Совершенствование конструкции высоковольтной ячейки с твердой экранированной изоляцией напряжением 35 кВ
DOI:
https://doi.org/10.24160/0013-5380-2025-12-50-57Ключевые слова:
электрическое поле, магнитное поле, изоляционные конструкции, комплектное распределительное устройствоАннотация
Статья посвящена оптимизации изоляционных конструкций комплектного распределительного устройства с твёрдой экранированной изоляцией класса напряжения 35 кВ на основе численного моделирования. Проведено сравнение существующих конструкций ячеек комплектных распределительных устройств российского и зарубежного производства классом напряжения 35 кВ. Определены основные достоинства и недостатки различных исполнений ячеек. Разработаны упрощенные 3D-модели основных силовых модулей ячейки (кабельной муфты, вакуумного выключателя и шинного модуля), а также сборной модели ячейки. Получены картины распределения напряжённости электрического поля в объеме изоляции и магнитного поля внутри объема ячейки. Представлены зависимости максимальной напряжённости электрического поля от толщины изоляции. Приведены распределения напряжённости магнитного поля вдоль секущей линии под шинами в зависимости от толщины их токоведущих частей. Оценено влияние толщины изоляции и диаметра шин на уровни напряженности электрических и магнитных полей, определены зоны их концентрации. Предложены методы оптимизации толщины изоляционных конструкций и значения оптимальной толщины изоляции для проведения дальнейших исследований электрофизических процессов в смежных областях, влияющих на процесс эксплуатации комплектного распределительного устройства с твёрдой экранированной изоляцией.
Библиографические ссылки
1. Ковалев Д.И. Исследование распределения электрических и магнитных полей промышленной частоты в распределительных устройствах напряжением 6–110 кВ: дис. … канд. техн. наук. М., 2019, 153 с.
2. Varivodov V.N. et al. The Current State and Possibilities for Development of Switchgears for a Voltage of 6–35 kV. – Power Technology and Engineering, 2017, vol. 88, No. 5, pp. 503–508, DOI: 10.3103/S1068371217080120.
3. Seeger M. et al. Trends in High Voltage Switchgear Research and Technology. – IEEJ Transactions on Electrical and Electronic Engineering, 2025, vol. 20, pp. 322–338, DOI: 10.1002/tee.24244.
4. Frotscher A., Kern M., Puffer A. SF6 Alternative Development for High Voltage Switchgear. – CIGRE Session, 2014, Report D1-305.
5. SVEL КРУ-СВЭЛ [Электрон. ресурс], URL: https://svel.ru/catalog/komplektnye-raspredelitelnye-ustroystva/ (дата обращения 15.10.2025).
6. Solid Insulated Switchgear [Электрон. ресурс], URL: http://sojoelectric.com/1-2-solid-insulated-switchgear/238509/ (дата обращения 15.10.2025).
7. Trident Solid Dielectric Switchgear [Электрон. ресурс], URL: https://www.gwelectric.com/products/switchgear/trident-solid-dielectric-switchgear/ (дата обращения 15.10.2025).
8. IEC 62271-201:2014. High-Voltage Switchgear and Control-gear – Part 201: AC Solid-Insulation Enclosed Switchgear and Controlgear for Rated Voltages Above 1 kV and Up to and Including 52 kV. 2014, 199 p.
9. Long Operational Experiences of Medium-Voltage Solid-Insulated Switchgears [Электрон. ресурс], URL: https://cse.cigre.org/cse-n035/a3-long-operational-experiences-of-medium-voltage-solid-insulated-switchgears.html (дата обращения 15.10.2025).
10. Вариводов В.Н., Ковалев Д.И., Голубев Д.В. Полимеры в технике высоких напряжений. М.: Изд-во МЭИ, 2022, 280 с.
11. Shielded Solid Insulated System (2SIS) – The Next Generation of Medium Voltage Switchgear [Электрон. ресурс], URL: https://blog.se.com/infrastructure-and-grid/power-management-metering-monitoring-power-quality/2018/03/15/shielded-solid-insulated-system-2sis-the-next-generation-of-medium-voltage-switchgear/ (дата обращения 15.10.2025).
12. MV Solid Insulation Switchgear (SIS) [Электрон. ресурс], URL: https://switchgearcontent.com/2019/06/21/591/mv-solid-insula-tion-switchgear-sis/ (дата обращения 15.10.2025).
13. Medium Voltage Switchgear Gets a “Solid” Upgrade [Электрон. ресурс], URL: https://www.newequipment.com/plant-operations/article/22059930/medium-voltage-switchgear-gets-a-solid-upgrade (дата обращения 15.10.2025).
14. Поляков Р.А. и др. Расчет электрических полей в моноблоке высоковольтной ячейки RM-6. – Электричество, 2024, № 12, с. 67–73.
15. Борисов Р.К., Ковалев Д.И. Исследование электрических полей сложных конфигураций в комплектных распределительных устройствах классом напряжения 10 кВ. – XXIII Всерос. конф. «Электромагнитное поле и материалы (фундаментальные физические исследования)», 2015, с. 345–352.
---
Работа выполнена в рамках проекта «Оптимизация конструкций высоковольтных ячеек 10-35 кВ» при поддержке гранта НИУ «МЭИ» программы научных исследований «Приоритет 2030: Технологии будущего» в 2024–2026 гг.
#
1. Kovalev D.I. Issledovanie raspredeleniya elektricheskih i magnitnyh poley promyshlennoy chastoty v raspredelitel’nyh ustroystvah napryazheniem 6–110 kV: dis. … kand. tekhn. nauk (Investigation of the Distribution of Electric and Magnetic Fields of Industrial Frequency in Switchgear Voltage 6–110 kV: Dis. … Cand. Sci. (Eng.)). M., 2019, 153 p.
2. Varivodov V.N. et al. The Current State and Possibilities for Development of Switchgears for a Voltage of 6–35 kV. – Power Technology and Engineering, 2017, vol. 88, No. 5, pp. 503–508, DOI: 10.3103/S1068371217080120.
3. Seeger M. et al. Trends in High Voltage Switchgear Research and Technology. – IEEJ Transactions on Electrical and Electronic Engineering, 2025, vol. 20, pp. 322–338, DOI: 10.1002/tee.24244.
4. Frotscher A., Kern M., Puffer A. SF6 Alternative Development for High Voltage Switchgear. – CIGRE Session, 2014, Report D1-305.
5. SVEL KRU-SVEL (SVEL KRU-SVEL) [Electron. resource], URL: https://svel.ru/catalog/komplektnye-raspredelitelnye-ustroystva/ (Accessed on 15.10.2025).
6. Solid Insulated Switchgear [Electron. resource], URL: http://sojoelectric.com/1-2-solid-insulated-switchgear/238509/ (Accessed on 15.10.2025).
7. Trident Solid Dielectric Switchgear [Electron. resource], URL: https://www.gwelectric.com/products/switchgear/trident-solid-dielectric-switchgear/ (Accessed on 15.10.2025).
8. IEC 62271-201:2014. High-Voltage Switchgear and Control-gear – Part 201: AC Solid-Insulation Enclosed Switchgear and Controlgear for Rated Voltages Above 1 kV and Up to and Including 52 kV. 2014, 199 p.
9. Long Operational Experiences of Medium-Voltage Solid-Insulated Switchgears [Electron. resource], URL: https://cse.cigre.org/cse-n035/a3-long-operational-experiences-of-medium-voltage-solid-insulated-switchgears.html (Accessed on 15.10.2025).
10. Varivodov V.N., Kovalev D.I., Golubev D.V. Polimery v tekhnike vysokih napryazheniy (Polymers in High-Voltage Technology). M.: Izd-vo MEI, 2022, 280 p.
11. Shielded Solid Insulated System (2SIS) – The Next Generation of Medium Voltage Switchgear [Electron. resource], URL: https://blog.se.com/infrastructure-and-grid/power-management-metering-monitoring-power-quality/2018/03/15/shielded-solid-insulated-system-2sis-the-next-generation-of-medium-voltage-switchgear/ (Accessed on 15.10.2025).
12. MV Solid Insulation Switchgear (SIS) [Electron. resource], URL: https://switchgearcontent.com/2019/06/21/591/mv-solid-insula-tion-switchgear-sis/ (Accessed on 15.10.2025).
13. Medium Voltage Switchgear Gets a “Solid” Upgrade [Electron. resource], URL: https://www.newequipment.com/plant-operations/article/22059930/medium-voltage-switchgear-gets-a-solid-upgrade (Accessed on 15.10.2025).
14. Polyakov R.A. et al. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2024, No. 12, pp. 67–73.
15. Borisov R.K., Kovalev D.I. XXIII Vseros. konf. «Elektromagnitnoe pole i materialy (fundamental’nye fizicheskie issledovaniya)» – in Russ. (XXIII All-Russian Conf. Electromagnetic Field and Materials (Fundamental Physical Research), 2015, pp. 345–352
---
The study was carried out within the framework of the project "Optimization of 10–35 kV switchgear cubicle designs" with the support of a grant from the National Research University Moscow Power Engineering Institute for implementing the research program "Priority 2030: Technologies of the Future" in 2024–2026.
2. Varivodov V.N. et al. The Current State and Possibilities for Development of Switchgears for a Voltage of 6–35 kV. – Power Technology and Engineering, 2017, vol. 88, No. 5, pp. 503–508, DOI: 10.3103/S1068371217080120.
3. Seeger M. et al. Trends in High Voltage Switchgear Research and Technology. – IEEJ Transactions on Electrical and Electronic Engineering, 2025, vol. 20, pp. 322–338, DOI: 10.1002/tee.24244.
4. Frotscher A., Kern M., Puffer A. SF6 Alternative Development for High Voltage Switchgear. – CIGRE Session, 2014, Report D1-305.
5. SVEL КРУ-СВЭЛ [Электрон. ресурс], URL: https://svel.ru/catalog/komplektnye-raspredelitelnye-ustroystva/ (дата обращения 15.10.2025).
6. Solid Insulated Switchgear [Электрон. ресурс], URL: http://sojoelectric.com/1-2-solid-insulated-switchgear/238509/ (дата обращения 15.10.2025).
7. Trident Solid Dielectric Switchgear [Электрон. ресурс], URL: https://www.gwelectric.com/products/switchgear/trident-solid-dielectric-switchgear/ (дата обращения 15.10.2025).
8. IEC 62271-201:2014. High-Voltage Switchgear and Control-gear – Part 201: AC Solid-Insulation Enclosed Switchgear and Controlgear for Rated Voltages Above 1 kV and Up to and Including 52 kV. 2014, 199 p.
9. Long Operational Experiences of Medium-Voltage Solid-Insulated Switchgears [Электрон. ресурс], URL: https://cse.cigre.org/cse-n035/a3-long-operational-experiences-of-medium-voltage-solid-insulated-switchgears.html (дата обращения 15.10.2025).
10. Вариводов В.Н., Ковалев Д.И., Голубев Д.В. Полимеры в технике высоких напряжений. М.: Изд-во МЭИ, 2022, 280 с.
11. Shielded Solid Insulated System (2SIS) – The Next Generation of Medium Voltage Switchgear [Электрон. ресурс], URL: https://blog.se.com/infrastructure-and-grid/power-management-metering-monitoring-power-quality/2018/03/15/shielded-solid-insulated-system-2sis-the-next-generation-of-medium-voltage-switchgear/ (дата обращения 15.10.2025).
12. MV Solid Insulation Switchgear (SIS) [Электрон. ресурс], URL: https://switchgearcontent.com/2019/06/21/591/mv-solid-insula-tion-switchgear-sis/ (дата обращения 15.10.2025).
13. Medium Voltage Switchgear Gets a “Solid” Upgrade [Электрон. ресурс], URL: https://www.newequipment.com/plant-operations/article/22059930/medium-voltage-switchgear-gets-a-solid-upgrade (дата обращения 15.10.2025).
14. Поляков Р.А. и др. Расчет электрических полей в моноблоке высоковольтной ячейки RM-6. – Электричество, 2024, № 12, с. 67–73.
15. Борисов Р.К., Ковалев Д.И. Исследование электрических полей сложных конфигураций в комплектных распределительных устройствах классом напряжения 10 кВ. – XXIII Всерос. конф. «Электромагнитное поле и материалы (фундаментальные физические исследования)», 2015, с. 345–352.
---
Работа выполнена в рамках проекта «Оптимизация конструкций высоковольтных ячеек 10-35 кВ» при поддержке гранта НИУ «МЭИ» программы научных исследований «Приоритет 2030: Технологии будущего» в 2024–2026 гг.
#
1. Kovalev D.I. Issledovanie raspredeleniya elektricheskih i magnitnyh poley promyshlennoy chastoty v raspredelitel’nyh ustroystvah napryazheniem 6–110 kV: dis. … kand. tekhn. nauk (Investigation of the Distribution of Electric and Magnetic Fields of Industrial Frequency in Switchgear Voltage 6–110 kV: Dis. … Cand. Sci. (Eng.)). M., 2019, 153 p.
2. Varivodov V.N. et al. The Current State and Possibilities for Development of Switchgears for a Voltage of 6–35 kV. – Power Technology and Engineering, 2017, vol. 88, No. 5, pp. 503–508, DOI: 10.3103/S1068371217080120.
3. Seeger M. et al. Trends in High Voltage Switchgear Research and Technology. – IEEJ Transactions on Electrical and Electronic Engineering, 2025, vol. 20, pp. 322–338, DOI: 10.1002/tee.24244.
4. Frotscher A., Kern M., Puffer A. SF6 Alternative Development for High Voltage Switchgear. – CIGRE Session, 2014, Report D1-305.
5. SVEL KRU-SVEL (SVEL KRU-SVEL) [Electron. resource], URL: https://svel.ru/catalog/komplektnye-raspredelitelnye-ustroystva/ (Accessed on 15.10.2025).
6. Solid Insulated Switchgear [Electron. resource], URL: http://sojoelectric.com/1-2-solid-insulated-switchgear/238509/ (Accessed on 15.10.2025).
7. Trident Solid Dielectric Switchgear [Electron. resource], URL: https://www.gwelectric.com/products/switchgear/trident-solid-dielectric-switchgear/ (Accessed on 15.10.2025).
8. IEC 62271-201:2014. High-Voltage Switchgear and Control-gear – Part 201: AC Solid-Insulation Enclosed Switchgear and Controlgear for Rated Voltages Above 1 kV and Up to and Including 52 kV. 2014, 199 p.
9. Long Operational Experiences of Medium-Voltage Solid-Insulated Switchgears [Electron. resource], URL: https://cse.cigre.org/cse-n035/a3-long-operational-experiences-of-medium-voltage-solid-insulated-switchgears.html (Accessed on 15.10.2025).
10. Varivodov V.N., Kovalev D.I., Golubev D.V. Polimery v tekhnike vysokih napryazheniy (Polymers in High-Voltage Technology). M.: Izd-vo MEI, 2022, 280 p.
11. Shielded Solid Insulated System (2SIS) – The Next Generation of Medium Voltage Switchgear [Electron. resource], URL: https://blog.se.com/infrastructure-and-grid/power-management-metering-monitoring-power-quality/2018/03/15/shielded-solid-insulated-system-2sis-the-next-generation-of-medium-voltage-switchgear/ (Accessed on 15.10.2025).
12. MV Solid Insulation Switchgear (SIS) [Electron. resource], URL: https://switchgearcontent.com/2019/06/21/591/mv-solid-insula-tion-switchgear-sis/ (Accessed on 15.10.2025).
13. Medium Voltage Switchgear Gets a “Solid” Upgrade [Electron. resource], URL: https://www.newequipment.com/plant-operations/article/22059930/medium-voltage-switchgear-gets-a-solid-upgrade (Accessed on 15.10.2025).
14. Polyakov R.A. et al. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2024, No. 12, pp. 67–73.
15. Borisov R.K., Kovalev D.I. XXIII Vseros. konf. «Elektromagnitnoe pole i materialy (fundamental’nye fizicheskie issledovaniya)» – in Russ. (XXIII All-Russian Conf. Electromagnetic Field and Materials (Fundamental Physical Research), 2015, pp. 345–352
---
The study was carried out within the framework of the project "Optimization of 10–35 kV switchgear cubicle designs" with the support of a grant from the National Research University Moscow Power Engineering Institute for implementing the research program "Priority 2030: Technologies of the Future" in 2024–2026.
Загрузки
Опубликован
2025-10-30
Выпуск
Раздел
Статьи
