Kort Geskiedenis van die Verlede en Hede van Hoogspannings Vakuumkrekbreekers

Hoëspannings Vakuum Skakebreekers: 'n Oorsig

Inleiding

Hoëspannings vakuum skakebreekers (HV VCBs) het as 'n lewensvatbare alternatief vir tradisionele SF6 gasgeïsoleerde skakebreekers opgedaag, veral in toepassings waar gereelde switsovergang en laer instandhoudingkoste krities is. Sedert 2014 is HV VCBs steeds meer aangewend as 'n alternatief vir hoëspannings gas skakebreekers, wat 'n groener en meer volhoubare oplossing bied deur die gebruik van SF6, 'n sterk broeikasgas, te elimineer.

Vakuum skakelsyssteme is al oor drie dekades wyd in verspreidingsisteme gebruik, hoofsaaklik vir die maak en breek van foutstroome en die switsovergang van verskeie tipes belasting. Die betroubaarheid en prestasie van vakuum switsovergangstegnologie in die mediumspanningsgebied (tot 52 kV) was uitsonderlik, wat tot sy dominansie in verspreidingsisteme gelei het. Echter, pogings om vakuum switsovergangstegnologie uit te brei na oordragspanningvlakke het so vroeg as in die 1960's begin, met beduidende mijlpale bereik rondom 1980 toe die eerste hoëspannings vakuum skakebreekers in Japan geïnstalleer is. By 2010 was ongeveer 10,000 HV VCBs in bedryf, hoofsaaklik in industriële toepassings, maar ook in nutsbedryfs-toepassings. Die voorkeur vir vakuumtegnologie bo SF6 is gedryf deur sy vermoë om gereelde switsovergang-operasies te hanteer en laer instandhoudingsvereistes.

In die Verenigde State is vakuum kondensatorbank skakebreekers al vir verskeie dekades by spannings tot 242 kV gebruik. Rondom 2008 het intensiewe navorsing en ontwikkeling (R&D) programme in China en Europa gemik op die ontwikkeling van HV VCBs, met 'n fokus op die verminder of eliminasie van die gebruik van SF6. Dit het gelei tot die bekendstelling van produkte wat by spannings tot 145 kV kan funksioneer. In China word verwag dat die vinnige aanvaarding van HV VCBs in kommersiële toepassings voortgaan, met honderde eenhede reeds in diens by spanningsvlakke tot 126 kV. In Europa gaan veldtoetse voort om die prestasie van typegeteste toestelle te valideer voordat hulle die mark binnegaan.

Tegnologie en Ontwerp

Al die HV VCB produkte is gebaseer op die goed vestigde mediumspannings vakuum onderbreekertegnologie, wat oor die jare verfyn is. Geen fundamenteel nuwe tegniese kenmerke was nodig om hierdie tegnologie uit te brei na hoër spanningsvlakke nie. Die primêre uitdaging lê in die skaal van die meetkunde van die onderbreker om hoër spanningsvlakke te akkommodeer. Byvoorbeeld, die diameter en kontakgapinglengte moet verhoog word om spannings bo 52 kV te hanteer. In sommige gevalle, vir spannings wat 126 kV oorskry, word twee vakuumgape in reeks gebruik om betroubare bedryf te verseker.

Bedryfskenmerke

• Normale Stroomhandhaving: Vir normale strome tot 2,500 A, is daar geen beduidende verskille tussen HV VCBs en SF6 skakebreekers nie. Echter, die bereiking van hoër stroomvlakke (bo 2,500 A) in HV VCBs is uitdagend as gevolg van warmteopwekking deur die kontakstruktuur en die beperkte warmteoorgawe-vermoë van die onderbreker.

• Monitorering: Dit is makliker om die gehalte van die onderbreekmedium in SF6 skakebreekers te moniteer, omdat die graad van vakuum in HV VCBs in praktyk nie tydens diens kan gemoniteer word nie.

• Switsovergangsoperasies: HV VCBs kan 'n hoër aantal switsovergangsoperasies uitvoer in vergelyking met SF6 skakebreekers as gevolg van die superieure uithoubaarheid van die vakuumkontakstelsel teen arcering. Dit maak vakuumtegnologie veral aantreklik vir toepassings wat gereelde switsovergang vereis, soos dagelikse operasies.

• Aandryfenergie: By 'n tipiese 72.5 kV vlak, is die aandryfenergie wat vir 'n vakuum skakebreekervoorraad benodig, beduidend laer—ongeveer 20% van wat vir 'n ekwivalente SF6 skakebreekervoorraad benodig word. Die fisiese groottes van die twee tipes toestelle is vergelykbaar.

• Onderbrekerkonfigurasie: Boven 145 kV, mag HV VCBs meer as een onderbreker in reeks vereis, terwyl SF6-tegnologie suksesvol enkele-onderbreek skakebreekers tot 550 kV sedert 1994 geïmplementeer het, wat wyd in baie lande gebruik word.

• Boogkenmerke: Die boogspanning in HV VCBs is baie laer as in SF6 skakebreekers, tipies van tens tot honderds volts in SF6. Daarbenewens, die duur van die boog tydens foutswitsovergang is korter in vakuum skakelsyssteme, met 'n minimum boogtyd van 5–7 ms in vergelyking met 10–15 ms vir SF6 skakebreekers. Dit lei tot 'n hoër aantal moontlike switsovergangsoperasies vir HV VCBs.

• Röntgenstraling: HV VCBs met geregte spannings tot 145 kV straal Röntgenstraling binne die gestandaardiseerde limiet van 5 µSv/h onder normale bedryfstoestande. SF6 skakebreekers straal nie Röntgenstraling nie.

Elektriese Kenmerke

• Foutstroomonderbreking: HV VCBs uitmunt in die onderbreking van foutstrome met baie steile koers van opsig van tussentydse herstelspanning (TRV) as gevolg van hul vinnige dielektriese herstel, wat vinniger is as dit van SF6 skakebreekers.

• Breukstatistiek: Alhoewel vakuumgape teoreties baie hoë breukspannings het, is daar 'n klein waarskynlikheid van breuk by relatief matige spannings. Vakuumgape kan ook spontane late breuk ervaar, wat tot sekere honderde millisecondes na stroomonderbreking kan plaasvind. Echter, die gevolge van sulke insidente is beperk omdat die vakuumgap onmiddellik sy isolasie herstel. Die stelselimplicaties van late breuk is nog nie volledig begryp nie.

• Induktiewe Belastingswitsovergang: In toepassings wat induktiewe belastings behels, soos parallelreaktorwitsovergang, neig HV VCBs om 'n hoër aantal herhaalde herontbranding te ervaar by een netstroom nulpunt. Dit is as gevolg van die vakuum se vermoë om hoëfrekwensiestrome wat volg herontbranding te onderbreek. Die effekte van hierdie herontbranding-oorgangs op interakteerende toerusting, soos RC dempers en metaalokside-arresters, word tans ondersoek.

• Kondensatorbankwitsovergang: Wanneer kondensatorbankswitsovergang plaasvind, is dit belangrik om baie hoë instroomstrome te vermy, aangesien hulle die dielektriese eienskappe van die kontakstelsel deur vooraf-strike-boë kan degradeer. Hierdie uitdaging geld vir beide HV VCBs en SF6 skakebreekers. Verminderingsstrategieë sluit in die gebruik van reeksreactors of beheerde witsovergang, alhoewel daar beperkte veldervaring met die laasgenoemde vir HV VCBs is.

Toekomsperspektief en Markpersepsie

'n Opname onder gebruikers van hoëspannings skakelsyssteme het getoon dat die afwesigheid van SF6 as die primêre voordeel van vakuum skakelsyssteme beskou word, mits die buitensporige isolasie ook SF6-vry is. Echter, die afwesigheid van uitgebreide dienservaring by oordragspanningsvlakke bly 'n beduidende aarzeling vir die wye aanvaarding van HV VCBs. Ten spyte hiervan, dryf die omgewingsvoordele en bedryfsvoordele van vakuumtegnologie voortdurende belangstelling en ontwikkeling in hierdie gebied.

Potensiële gebruikers van hoëspannings vakuum skakebreekers (HV VCBs) verhoog dikwels besorgdhede oor die generering van oorspannings as gevolg van stroomverkorting en die moontlikheid van Röntgenstraling tydens switsovergangsoperasies. Hierdie kwessies is krities vir die verseker van veilige en betroubare bedryf van HV VCBs, veral as hulle steeds meer oorweeg word vir oordragspanningsvlak-toepassings.

Röntgenstraling

Vir enkele-onderbreek toestelle, bly Röntgenstraling van HV VCBs met geregte spannings tot en met 145 kV goed onder die gestandaardiseerde limiet van 5 µSv/h onder normale bedryfstoestande. Meerdere-onderbreek toestelle vertoon selfs laer vlakke van Röntgenstraling. Dit is 'n belangrike oorweging vir reguleringsnavolging en veiligheid, aangesien dit verseker dat HV VCBs kan ingespan word sonder om beduidende stralingsrisiko's aan personeel of die omgewing te poseer.

Pilootprojekte

'n Groot meerderheid van respondentte het 'n sterk belangstelling uitgespreek om pilootprojekte te begin om praktiese ervaring met HV VCB-tegnologie te bekom. Sulke projekte sou nutsbedryfs en stelselbestuurders in staat stel om die prestasie, betroubaarheid en bedryfskenmerke van HV VCBs in werklike toestande te evalueer. Stevig aangeaarde netwerke word aanbeveel vir hierdie pilootprojekte, aangesien die netwerktoestande in mediumspanningsisteme nie altyd vergelykbaar is met dié in oordragspanningsnetwerke, veral ten opsigte van aardingstoestande nie. Hierdie benadering sal help om te verseker dat die verkryde ervaring relevant en toepaslik is vir oordragvlak-toepassings.

Standaardisering

Die huidige IEC skakebreekerstandaard, IEC 62271-100, het 'n sterk fokus op SF6 switsovergangstegnologie, wat moontlik nie die unieke eienskappe en uitdagings van vakuum switsovergang volledig aanspreek nie. Byvoorbeeld, toetspligte wat uitdagend is vir SF6, soos kortlynfouttoetse, mag nie so krities wees vir vakuumtegnologie nie. Omgekeerd, die toepassing van kontinue herstelspanning in sintetiese toetse, wat minder relevanter is vir SF6, kan belangriker wees om die afwesigheid van late breuk in vakuum onderbrekers te demonstreer. As HV VCBs meer vaart kry, mag daar 'n behoefte wees om die bestaande standaarde te herzie of aan te vul om vakuumtegnologie beter te akkommodeer.

Tegniese Implikasies van SF6-Vrye Ontwerp

Wanneer SF6 as 'n buitensporige isolasie-medium afwesig is, moet ander tegniese implikasies oorweeg word. Byvoorbeeld, alternatiewe isolasie-metodes mag hoër druk, verhoogde gewig, groter voetafdruk, of verskillende ontwerpoverwegings vereis om toereikende isolasieprestasie te verseker. Vervaardigers ondersoek aktief hierdie alternatiewe om lewensvatbare vervangers vir SF6 te ontwikkel, maar totdat 'n nuwe tegnologie gevind word wat alle spanningsvlakke kan dek, sal SF6 waarskynlik essensieel bly vir sekere oordragnetwerk-toepassings.

Vervaardigerseengagement

Vervaardigers is toegewyd om industrieel lewensvatbare alternatiewe vir SF6-tegnologie te ontwikkel en beskikbaar te stel. Terwyl SF6 as die dominante isolasiegas vir hoëspannings-toepassings bekendgestel is weens sy uitstekende dielektriese eienskappe, het die omgewingsbesorgdhede geassosieer met SF6, veral sy hoë globale temperatuurverhogingpotensiaal, die soektog na groener oplossings gedryf. HV VCBs verteenwoordig een sodanige oplossing, wat 'n volhoubare alternatief bied vir toepassings waar gereelde switsovergang en laer instandhouding vereis word. Echter, die oorgang weg van SF6 sal geleidelik wees, aangesien vervaardigers voortgaan om te innoveer en nuwe tegnologieë te verfyn om die diversifieerde behoeftes van die energie-industrie te bevredig.