Аналитический обзор применения новых синтетических изолирующих газов для герметизированного высоковольтного оборудования
Ключевые слова:
синтетический газ, газонаполненное оборудование, электрическая прочность, дугогасительная способность, внутренняя изоляция, фторнитрилы, кетоны
Аннотация
Цель исследования — изучение развития высоковольтных технологий с использованием газовой изоляции. Представлен аналитический обзор применения различных синтетических газов в качестве внутренней изоляции высоковольтного герметизированного оборудования. Исследованы причины необходимости создания и применения новых изолирующих газов как альтернативы традиционным газам – воздуху и элегазу. Показаны электрофизические критерии выбора синтетических газов с высокой электрической прочностью. Проведен анализ известных данных по электрической прочности и дугогасительной способности смесей на основе фторнитрилов и кетонов. Выделены основные направления совершенствования газовой изоляции на основе инновационных синтетических газов. Представлены последние результаты разработки и эксплуатации газонаполненного оборудования с изоляцией синтетическими газами.
Литература
1. Moore J., Jain R. Component Gas Losses Over Simulated Lifetime in a CO2/C4–FN Gas Blend // CIGRE Session. 2024. Rep. 10323.
2. Электрофизические основы техники высоких напряжений / под ред. Верещагина И.П. М.: Издат. дом МЭИ, 2010.
3. Gatzsche M. e. a. Moving Towards Carbon-neutral High-voltage Switchgear By Combining Eco-efficient Technologies // CIGRE Session. 2022. Rep. 10656.
4. Seeger M. e. a. Recent Trends in Development of High Voltage Circuit Breakers with SF6 Alternative Gases // Plasma Phys. and Technol. 2017. V. 4(1). Pp. 8—12.
5. Uchii T. e. a. Recent Development of SF6 Alternative Switchgear Using Natural-origin Gases in Japan // CIGRE Session. 2022. Rep. 10643.
6. Gautschi D., Ficheux A., Walter M., Vuachet J. Application of a Fluoronitrile Gas in Gis and Gil as an Environmental Friendly Alternative to SF6 // CIGRE Session. 2016. Rep. В3-106.
7. Cyril G. e. a. Switchgear Scalability Demonstration using Environment Friendly C4–Fn/O2/CO2 Gas Mixture in 420 kV Gis Substations // CIGRE Session. 2022. Rep. 10848.
8. Вариводов В.Н. Ковалев Д.И. Крупенин Н.В. Хренов С.И. Развитие распределительных устройств высокого и сверхвысокого напряжения // Электроэнергия, передача и распределение. 2017. № 1(40). С. 98—104.
9. Gregoire C. e. a. SF6-free Metal Enclosed Switchgear at 245 kV and Above // CIGRE Session. 2024. Rep. 10127.
10. Pollestad K.E. e. a. Experience with Commissioning of a 132 kV SF6-free Digital Substation // CIGRE Session. 2024. Rep. 10960.
11. Soo-Ik Lee e. a. SF6-free 170 kV 50 kA GIS Verification Test Considering Substation Energization // CIGRE Session. 2024. Rep. 10967.
12. Gadacz N., Hansen R.H. Return on Experience of Smart Live Tank Circuit Breaker with Alternative Gas // CIGRE Session. 2024. Rep. 10258.
13. Вариводов В.Н., Ковалев Д.И., Голубев Д.В., Мирзабекян Г.З., Цгоев Р.С. Современное состояние и перспективы развития газоизолированных линий электропередачи и шинопроводов на напряжение 110–1100 кВ // Электротехника. 2020. № 8. C. 53—59.
14. Gao K. e. a. Research of UHV Gas-insulated Transmission Line (GIL) with Perfluoronitrile (C4F7N) Gas // CIGRE Session. 2022. Rep. 1118.
15. Van Veldhuizen E. e. a. The Effect of Humidity on the AC Breakdown Behaviour of C4–FN/CO2 (5%/95%) with Different Humidities and Operating Pressures, Including its Corona Behavior // CIGRE Session. 2024. Rep. 10549.
16. Karrer R. e. a. RDDS and RRDS Characterization for 420 kV 63 kA SF6-free High Voltage Circuit Breaker // CIGRE Session. 2024. Rep. 10718.
17. Teppati V. e. a. Development and Type Testing of a 420 kV 63 kA 50 and 60 Hz SF6-free High Voltage Сircuit Breaker // CIGRE Session. 2024. Rep. 10719.
18. Nikolic P.G. e. a. F-gas-free Switchgear for 420 kV // CIGRE Session. 2024. Rep.11042.
19. Stoller P.C. e. a. Mixtures of CO2 and C5F10O Perfluoroketone for High Voltage Applications // IEEE Trans. Dielectrics and Electrical Insulation. 2017. V. 24(5). Pр. 2712—2721.
20. Diggelmann T., Tehlar D., Mueller P. 170 kV Pilot Installation with a Ketone Based Insulation Gas with First Experience from Operation in the Grid // CIGRE Session. 2016. Rep. В3-105.
---
Для цитирования: Вариводов В.Н., Ковалев Д.И. Аналитический обзор применения новых синтетических изолирующих газов для герметизированного высоковольтного оборудования // Вестник МЭИ. 2025. № 3. С. 32—42. DOI: 10.24160/1993-6982-2025-3-32-42
---
Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов
#
1. Moore J., Jain R. Component Gas Losses Over Simulated Lifetime in a CO2/C4–FN Gas Blend. CIGRE Session. 2024. Rep. 10323.
2. Elektrofizicheskie Osnovy Tekhniki Vysokikh Napryazheniy. Pod Red. Vereshchagina I.P. M.: Izdat. Dom MEI, 2010. (in Russian).
3. Gatzsche M. e. a. Moving Towards Carbon-neutral High-voltage Switchgear By Combining Eco-efficient Technologies. CIGRE Session. 2022. Rep. 10656.
4. Seeger M. e. a. Recent Trends in Development of High Voltage Circuit Breakers with SF6 Alternative Gases. Plasma Phys. and Technol. 2017;4(1):8—12.
5. Uchii T. e. a. Recent Development of SF6 Alternative Switchgear Using Natural-origin Gases in Japan. CIGRE Session. 2022. Rep. 10643.
6. Gautschi D., Ficheux A., Walter M., Vuachet J. Application of a Fluoronitrile Gas in Gis and Gil as an Environmental Friendly Alternative to SF6. CIGRE Session. 2016. Rep. В3-106.
7. Cyril G. e. a. Switchgear Scalability Demonstration using Environment Friendly C4–Fn/O2/CO2 Gas Mixture in 420 kV Gis Substations. CIGRE Session. 2022. Rep. 10848.
8. Varivodov V.N. Kovalev D.I. Krupenin N.V. Khrenov S.I. Razvitie Raspredelitel'nykh Ustroystv Vysokogo i Sverkhvysokogo Napryazheniya. Elektroenergiya, Peredacha i Raspredelenie. 2017;1(40):98—104. (in Russian).
9. Gregoire C. e. a. SF6-free Metal Enclosed Switchgear at 245 kV and Above. CIGRE Session. 2024. Rep. 10127.
10. Pollestad K.E. e. a. Experience with Commissioning of a 132 kV SF6-free Digital Substation. CIGRE Session. 2024. Rep. 10960.
11. Soo-Ik Lee e. a. SF6-free 170 kV 50 kA GIS Verification Test Considering Substation Energization. CIGRE Session. 2024. Rep. 10967.
12. Gadacz N., Hansen R.H. Return on Experience of Smart Live Tank Circuit Breaker with Alternative Gas. CIGRE Session. 2024. Rep. 10258.
13. Varivodov V.N., Kovalev D.I., Golubev D.V., Mirzabekyan G.Z., Cgoev R.S. Sovremennoe Sostoyanie i Perspektivy Razvitiya Gazoizolirovannykh Liniy Elektroperedachi i Shinoprovodov na Napryazhenie 110–1100 kV. Elektrotekhnika. 2020;8:53—59. (in Russian).
14. Gao K. e. a. Research of UHV Gas-insulated Transmission Line (GIL) with Perfluoronitrile (C4F7N) Gas. CIGRE Session. 2022. Rep. 1118.
15. Van Veldhuizen E. e. a. The Effect of Humidity on the AC Breakdown Behaviour of C4–FN/CO2 (5%/95%) with Different Humidities and Operating Pressures, Including its Corona Behavior. CIGRE Session. 2024. Rep. 10549.
16. Karrer R. e. a. RDDS and RRDS Characterization for 420 kV 63 kA SF6-free High Voltage Circuit Breaker. CIGRE Session. 2024. Rep. 10718.
17. Teppati V. e. a. Development and Type Testing of a 420 kV 63 kA 50 and 60 Hz SF6-free High Voltage Сircuit Breaker. CIGRE Session. 2024. Rep. 10719.
18. Nikolic P.G. e. a. F-gas-free Switchgear for 420 kV. CIGRE Session. 2024. Rep.11042.
19. Stoller P.C. e. a. Mixtures of CO2 and C5F10O Perfluoroketone for High Voltage Applications. IEEE Trans. Dielectrics and Electrical Insulation. 2017;24(5). Pр. 2712—2721.
20. Diggelmann T., Tehlar D., Mueller P. 170 kV Pilot Installation with a Ketone Based Insulation Gas with First Experience from Operation in the Grid. CIGRE Session. 2016. Rep. В3-105
---
For citation: Varivodov V.N., Kovalev D.I. Analytical Review of Using New Synthetic Insulating Gases for Sealed High Voltage Equip-ment. Bulletin of MPEI. 2025;3:32—42. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2025-3-32-42
---
Conflict of interests: the authors declare no conflict of interest
2. Электрофизические основы техники высоких напряжений / под ред. Верещагина И.П. М.: Издат. дом МЭИ, 2010.
3. Gatzsche M. e. a. Moving Towards Carbon-neutral High-voltage Switchgear By Combining Eco-efficient Technologies // CIGRE Session. 2022. Rep. 10656.
4. Seeger M. e. a. Recent Trends in Development of High Voltage Circuit Breakers with SF6 Alternative Gases // Plasma Phys. and Technol. 2017. V. 4(1). Pp. 8—12.
5. Uchii T. e. a. Recent Development of SF6 Alternative Switchgear Using Natural-origin Gases in Japan // CIGRE Session. 2022. Rep. 10643.
6. Gautschi D., Ficheux A., Walter M., Vuachet J. Application of a Fluoronitrile Gas in Gis and Gil as an Environmental Friendly Alternative to SF6 // CIGRE Session. 2016. Rep. В3-106.
7. Cyril G. e. a. Switchgear Scalability Demonstration using Environment Friendly C4–Fn/O2/CO2 Gas Mixture in 420 kV Gis Substations // CIGRE Session. 2022. Rep. 10848.
8. Вариводов В.Н. Ковалев Д.И. Крупенин Н.В. Хренов С.И. Развитие распределительных устройств высокого и сверхвысокого напряжения // Электроэнергия, передача и распределение. 2017. № 1(40). С. 98—104.
9. Gregoire C. e. a. SF6-free Metal Enclosed Switchgear at 245 kV and Above // CIGRE Session. 2024. Rep. 10127.
10. Pollestad K.E. e. a. Experience with Commissioning of a 132 kV SF6-free Digital Substation // CIGRE Session. 2024. Rep. 10960.
11. Soo-Ik Lee e. a. SF6-free 170 kV 50 kA GIS Verification Test Considering Substation Energization // CIGRE Session. 2024. Rep. 10967.
12. Gadacz N., Hansen R.H. Return on Experience of Smart Live Tank Circuit Breaker with Alternative Gas // CIGRE Session. 2024. Rep. 10258.
13. Вариводов В.Н., Ковалев Д.И., Голубев Д.В., Мирзабекян Г.З., Цгоев Р.С. Современное состояние и перспективы развития газоизолированных линий электропередачи и шинопроводов на напряжение 110–1100 кВ // Электротехника. 2020. № 8. C. 53—59.
14. Gao K. e. a. Research of UHV Gas-insulated Transmission Line (GIL) with Perfluoronitrile (C4F7N) Gas // CIGRE Session. 2022. Rep. 1118.
15. Van Veldhuizen E. e. a. The Effect of Humidity on the AC Breakdown Behaviour of C4–FN/CO2 (5%/95%) with Different Humidities and Operating Pressures, Including its Corona Behavior // CIGRE Session. 2024. Rep. 10549.
16. Karrer R. e. a. RDDS and RRDS Characterization for 420 kV 63 kA SF6-free High Voltage Circuit Breaker // CIGRE Session. 2024. Rep. 10718.
17. Teppati V. e. a. Development and Type Testing of a 420 kV 63 kA 50 and 60 Hz SF6-free High Voltage Сircuit Breaker // CIGRE Session. 2024. Rep. 10719.
18. Nikolic P.G. e. a. F-gas-free Switchgear for 420 kV // CIGRE Session. 2024. Rep.11042.
19. Stoller P.C. e. a. Mixtures of CO2 and C5F10O Perfluoroketone for High Voltage Applications // IEEE Trans. Dielectrics and Electrical Insulation. 2017. V. 24(5). Pр. 2712—2721.
20. Diggelmann T., Tehlar D., Mueller P. 170 kV Pilot Installation with a Ketone Based Insulation Gas with First Experience from Operation in the Grid // CIGRE Session. 2016. Rep. В3-105.
---
Для цитирования: Вариводов В.Н., Ковалев Д.И. Аналитический обзор применения новых синтетических изолирующих газов для герметизированного высоковольтного оборудования // Вестник МЭИ. 2025. № 3. С. 32—42. DOI: 10.24160/1993-6982-2025-3-32-42
---
Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов
#
1. Moore J., Jain R. Component Gas Losses Over Simulated Lifetime in a CO2/C4–FN Gas Blend. CIGRE Session. 2024. Rep. 10323.
2. Elektrofizicheskie Osnovy Tekhniki Vysokikh Napryazheniy. Pod Red. Vereshchagina I.P. M.: Izdat. Dom MEI, 2010. (in Russian).
3. Gatzsche M. e. a. Moving Towards Carbon-neutral High-voltage Switchgear By Combining Eco-efficient Technologies. CIGRE Session. 2022. Rep. 10656.
4. Seeger M. e. a. Recent Trends in Development of High Voltage Circuit Breakers with SF6 Alternative Gases. Plasma Phys. and Technol. 2017;4(1):8—12.
5. Uchii T. e. a. Recent Development of SF6 Alternative Switchgear Using Natural-origin Gases in Japan. CIGRE Session. 2022. Rep. 10643.
6. Gautschi D., Ficheux A., Walter M., Vuachet J. Application of a Fluoronitrile Gas in Gis and Gil as an Environmental Friendly Alternative to SF6. CIGRE Session. 2016. Rep. В3-106.
7. Cyril G. e. a. Switchgear Scalability Demonstration using Environment Friendly C4–Fn/O2/CO2 Gas Mixture in 420 kV Gis Substations. CIGRE Session. 2022. Rep. 10848.
8. Varivodov V.N. Kovalev D.I. Krupenin N.V. Khrenov S.I. Razvitie Raspredelitel'nykh Ustroystv Vysokogo i Sverkhvysokogo Napryazheniya. Elektroenergiya, Peredacha i Raspredelenie. 2017;1(40):98—104. (in Russian).
9. Gregoire C. e. a. SF6-free Metal Enclosed Switchgear at 245 kV and Above. CIGRE Session. 2024. Rep. 10127.
10. Pollestad K.E. e. a. Experience with Commissioning of a 132 kV SF6-free Digital Substation. CIGRE Session. 2024. Rep. 10960.
11. Soo-Ik Lee e. a. SF6-free 170 kV 50 kA GIS Verification Test Considering Substation Energization. CIGRE Session. 2024. Rep. 10967.
12. Gadacz N., Hansen R.H. Return on Experience of Smart Live Tank Circuit Breaker with Alternative Gas. CIGRE Session. 2024. Rep. 10258.
13. Varivodov V.N., Kovalev D.I., Golubev D.V., Mirzabekyan G.Z., Cgoev R.S. Sovremennoe Sostoyanie i Perspektivy Razvitiya Gazoizolirovannykh Liniy Elektroperedachi i Shinoprovodov na Napryazhenie 110–1100 kV. Elektrotekhnika. 2020;8:53—59. (in Russian).
14. Gao K. e. a. Research of UHV Gas-insulated Transmission Line (GIL) with Perfluoronitrile (C4F7N) Gas. CIGRE Session. 2022. Rep. 1118.
15. Van Veldhuizen E. e. a. The Effect of Humidity on the AC Breakdown Behaviour of C4–FN/CO2 (5%/95%) with Different Humidities and Operating Pressures, Including its Corona Behavior. CIGRE Session. 2024. Rep. 10549.
16. Karrer R. e. a. RDDS and RRDS Characterization for 420 kV 63 kA SF6-free High Voltage Circuit Breaker. CIGRE Session. 2024. Rep. 10718.
17. Teppati V. e. a. Development and Type Testing of a 420 kV 63 kA 50 and 60 Hz SF6-free High Voltage Сircuit Breaker. CIGRE Session. 2024. Rep. 10719.
18. Nikolic P.G. e. a. F-gas-free Switchgear for 420 kV. CIGRE Session. 2024. Rep.11042.
19. Stoller P.C. e. a. Mixtures of CO2 and C5F10O Perfluoroketone for High Voltage Applications. IEEE Trans. Dielectrics and Electrical Insulation. 2017;24(5). Pр. 2712—2721.
20. Diggelmann T., Tehlar D., Mueller P. 170 kV Pilot Installation with a Ketone Based Insulation Gas with First Experience from Operation in the Grid. CIGRE Session. 2016. Rep. В3-105
---
For citation: Varivodov V.N., Kovalev D.I. Analytical Review of Using New Synthetic Insulating Gases for Sealed High Voltage Equip-ment. Bulletin of MPEI. 2025;3:32—42. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2025-3-32-42
---
Conflict of interests: the authors declare no conflict of interest
Опубликован
2025-02-27
Выпуск
Раздел
Электроэнергетика (технические науки) (2.4.3)
