Kurta Historio de la Pasinteco kaj Nuna Temo de Alta-Voltaj Vakuumbrekuloj

Alta-voltagaj vakuum-ĉirkuitchikromiloj: Enkonduko

Enkonduko

Alta-voltagaj vakuum-ĉirkuitchikromiloj (HV VCBs) aperis kiel reala alternativo al tradiciaj SF6-gaz-insulitaj ĉirkuitchikromiloj, precipe en aplikoj, kie ofteca ŝaltado kaj malpliigita matenanta kostoj estas gravaj. Depost 2014, HV VCBs pli kaj pli adoptiĝas kiel alternativo al alta-voltagaj gaz-ĉirkuitchikromiloj, proponante pli verdaĵan kaj pli daŭrigan solvon per forigo de la uzo de SF6, potenca varmusega gaso.

Vakuum-aparatoj estis vaste uzataj en distribuaj sistemoj dum pli ol tri dekjarcentoj, ĉefe por farado kaj rompo de defektkurentoj kaj ŝaltado de diversaj tipoj de lastoj. La fidindeco kaj efektiveco de vakuum-ŝalt-teknologio en la meza voltago-nivelo (ĝis 52 kV) estis eksterordinara, kondukanta al sia dominanteco en distribuaj sistemoj. Tamen, provoj etendi vakuum-ŝalt-teknologion al transmetvoltag-nivele komenciĝis jam en la 1960-aj jaroj, kun signifaj atingoj okazintaj ĉirkaŭ 1980, kiam la unuaj alta-voltagaj vakuum-ĉirkuitchikromiloj estis instalitaj en Japanio. Je 2010, proksimume 10,000 HV VCBs estis en operacio, ĉefe en industria konteksto, sed ankaŭ en utilaj aplikaĵoj. La prefero por vakuum-teknologio super SF6 estis motivita de sia kapablo trakti oftajn ŝaltoperaciojn kaj malpliajn matenajn postulojn.

En Usono, vakuum-kondensatorbankŝaltiloj estis uzataj dum pluraj dekjaroj je voltagoj ĝis 242 kV. Ĉirkaŭ 2008, intensaj esplor- kaj disvolvprogramoj en Ĉinio kaj Eŭropo celis disvolvi HV VCBs, fokusante sur redukti aŭ elimini la uzon de SF6. Tio kondukis al la enkonduko de produktoj kapablaj funkciigi je voltagoj ĝis 145 kV. En Ĉinio, rapida adopcio de HV VCBs en komercaj aplikaĵoj estas atendata daŭri, kun centoj da aparatoj jam en servado je voltag-nivele ĝis 126 kV. En Eŭropo, terena testado daŭras por validigi la efektivon de specimene testitaj aparatoj antaŭ ilia eniro al la merkato.

Teknologio kaj Desegno

Ĉiuj HV VCB-produktoj bazas sin sur la bone stabilita mez-voltaga vakuum-interruptriteknologio, kiun oni perfektigis dum jaroj. Neniu fundamentale nova teknika trajto estis bezonata por etendi ĉi tiun teknologion al pli altaj voltag-nivele. La ĉefa sfido kuŝas en skalado de la geometrio de la interruptoro por akomodi la pli altajn voltag-nivele. Ekzemple, la diametro kaj kontaktdistanco devas esti pligrandigitaj por trakti voltagojn super 52 kV. En iuj kazoj, por voltagoj super 126 kV, du seriaj vakuum-gapoj estas uzataj por certigi fidindan operacion.

Funkciigaj Trajtoj

• Normala Kurent-traktado: Por normalaj kuroj ĝis 2,500 A, ne estas signifaj diferencoj inter HV VCBs kaj SF6-ĉirkuitchikromiloj. Tamen, atingi pli altajn kurent-nivele (super 2,500 A) en HV VCBs estas malfacile pro la varmegenerado de la kontakstrukturo kaj la limigita varmetransdonadkapablo de la interruptoro.

• Monitorado: Estas pli facile monitori la kvaliton de la interrompa medio en SF6-ĉirkuitchikromiloj, ĉar la grado de vakuo en HV VCBs praktike ne povas esti monitorata dum servo.

• Ŝaltoperacioj: HV VCBs povas performi pli grandan nombron de ŝaltoperacioj kompare al SF6-ĉirkuitchikromiloj pro la superiora daŭrebleco de la vakuum-kontaktsistemo al arkado. Tio igas vakuum-teknologion aparte atraktiva por aplikaĵoj postulantaj oftan ŝaltadon, kiel ciferecaj operacioj.

• Drviga Energio: Je tipa 72.5 kV-nivelo, la drviga energio postulata por vakuum-ĉirkuitchikromilo estas signife malpli—proksimume 20% de tiu postulata por ekvivalenta SF6-ĉirkuitchikromilo. La fizikaj grandoj de la du tipoj de aparatoj estas komparabla.

• Interruptrarango: Supere de 145 kV, HV VCBs povas postuli pli ol unu interruptron en serio, dum SF6-teknologio sukcese realigis unurompan ĉirkuitchikromilojn ĝis 550 kV depost 1994, kiuj estas larĝe uzataj en multaj landoj.

• Arktraĵoj: La arkvolt en HV VCBs estas multe pli malalta ol en SF6-ĉirkuitchikromiloj, kutime en la amplekso de dekaj voltaj kontraŭ centoj de voltaj en SF6. Aldone, la daŭro de la arko dum defekt-ŝaltado estas mallonga en vakuum-ŝaltaparatoj, kun minimuma arktempo de 5–7 ms kontraŭ 10–15 ms por SF6-ĉirkuitchikromiloj. Tio rezultigas pli grandan nombron de eblaj ŝaltoperacioj por HV VCBs.

• Rentonemiso: HV VCBs kun normitaj voltagoj ĝis 145 kV emetas rentonojn en la standardigita limo de 5 µSv/h sub normalaj operaciokondiĉoj. SF6-ĉirkuitchikromiloj ne emetas rentonojn.

Elektra Trajtoj

• Defektkurenta Interrupcio: HV VCBs distingiĝas en interrompi defektkurojn kun tre abrupta rizotempa restrecovolvoltajo (TRV) pro sia rapide dielektra restrecovo, kiu estas pli rapida ol tiu de SF6-ĉirkuitchikromiloj.

• Malrompestatistikoj: Kvankam vakuum-gapoj teorie havas tre altajn malrompvoltajojn, estas malgranda probablo de malrompo je relative moderataj voltajoj. Vakuum-gapoj povas ankaŭ sperte spontanan malfruan malrompon, okazantan ĝis kelkaj cent milisekundoj post kurentinterrompo. Tamen, la sekvoj de tiaj okazoj estas limigitaj, ĉar la vakuum-gapo tuj restaŭras sian insuladon. La sistemeffectoj de malfrua malrompo ne estas ankoraŭ plene komprenitaj.

• Induktiva Lasto-Ŝaltado: En aplikaĵoj kun induktivaj lastoj, kiel paralelareaktoro-ŝaltado, HV VCBs tendencas sperti pli grandan nombron de ripetaj re-lumadoj je unu potencefrekvenco nula. Tio estas pro la kapablo de la vakuo interrompi altfrekvencajn kurojn, kiuj sekvadas re-lumadon. La effectoj de tiuj re-lumadtransientoj sur interagantaj aparatoj, kiel RC-dampiloj kaj metal-oksid-arrestiloj, estas nuntempe studataj.

• Kondensatorbank-Ŝaltado: Dum ŝaltado de kondensatorbankoj, estas grava eviti tre altajn inrushkurojn, ĉar ili povas degradigi la dielektrajn ecojn de la kontaktsistemo tra antaŭ-strikarkoj. Tiu ĉi sfido aplikas al ambaŭ HV VCBs kaj SF6-ĉirkuitchikromiloj. Mitigestrategioj inkluzivas la uzon de seriereaktoroj aŭ kontrolita ŝaltado, kvankam estas limigita terena sperto kun la lasta por HV VCBs.

Estontecperspektivoj kaj Merkatapercepto

Sondeo inter uzantoj de alta-voltaga ŝaltaparato montris, ke la manko de SF6 estas vidita kiel la ĉefavantaĝo de vakuum-ŝaltaparato, kondiĉe ke la ekstera insulado estas ankaŭ sen SF6. Tamen, la manko de vasta servesperiento je transmetvoltag-nivele restas signifa zorgo por la larĝa adopto de HV VCBs. Malgraŭ tio, la ekologiaj profitoj kaj funkciigaj avantaĝoj de vakuum-teknologio drivas daŭran intereson kaj disvolvon en ĉi tiu areo.

Potencialaj uzantoj de alta-voltagaj vakuum-ĉirkuitchikromiloj (HV VCBs) ofte suspektas pri la generado de supervoltajoj pro kurenthakado kaj la ebleco de rentonemiso dum ŝaltoperacioj. Tiuj ĉi temoj estas gravaj por asertas la sekuran kaj fidindan funkciigon de HV VCBs, precipe kiel ili estas pli kaj pli konsiderataj por transmetvoltag-aplikaĵoj.

Rentonemiso

Por unurompaj aparatoj, rentonemiso de HV VCBs kun normitaj voltagoj ĝis kaj inkluzive 145 kV restas multe sub la standardigita limo de 5 µSv/h sub normalaj operaciokondiĉoj. Multrompaj aparatoj montras eĉ pli malaltajn nivelojn de rentonemiso. Tio estas grava konsidero por regulareca konformeco kaj sekureco, ĉar ĝi certigas, ke HV VCBs povas esti dislokigitaj sen posedanti signifajn radi-riskojn al personaro aŭ la medio.

Pilotprojektoj

Grandega plimulto de respondantoj esprimis fortan intereson en iniciatigo de pilotprojektoj por akiri praktikan sperton kun HV VCB-teknologio. Tiaj projektoj permesus utilajn kaj sistemonoperatorojn evalui la efektivon, fidindecon, kaj funkciigajn karakterizojn de HV VCBs en realmondaj kondiĉoj. Solide terurigitaj retoj estas rekomendataj por ĉi tiuj pilotprojektoj, ĉar la retkondiĉoj en mezvoltag-sistemoj ne estas ĉiam komparigeblaj al tiuj en transmetvoltag-retoj, precipe rilate al terurigaj kondiĉoj. Tiu ĉi proksimaĵo helpos certigi, ke la spertitaj lecionoj estas relevantaj kaj aplikabla al transmetnivela apliko.

Standardigo

La aktuala IEC-ĉirkuitchikromilnormo, IEC 62271-100, havas fortan fokuson sur SF6-ŝalt-teknologio, kiu eble ne plene traktas la unikajn karakterizojn kaj sfidojn de vakuum-ŝaltado. Ekzemple, testdutyoj, kiuj estas sfidaj por SF6, kiel mallonglinia defekttesto, povas ne esti tiel kritikaj por vakuum-teknologio. Konverse, la apliko de daŭra restrecovoltajo en sinteztestado, kiu estas malpli releva por SF6, povas esti pli grava por demonstri la mankon de malfrua malrompo en vakuum-interruptroj. Kiel HV VCBs akiras pli da impeto, povas esti bezonata revizi aŭ aldonaĵi la ekzistantajn normojn por pli bone akomodi vakuum-teknologion.

Teknikaj Implicoj de SF6-libera Dizajno

Kiam SF6 mankas kiel ekstera insulada medio, aliaj teknikaj implicoj devas esti konsiderataj. Ekzemple, alternativaj insuladmetodoj povas postuli pli altan preson, pli grandan pezon, pli grandan piedspuron, aŭ malsaman dizajnkonsideron por certigi adekvatan insuladeffekton. Fabrikantoj aktivumas eksplorante tiujn alternativojn por disvolvi viablejn anstataŭigilojn por SF6, sed ĝis nova teknologio, kiu povas kovri ĉiujn voltag-nivele, troviĝos, SF6 verŝajne restos esenca por certaj transmetreto-aplikaĵoj.

Fabrikantkomito

Fabrikantoj estas komititaj disvolvi kaj havebla industriale viables alternativoj al SF6-teknologio. Dum SF6 estis la dominanta izoladgazo por alta-voltagaj aplikaĵoj pro siaj eksceltaj dielektraj ecoj, la ekologiaj zorgoj ligitaj al SF6, precipe ĝia alta varmusega potencialo, dronis la serĉon por pli verdaĵaj solvoj. HV VCBs prezentas tian solvon, proponante susteneblan alternativon por aplikaĵoj, kie ofteca ŝaltado kaj pli malalta matenado estas postulataj. Tamen, la transiro for de SF6 estos graduala, kiel fabrikantoj daŭrigas innovadi kaj perfektigi novajn teknologiojn por kontentigi la diversajn bezonojn de la elektra industrio.