

Подставляя сюда d из (4.51), получаем уравнение для расчета равнопрочных смесей

(4.52)

или в общем виде

, (4.53)

где С — коэффициент от 0 до 1, определяющий синергизм, и индекс х относится к электрически более прочному компоненту.

В табл. 4.12. приведен пример расчета равнопрочных смесей по уравне­нию (4.52).

Последняя строчка таблицы фактически отражает коэффициент увеличения давления при переходе от чистого элегаза к смеси с азотом равной прочности. Из таблицы следует, что, если выбранная для аппарата рабочая напряженность реализуется определенным давлением чистого элегаза, то при переходе, напри­мер, на 10 %-ную смесь с азотом (что снизит расход элегаза в 2,5 раза) потребу­ется поднять давление примерно в 1,6 раза. А если в данном оборудовании до­пустимо применить удвоенное общее давление (по сравнению с чистым элега­зом), то расход элегаза будет снижен в 6 раз использованием смеси с азотом с  = 0,04.

Препятствием к широкому использованию смесей элегаза с инерт­ными газообразными компонентами являлась до сих пор проблема реге­нерации элегаза. Других проблем нет: ни с позиций загрязнения изоля­ционного газа продуктами разложения, ни с позиций контроля плотно­сти, ни с позиций утечки, ни с позиций перемещения газовой смеси. Та­ковыми же остаются и методы контроля и диагностики. Однако это не означает, что аппараты, разработанные для чистого элегаза, могут без ограничений заполняться смесью. Необходимо проявить определен­ное внимание, особенно к коммутационным аппаратам, поведение сме­си в которых отличается от поведения чистого элегаза (в части дугога­сительной способности и повышения давления при акте коммутации).

Вопросы использования смесей элегаза (с азотом, четырехфтористым углеродом и др.) подробно рассмотрены в материалах СИГРЭ [4.20] и 9 го Международного симпозиума по газовым диэлектрикам [4.21].

Разделение смеси элегаза с азотом с целью резервирования элегаза будет оставаться актуальным до тех пор, пока не будут созданы соот­ветствующие технологические установки. Выпуск технологических ус­тановок для оперирования смесями элегаза с азотом придаст новый им­пульс созданию электрооборудования, использующего обедненные эле­газовые смеси. Очевидно, что именно в этом направлении будет разви­ваться элегазовая электроэнергетика. Общая тенденция сводится к тому, что существующие установки обслуживания, использующие чистый элегаз без сжижения, могут быть использованы для всех операций с ап­паратами со смесью при дополнительном контроле состава, а разделе­ние смесей с целью регенерации шестифтористой серы будет выпол­няться централизовано, в заводских условиях. При этом считается, что криогенный способ будет использован для снижения концентрации шестифтористой серы до 30 %, а дальнейшее извлечение будет выпол­нено с использованием мембранной технологии. Неизвлекаемый оста­ток с целью предотвращения загрязнения атмосферы должен уничто­жаться термическим разложением.

Первая информация об установке обслуживания оборудования с га­зовой смесью элегаз-азот появилась в Electrical Insulation Magazine [4.22]. Японская Toshiba Corporation выпустила установку под названи­ем i-GREEN («integrated Gas REcycler for mixed gas, friendly to the ENvi­ronment»), позволяющую выделить и собрать до 99 % шестифтористой серы из смеси. Реклама обещает высокую чистоту выделенного элегаза. Для выделения используется оригинальная технология, объединяющая ситовой эффект цеолита (не адсорбирующего шестифтористую серу, а только азот) с переменным давлением. Основные агрегаты установки: охладитель, компрессор для ожижения, вакуумный насос и компрессор для создания давления с целью контроля адсорбции, адсорберы с цеоли­

том и сосуды для ожиженного элегаза. Установка предназначена для ра­боты со смесью, содержащей от 3 до 30 % шестифтористой серы. Про­изводительность установки от 9 до 15 л смеси/мин.

Мембранная технология, ранее успешно примененная для разделе­ния кислорода и азота, нашла свое воплощение для разделения смеси элегаза с азотом [4.23, 4.24]. С помощью полых трубчатых мембран, объединенных в сепаратор с площадью поверхности 2,3 м², и двух ва­куум-компрессоров осуществляется непрерывное разделение при 100 °С с производительностью около 13 нормальных литров в минуту. Потери элегаза не превышают 1 %, а чистота его достигает 98 %. Все процессы освоены в производственном масштабе и будут использованы практически в ближайшие несколько лет. Предполагается создание мо­бильной установки с производительностью до 250 нм³/ч.

Очевидно, что будущее за мембранной технологией, и в процесс соз­дания мобильных установок, которые могут быть использованы как для разделения O₂ /N₂ и SF₆ /N₂, так и более сложных смесей, уже включи­лись такие фирмы, как AGA Gas, Dilo и Solvay.

4.11. ОБСЛУЖИВАНИЕ ЭЛЕГАЗОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ В ЭКСПЛУАТАЦИИ

Изложенная в этой главе комплексная система обеспечения качества элегаза направлена на полное высвобождение эксплуатацион­ного персонала от вопросов контроля и обеспечения качества элегаза в процессе эксплуатации. Если соблюдены все требования и конечные результаты анализа на содержание шестифтористой серы (и кислорода, для выключателя) и влаги показали соответствие нормативам, то каче­ство элегаза в оборудовании гарантируется на весь срок службы.

За этот срок из-за утечки элегаза может возникнуть необходимость только в проведении дополнительного обслуживания, но не в части ка­чества элегаза, а в части компенсации утечки. Регламентированная по­теря элегаза невелика, но за 10 лет аппараты потеряют десятую часть элегаза. Так что, в ходе эксплуатации встанет вопрос о компенсации утечек элегаза.

Следует иметь в виду, что дозаполнение элегазом — это начало от­счета утечки, которая должна прослеживаться по факту в течение всей эксплуатации. В связи с этим же, нельзя планировать автоматическую систему поддержания номинальной плотности элегаза без возможности контроля расхода, так как непредвиденная разгерметизация может при­вести к потере всего запаса элегаза.

Если аппарат работает не на грани конденсации элегаза, то целесо­образно для компенсации утечек создавать в аппарате некоторый запас (например, на 5 % больше), чтобы процедуру дозаполнения выполнять не так часто.

С другой стороны, производители элегазового оборудования разви­тых стран обсуждают возможность установления нормы утечки на уровне 0,1 %/год.

4.12. ОБСЛУЖИВАНИЕ ЭЛЕГАЗОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ ЗА ПРЕДЕЛАМИ НАЗНАЧЕННОГО СРОКА ЭКСПЛУАТАЦИИ

Когда выполнялась разработка системы обеспечения качест­ва элегаза в электрооборудовании срок эксплуатации в 10 лет для раз­рабатываемого элегазового оборудования казался необозримым. Тем не менее, сроки службы в 20—30 лет для элегазового оборудования должны являться нормой. И как мы увидели из этой главы, система обеспечения качества элегаза справится с этой задачей. Выполнение ус­тановленных технических требований на все стадии производства обо­рудования позволяют обеспечить поддержание нормативов качества элегаза в течение любого срока службы, если другие элементы смогут выдержать такие сроки эксплуатации (твердая изоляция, уплотнения).

Но установленный срок службы изделия (аппарата, комплекса) кон­чится, и встанет вопрос о его дальнейшем использовании. Для решения подобных вопросов необходимо обратиться к средствам и методам ди­агностики состояния изоляции оборудования как наиболее ответствен­ного элемента, обеспечивающего работоспособность изделия по его электротехническому предназначению. Вопросы диагностики, или в бо­лее общем виде — вопросы контроля состояния оборудования, рассмат­риваются в следующей главе.

Рис. 4.7. Изменение концентрации элегаза в воздухе камеры при измене­нии утечки элегаза из аппарата