Впервые в 1941 г. советским физиком Б.М. Гохбергом было предложено использование шестифтористой серы в качестве электроизоляционной среды, которая получила название элегаз. Был установлен ряд положительных свойств элегаза, которые выделяли его на фоне других диэлектрических сред, использующихся в электротехнике. Элегаз не поддерживает горение, а его молекулы способны захватывать свободные электроны, превращаясь в тяжелые, малоподвижные ионы, именно поэтому этот газ еще называют «электроотрицательным». При нормальной температуре (20 °С) и давлении 0,1 МПа элегаз представляет собой газ без цвета и запаха. Плотность его почти в 5 раз выше плотности воздуха.

Элегаз обладает низкой теплоемкостью в канале столба дуги и повышенной теплопроводностью горячих газов, окружающих столб дуги (2000 К). Это характеризует его, как среду, обладающую высокими теплопроводящими свойствами. Но выявились так же и отрицательные качества элегаза, среди которых высокая температура сжижения (– 64 °С) при давлении 0,1 МПа, которая с увеличением давления повышается, а так же тот факт, что под влиянием электрической дуги или коронного разряда происходит разложение элегаза с образованием химически активных соединений, которые могут вызвать разрушение изоляционных и конструктивных материалов. Однако, степень этого разложения невысока, вследствие того, что большое количество разложившегося газа немедленно восстанавливается в элегазе. Последний факт вызывает необходимость включения в конструкцию различных фильтров, для поглощения продуктов разложения. Так же при нарушении технологии производства элегаза или при прохождении через него электрического разряда (дугового, коронного, частичного) он разлагается на составляющие газы, в их числе S2F10 — чрезвычайно токсичный газ. Интенсивность образования таких примесей и вредные последствия значительно усиливаются при наличии в элегазе примесей кислорода и, особенно, примесей паров воды. Стабильность молекулярного состава элегаза сильно влияет на экологию: гексафторид серы имеет огромный Потенциал Глобального Потепления (в 24900 раз выше, чем у СO2), а время его жизнеспособности составляет 3200 лет.

Поэтому, согласно Киотскому протоколу, SF6 классифицирован как газ ограниченного применения. Так как элегаз тяжелее воздуха, то в низко расположенных закрытых помещениях скопившийся элегаз может вытеснить воздух. Эти недостатки элегаза обусловливают высокие требования к качеству герметичности электротехнического оборудования.

Спустя почти пол столетия в мировой энергетике места привычных высоковольтных электротехнических аппаратов, которые использовали в качестве электроизоляционной среды воздух, масло и вакуум стали постепенно заниматься элегазовым оборудованием. Это вызвано рядом недостатков диэлектрических сред, используемых в электротехнических аппаратах. Среди этих недостатков сравнительно низкая электрическая прочность воздуха (Е=20 кВ/см), которая компенсируется повышением давления, что вызывает необходимость наличия развитой компрессорной и пневматической систем. Отсюда высокая стоимость оборудования и большие затраты энергии на собственные нужды устройства, высокая взрыво- и пожароопасность, большие габариты, дорогостоящее обслуживание, необходимость периодической замены масла в масленых электротехнических устройствах высокого напряжения, сложность и высокая стоимость вакуумного производства, возможность возникновения коммутационных перенапряжений при отключении малых индуктивных токов в вакуумных коммутационных аппаратах, склонность материалов к сварке в условиях глубокого вакуума. Среди элегазового оборудования можно выделить наиболее распространенные виды аппаратов, это высоковольтные выключатели, трансформаторы и комплексные распределительные устройства с элегазовой изоляцией (КРУЭ). Их то мы и рассмотрим в данной статье.

Трансформаторы с элегазовой изоляцией впервые были разработаны в США фирмой Вестингауз в конце 50-х годов. Силовые трансформаторы напряжением до 138 кВ и мощностью до 40 МВА были разработаны в 60-х годах. В Европе элегазовые трансформаторы появились в середине 60-х годов. Однако дальнейшего развития ни в США, ни в Европе они не получили. В Японии первый трансформатор с элегазовой изоляцией напряжением 69 кВ и мощностью 3 MBА был изготовлен в 1969 г. Возрастающие требования пожаробезопасного оборудования и запрет применения негорючих изоляционных жидкостей на основе трихлордифенила в 1972 г., стимулировали развитие элегазовых трансформаторов (ЭТ). Их производство постоянно увеличивалось с началом поставок элегазовых трансформаторов напряжением 69 кВ мощностью 3 и 10 MBА для комплектных элегазовых подстанций в 1979 г. В 1991 г. элегазовые трансформаторы составляли свыше 8 % в общем производстве силовых трансформаторов. Требования пожаробезопасности мощных высоковольтных подстанций, расположенных в жилых районах могут быть выполнены с установкой элегазовых трансформаторов. Такой трансформатор напряжением 275 кВ мощностью 300 MBА впервые был изготовлен в 1990 г. Применение силовых трансформаторов с элегазовой изоляцией в России началось в 2012 г., компания ЗАО «ИСК «Союз-Сети» завершила работы по монтажу двух элегазовых трансформаторов 220/20 кВ мощностью по 63 МВА производства Toshiba (Япония) на строящейся подземной подстанции 220 кВ «Сколково»]. Работы были осуществлены под руководством представителей шеф-инженеров от фирмы Toshiba. Эти трансформаторы специально разработаны для использования на подземных энергообъектах. Ранее подобные автотрансформаторы в России не применялись.

Примерно в 1955 г. в компании Merlin Gerin была начата исследовательская работа по применению элегаза для изоляции и отключения цепей, в результате чего был разработан элегазовый выключатель Fluarc FB4 на напряжение = (7,2-36) кВ, номинальный ток отключения = 25 кА, номинальный ток = (630-1250) А. Давление внутри корпуса составляло 1,5 МПа, время гашения дуги = 15 мс, полное время отключения = 60-80 мс, срок службы — 20 лет. В 1956 году компанией "Вестингауз" был сконструирован первый высоковольтный автоматический выключатель, который мог отключать ток силой 5 кА под напряжением 115 кВ, но он имел 6 камер прерывания тока. Спустя несколько этапов развития, в 1983 г. появились первые выключатели, в которых применялись дугогасительные камеры с одиночным разрывом при напряжении 220 кВ, а так же от 440 кВ до 500 кВ и для 750 кВ, соответственно с 2, 3 и 4 камерами на каждый полюс, что привело к их широкому распространению. Такие преимущества элегазовых выключателей, как простота дугогасительной камеры, короткое время отключения, относительно малые габариты и масса, пожаро- и взрывобезопасность, малый износ дугогасительных контактов обусловили их широкое распространение. Отдается предпочтение элегазовым выключателям на напряжения от 70 до 800 кВ, токи отключения до 50 кА, время отключения 0,04-0,06 с, с апериодической составляющей менее 60 %, в климатических районах с минимальными минусовыми температурами выше минус 30 °С.

В крупном городе или, к примеру, в жестких северных условиях, где площади помещений обходятся очень дорого целесообразно устанавливать небольшое по размерам оборудование. С началом внедрения практики использования КРУЭ в семидесятых годах 20 века стало возможным сочетать компактность и большую эффективность электроснабжения. Задача КРУЭ — прием и распределение электроэнергии. Они состоят из шкафов и соединительных элементов, которые также заключены в шкафы или в блоки из шкафов. Отечественные образцы КРУЭ впервые были опробованы в 1974 году. В 1978 году в Москве была запущена ПС «Елоховская» на 110/220 кВ, КРУЭ для которой были изготовлены на базе завода «Электроаппарат». В Москве не менее 10 подстанций, в которых КРУЭ этого производителя работают по сей день. В последующие годы развитие производства КРУЭ в нашей стране шло медленно, и к 21 столетию на рынок начали внедряться такие производители, как Siemens, ABB, Alstom и другие с КРУЭ собственных разработок. На сегодняшний день отечественные КРУЭ выпускаются в классе напряжения до 330 кВ. В конце 1990-х начале 2000-х по заказу южнокорейской организации Hyundai Heavy Industries ОАО НИИВА разработал и провел успешное испытание КРУЭ на классы напряжения 362, 500 и 800 кВ. В отечественной практике принята установка КРУЭ в закрытых и подогреваемых (для поддержания температуры не ниже минус 5 °С) помещениях для защиты от атмосферных осадков и предотвращения коррозии. При этом обеспечивается круглогодичное удобство монтажа и эксплуатации оборудования, нет необходимости в устройствах для подогрева элегаза. Экономически это вполне оправданно с учетом небольших габаритов КРУЭ.

На основе анализа научно-технической литературы можно сделать следующий вывод. Элегаз, как дугогасительная среда нашла широкое применение в различных электротехнических устройствах, в силу ряда своих преимуществ перед уже существующими диэлектрическими средами, используемых в электротехническом оборудовании. Это такие характеристики, как пожаро- и взрывобезопасность, высокая диэлектрическая прочность, высокая теплопроводность, способность захватывать свободные электроны и малое время, необходимое для восстановления электрической прочности после пробоя и др. Благодаря этим свойствам, у оборудования, использующего элегаз, существенно уменьшаются масса и габариты, улучшается безопасность, увеличивается срок службы, а так же снижаются затраты на обслуживание. Таким образом, элегазовое оборудование имеет хорошие перспективы для дальнейшего распространения, развития и усовершенствования.