Kort historik over fortid og nutid for højspændingsvakuumkredsløbsbrydere
Højspændingsvakuumkredsløbsbrydere: En oversigt
Introduktion
Højspændingsvakuumkredsløbsbrydere (HV VCBs) er blevet en levedygtig alternativ til traditionelle SF6-gasisolerede kredsløbsbrydere, især i anvendelser, hvor hyppig skiftning og lavere vedligeholdelsesomkostninger er afgørende. Siden 2014 er HV VCBs blevet stadig mere anvendt som et alternativ til højspændingsgasbrydere, og de tilbyder en grønnere og mere bæredygtig løsning ved at eliminere brugen af SF6, en stærk drivhusgas.
Vakuumskifter har været bredt anvendt i distributionsystemer i over tre årtier, primært til at oprette og afbryde fejlstrømme og skifte forskellige typer belastninger. Den pålidelighed og ydeevne, der er opnået med vakuumskifteteknologi i mellemspændingsområdet (op til 52 kV), har været ekseptionel, hvilket har ført til dens dominerende position i distributionsystemer. Imidlertid begyndte bestræbelserne på at udvide vakuumskifteteknologi til transmissionspændingsniveauer allerede i 1960'erne, med betydelige milepæle opnået omkring 1980, da de første højspændingsvakuumkredsløbsbrydere blev installeret i Japan. I 2010 var cirka 10.000 HV VCBs i drift, hovedsageligt i industrielle miljøer, men også i energivirksomheder. Præferencen for vakuumteknologi over SF6 blev drevet af dets evne til at håndtere hyppige skiftningsoperationer og lavere vedligeholdelseskrav.
I USA har vakuumbankekapacitansskifter været i brug i flere årtier ved spændinger op til 242 kV. Omkring 2008 blev intensiv forskning og udvikling (F&U) i Kina og Europa iværksat for at udvikle HV VCBs, med fokus på at reducere eller eliminere brugen af SF6. Dette førte til introduktionen af produkter, der kan operere ved spændinger op til 145 kV. I Kina forventes den hurtige implementering af HV VCBs i kommercielle anvendelser fortsat, med hundreder af enheder allerede i drift ved spændingsniveauer op til 126 kV. I Europa fortsætter felttest indtil videre for at validere ydeevnen af typeprøvede enheder, før de kommer på markedet.
Teknologi og design
Alle HV VCB-produkter er baseret på den velkendte mellemspændingsvakuumbryderstokertechnologi, som er blevet raffineret gennem årene. Der var ikke behov for grundlæggende nye tekniske funktioner for at udvide denne teknologi til højere spændingsniveauer. Den primære udfordring ligger i at skala geometrien af bryderstokeren for at imødekomme de højere spændingsklasser. For eksempel skal diameteren og kontaktavlstanden øges for at håndtere spændinger over 52 kV. I nogle tilfælde, for spændinger over 126 kV, anvendes to vakuumafstande i serie for at sikre pålidelig drift.
Funktionsmæssige egenskaber
Normal strømshåndtering: For normale strømmer op til 2.500 A er der ingen betydelige forskelle mellem HV VCBs og SF6-kredsløbsbrydere. Dog er det udfordrende at opnå højere strømklasser (over 2.500 A) i HV VCBs på grund af varmegenerering fra kontaktstrukturen og den begrænsede varmetransferevne i bryderstokeren.
Overvågning: Det er lettere at overvåge kvaliteten af afbrydelsesmediumet i SF6-kredsløbsbrydere, da graden af vakuum i HV VCBs praktisk talt ikke kan overvåges under drift.
Skiftningsoperationer: HV VCBs kan udføre et større antal skiftningsoperationer sammenlignet med SF6-kredsløbsbrydere på grund af den superiøre holdbarhed af vakuumkontakt systemet mod bueild. Dette gør vakuumteknologi særligt attraktiv for anvendelser, der kræver hyppig skiftning, såsom daglige operationer.
Antriebsenergi: Ved et typisk 72,5 kV-rating er antriebsenergien, der kræves for en vakuumkredsløbsbryder, betydeligt lavere - ca. 20% af den, der kræves for en tilsvarende SF6-kredsløbsbryder. De fysiske størrelser af de to typer enheder er sammenlignelige.
Bryderstokerkonfiguration: Over 145 kV kan HV VCBs kræve mere end én bryderstoker i serie, mens SF6-teknologi har succesfuldt implementeret enkeltbryderkredsløbsbrydere op til 550 kV siden 1994, som er bredt anvendt i mange lande.
Bueegenskaber: Buens spænding i HV VCBs er meget lavere end i SF6-kredsløbsbrydere, typisk på titte volts sammenlignet med hundrede volts i SF6. Desuden er buens varighed under fejlafbrydelse kortere i vakuumskifter, med en minimumsbuetid på 5-7 ms sammenlignet med 10-15 ms for SF6-kredsløbsbrydere. Dette resulterer i et højere antal mulige skiftningsoperationer for HV VCBs.
Røntgenudsendelser: HV VCBs med rated spændinger op til 145 kV udsender røntgenstråling inden for den standardiserede grænse på 5 µSv/h under normale driftsbetingelser. SF6-kredsløbsbrydere udsender ikke røntgenstråling.
Elektriske egenskaber
Afbrydelse af fejlstrømme: HV VCBs er fremragende til at afbryde fejlstrømme med meget stejle hastigheder for midlertidig genoprettelse af spændingen (TRV) på grund af deres hurtige dielektriske genoprettelse, som er hurtigere end SF6-kredsløbsbryderes.
Breakdown statistik: Selvom vakuumafstande teoretisk har meget høje breakdownspændinger, er der en lille sandsynlighed for breakdown ved relativt moderate spændinger. Vakuumafstande kan også opleve spontane senere breakdown, der forekommer op til flere hundrede millisekunder efter strømafbrydelsen. Dog er konsekvenserne af sådanne hændelser begrænsede, da vakuumafstanden umiddelbart gendanner sin isolering. Systemkonsekvenserne af senere breakdown er endnu ikke fuldt forstået.
Induktiv belastningskobling: I anvendelser, der involverer induktive belastninger, som paralellreaktor kobling, har HV VCBs tendens til at opleve et højere antal gentagne genoplysninger ved en strømfrekvensstrømnulstilling. Dette skyldes vakuumets evne til at afbryde højfrekvensstrømme, der følger genoplysning. Effekten af disse genoplysningstransienter på interagerende apparater, som RC snubber og metaloksidarrestorer, undersøges i øjeblikket.
Kapacitansbank skiftning: Når kapacitansbanker skifter, er det afgørende at undgå meget høje inrushstrømme, da de kan nedbryde dielektriske egenskaber af kontakt systemet gennem præ-strikes buer. Denne udfordring gælder både for HV VCBs og SF6-kredsløbsbrydere. Mitigationsstrategier inkluderer brug af serie reaktorer eller kontrolleret skiftning, selvom der er begrænset feltoplevelse med sidstnævnte for HV VCBs.
Fremtidige udsigter og markedsopfattelse
En undersøgelse blandt brugere af højspændingskredsløbsbrydere viste, at fraværet af SF6 ses som den primære fordel ved vakuumskifter, forudsat at den eksterne isolation også er SF6-fri. Imidlertid er mangel på omfattende serviceerfaring ved transmissionspændingsniveauer en betydelig tøven for bred anvendelse af HV VCBs. Trods dette driver miljømæssige fordele og driftsmæssige fordele af vakuumteknologi fortsat interesse og udvikling i dette område.
Potentielle brugere af højspændingsvakuumkredsløbsbrydere (HV VCBs) rejser ofte bekymringer om overspændinger pga. strømafsnit og muligheden for røntgenudsendelser under skiftningsoperationer. Disse spørgsmål er afgørende for at sikre sikkert og pålideligt drift af HV VCBs, især da de stadig mere overvejes for transmissionspændingsanvendelser.
Røntgenudsendelse
For enkeltpunktsenheder er røntgenudsendelser fra HV VCBs med rated spændinger op til og inklusive 145 kV langt under den standardiserede grænse på 5 µSv/h under normale driftsbetingelser. Flere punktsenheder viser endnu lavere niveauer af røntgenudsendelser. Dette er en vigtig overvejelse for reguleringsoverholdelse og sikkerhed, da det sikrer, at HV VCBs kan implementeres uden at udgøre betydelige strålingsrisici for personale eller miljøet.
Pilotprojekter
Et stort flertal af respondenter udtrykte en stærk interesse for at starte pilotprojekter for at få praktisk erfaring med HV VCB-teknologi. Sådanne projekter ville give energivirksomheder og systemoperatører mulighed for at evaluere ydeevne, pålidelighed og driftsegenskaber for HV VCBs under reelle betingelser. Solid jordede netværk anbefales til disse pilotprojekter, da netværksbetingelserne i mellemspændings-systemer ikke altid er sammenlignelige med dem i transmissionspændingsnetværk, især hvad angår jordforhold. Denne tilgang vil hjælpe med at sikre, at de opnåede erfaringer er relevante og anvendelige til transmissionsniveau-anvendelser.
Standardisering
Den nuværende IEC-kredsløbsbryderstandard, IEC 62271-100, har et stærkt fokus på SF6-skifteteknologi, som måske ikke fuldt ud adresserer de unikke egenskaber og udfordringer ved vakuumskifteteknologi. For eksempel kan testopgaver, der er udfordrende for SF6, som kortlinje fejltests, ikke være lige så kritiske for vakuumteknologi. På den anden side kan anvendelsen af kontinuerlig genoprettelse af spænding i syntetiske tests, som er mindre relevant for SF6, være mere vigtig for at demonstrere fraværet af senere breakdown i vakuumafstande. Da HV VCBs får mere trækraft, kan der være behov for at revidere eller supplerer de eksisterende standarder for at bedre imødekomme vakuumteknologi.
Tekniske implikationer af SF6-fri design
Når SF6 mangler som et eksternt isoleringsmedium, skal andre tekniske implikationer overvejes. For eksempel kan alternative isoleringsmetoder kræve højere tryk, øget vægt, større fodaftryk eller andre designovervejelser for at sikre tilstrækkelig isoleringsydeevne. Producenter undersøger aktivt disse alternativer for at udvikle levedygtige erstatninger for SF6, men indtil en ny teknologi, der kan dække alle spændingsklasser, findes, vil SF6 sandsynligvis fortsætte med at være afgørende for visse transmissionsnetværksanvendelser.
Producentengagement
Producenter er engageret i at udvikle og gøre industriel levedygtige alternativer til SF6-teknologi tilgængelige. Mens SF6 har været det dominante isoleringsgas for højspændingsanvendelser på grund af dets fremragende dielektriske egenskaber, har miljømæssige bekymringer forbundet med SF6, især dets høje global opvarmningspotentiale,驱动的创新和新技术的发展，以满足电力行业的多样化需求。随着制造商继续在这一领域进行创新和完善，从SF6技术过渡到更环保的解决方案将是一个逐步的过程。
请注意，最后一段的最后一句似乎没有完全翻译成丹麦语。以下是完整的翻译：
Producenter er engageret i at udvikle og gøre industriel levedygtige alternativer til SF6-teknologi tilgængelige. Mens SF6 har været det dominante isoleringsgas for højspændingsanvendelser på grund af dets fremragende dielektriske egenskaber, har miljømæssige bekymringer forbundet med SF6, især dets høje global opvarmningspotentiale, drevet søgen efter grønnere løsninger. HV VCBs repræsenterer en sådan løsning, der tilbyder en bæredygtig alternativ for anvendelser, hvor hyppig skiftning og lavere vedligeholdelse er nødvendige. Dog vil overgangen væk fra SF6 være gradvis, da producenter fortsætter at innovere og forbedre nye teknologier for at møde den diverse behov i el-sektoren.
