ההיסטוריה הקצרה של עבר והווה של מפסקים חשמליים תחת ריק בלחץ גבוה

מחסומים תחתית בריק בלחץ גבוה: סקירה

הקדמה

מחסומים תחתית בריק בלחץ גבוה (HV VCBs) הופיעו כחלופה жизнеспособная к традиционным выключателям, изолированным газом SF6, особенно в приложениях, где частое переключение и низкие затраты на обслуживание являются критическими. С 2014 года HV VCBs все чаще используются как альтернатива высоковольтным газовым выключателям, предлагая более экологичное и устойчивое решение путем исключения использования SF6, мощного парникового газа.

ציוד תחתית בריק נמצא בשימוש נרחב במערכות התפוצה למשך יותר משלושה עשורים, בעיקר להפעלה והפסקת זרמים פגועים ומשאים מסוגים שונים. המימד והביצועים של טכנולוגיית החתך תחתית בריק בתחום המתח בינוני (עד 52 kV) היו יוצאי דופן, מה שהוביל להתבססות שלה במערכות התפוצה. עם זאת, ניסיונות להרחיב את טכנולוגיית החתך תחתית בריק למתחי העברה החלו כבר בשנות ה-1960, עם ציוני דרך משמעותיים שנשאו פירות סביב 1980 כאשר המחסומים הראשונים תחתית בריק במתח גבוה הותקנו ביפן. עד שנת 2010, בערך 10,000 מחסומים תחתית בריק במתח גבוה היו בתפעול, בעיקר בהקשרים תעשייתיים אך גם בהקשרים של חברות חשמל. העדפה לטכנולוגיה תחתית בריק על פני SF6 נבעה מיכולתה להתמודד עם פעולות חיתוך תכופות ודרישות תחזוקה נמוכות יותר.

בארצות הברית, מתגים של קבוצות קONDENSATORS תחתית בריק השתמשו במשך מספר עשורים במתח עד 242 kV. סביב שנת 2008, תוכניות מחקר ופיתוח (R&D) אינטנסיביות בסין ובאירופה שאפו לפתח מחסומים תחתית בריק במתח גבוה, תוך הדגש על הפחתת או השבת השימוש ב-SF6. זה הוביל ליישום מוצרים שיכולים לפעול במתח עד 145 kV. בסין, ההתקשרות המהירה של מחסומים תחתית בריק במתח גבוה ליישומים מסחריים צפויה להמשיך, עם מאות יחידות כבר בתפעול במתח עד 126 kV. באירופה, נוהלים נושרים כדי לאשר את הביצועים של מכשירים שעברו בדיקה לפני שהם נכנסים לשוק.

טכנולוגיה ועיצוב

כל המוצרים של מחסומים תחתית בריק במתח גבוה מבוססים על הטכנולוגיה המוכחת של חתכים תחתית בריק במתח בינוני, שנדקרה לאורך השנים. לא נדרש מאפיינים טכנולוגיים יסודיים חדשים כדי להרחיב את הטכנולוגיה לרמות מתח גבוהות. האתגר העיקרי הוא להגדיל את הגאומטריה של החתך כדי להכיל את דרגות המתח הגבוהות. למשל, יש להגדיל את הקוטר ואת אורך הפער בין מגע למגע כדי להתמודד עם מתח מעל 52 kV. במקרים מסוימים, עבור מתחים מעל 126 kV, משתמשים בשני פערים תחתית בריק בטור כדי להבטיח פעולה מהימנה.

מאפייני פעולה

• טיפול בזרמים נורמליים: עבור זרמים נורמליים עד 2,500 A, אין הבדלים משמעותיים בין מחסומים תחתית בריק במתח גבוה לבין מחסומים מ-SF6. עם זאת, להשיג דרגות זרם גבוהות יותר (מעל 2,500 A) במחסומים תחתית בריק במתח גבוה הוא מאתגר בשל יצירה של חום מבנה המגע והיכולת המוגבלת של החתך להעביר חום.

• מעקב: קל יותר לעקוב אחר איכות המדיה המתערבלת במחסומים מ-SF6, שכן המידה של הריק במחסומים תחתית בריק במתח גבוה אינה ניתנת לעקיבה מעשית במהלך השירות.

• פעולות חיתוך: מחסומים תחתית בריק במתח גבוה יכולים לבצע מספר גבוה יותר של פעולות חיתוך בהשוואה למחסומים מ-SF6 בשל יכולת החזקת המערכת של המגע תחתית בריק לאלקטרודה. זה גורם לטכנולוגיה תחתית בריק להיות במיוחד משכת עבור יישומים שדורשים חיתוכים תכופים, כגון פעולות יומיומיות.

• אנרגיה הנדרשת לתפעול: במתח רגיל של 72.5 kV, האנרגיה הנדרשת לתפעול מחסום תחתית בריק היא נמוכה באופן משמעותי - בערך 20% מהנדרשת למחסום שקול מ-SF6. הגודל הפיזי של שני סוגי המכשירים הוא דומה.

• yapılandırma של החתך: מעל 145 kV, מחסומים תחתית בריק במתח גבוה עשויים להצריך יותר מחתך אחד בטור, בעוד שטכנולוגיית SF6 הצליחה ליישם מחסומים בחתך בודד עד 550 kV מאז 1994, אשר נמצאים בשימוש נרחב במדינות רבות.

• מאפייני קשת: המתח של הקשת במחסומים תחתית בריק במתח גבוה הרבה יותר נמוך מאשר במחסומים מ-SF6, בדרך כלל נע בין עשרות וולט לעומת מאות וולט ב-SF6. בנוסף, משך הקשת במהלך חיתוך פגיעה קצר יותר בציוד תחתית בריק, עם זמן קשת מינימלי של 5-7 מ"ש בהשוואה ל-10-15 מ"ש במחסומים מ-SF6. זה מוביל למספר גבוה יותר של פעולות חיתוך אפשריות עבור מחסומים תחתית בריק במתח גבוה.

• פליטת קרני X: מחסומים תחתית בריק במתח גבוה עם מתחים מדרגים עד 145 kV פולטים קרני X בתוך הגבול הסטנדרטי של 5 µSv/h בתנאי פעולה נורמליים. מחסומים מ-SF6 אינם פולטים קרני X.

מאפיינים חשמליים

• הפסיקת זרמי פגיעה: מחסומים תחתית בריק במתח גבוה מצטיינים בהפסקת זרמי פגיעה עם שיעורי עלייה מאוד תלולים של מתח השחזור הזמני (TRV) בזכות השחזור הדיאלקטרי המהיר שלהם, שהוא מהיר יותר מאשר במחסומים מ-SF6.

• סטטיסטיקת פיצוץ: בעוד שפערים תחתית בריק באופן תיאורטי הם בעלי מתחים גבוהים מאוד של פיצוץ, ישנה הסתברות קטנה לפיצוץ במתחים נמוכים יחסית. פערים תחתית בריק יכולים גם לחוות פיצוץ מאוחר ספונטני, המתרחש עד כמה מאות מילישניות לאחר הפסקת הזרם. עם זאת, השלכות אירועים כאלה מוגבלות כי הפער תחתית בריק מייד מתייצב מחדש את ההבודדה שלו. המשמעויות של פיצוץ מאוחר עדיין לא מובנות לחלוטין.

• הפעלת מטענים אינדוקטיביים: ביישומים המעורבים מטענים אינדוקטיביים, כגון הפעלת מavana реакторів, HV VCBs маצפים יותר פעמים של הצתות חוזרות בנקודת אפס זרם אחת של תדר הספק. זה נובע מהיכולת של הריק להפסיק זרמים בתדר גבוה שמגיעים אחרי ההצתה. השפעת ההצטות הזמניות הללו על הציוד המתקשר, כגון RC snubbers ומדחמים של תרכובות מתכת-חמצן, נמצאת בחקר.

• הפעלת בנקי קONDENSATORS: בעת הפעלת בנקי קONDENSATORS, חשוב להימנע מזרמי כניסה מאוד גבוהים, שכן הם יכולים להפיג את המאפיינים הדיאלקטיים של מערכת הקשר באמצעות קשתות מקדמות. אתגר זה חל הן על מחסומים תחתית בריק במתח גבוה והן על מחסומים מ-SF6. אסטרטגיות הפחתה כוללות שימוש Реакторы последовательно или управляемое переключение, хотя опыт применения последнего для HV VCBs ограничен.

הלאה ומושג השוק

סקר שנערך בקרב משתמשים בציוד חשמל בלחץ גבוה חשף שהיעדרו של SF6 נתפש כיתרון העיקרי של ציוד תחתית בריק, בתנאי שההבודדה החיצונית היא גם ללא SF6. עם זאת, חוסר ניסיון שירות נרחב ברמות מתח העברה נשאר עצירה משמעותית לאמץ רחב ידיים של מחסומים תחתית בריק במתח גבוה. למרות זאת, היתרונות הסביבתיים והמבצעיים של טכנולוגיית תחתית בריק מובילים לענייניות מתמשכת ולפיתוח בתחום זה.

משתמשים פוטנציאליים של מחסומים תחתית בריק במתח גבוה (HV VCBs) לעיתים קרובות מגלים חששות לגבי ייצור של מתחים גבוהים עקב חיתוך זרם והאפשרות של פליטת קרני X במהלך פעולות חיתוך. אלו הם נושאים קריטיים להährות ותפעול בטוח ואמין של מחסומים תחתית בריק במתח גבוה, במיוחד ככל שהם נמצאים יותר ויותר בשימוש ליישומים של מתח העברה.

פליטת קרני X

עבור מכשירים בחתך בודד, פליטת קרני X מ-HV VCBs עם מתחים מדרגים עד וכולל 145 kV נותרת מתחת לגבול הסטנדרטי של 5 µSv/h בתנאי פעולה נורמליים. מכשירים מרובים מפגינים רמות אפילו נמוכות יותר של פליטת קרני X. זהו נושא חשוב לקיום תקני ובטיחות, שכן הוא מבטיח שה-HV VCBs יכולים להיות מployed ללא סיכון קרינה משמעותי לעובדים או לסביבה.

פרויקטים פיילוטיים

רוב גדול של המשיבים הביע עניין חזק בהחלת פרויקטים פיילוטיים כדי להשיג ניסיון מעשי עם טכנולוגיית HV VCB. פרויקטים כאלה יאפשרו לחברות חשמל ומנצחי מערכת להעריך את הביצועים, האמינות והמאפיינים התפעוליים של HV VCBs בתנאי עולם האמיתי. רשתות מוקפות אדמה מומלצות עבור פרויקטים פיילוטיים אלה, מכיוון שהתנאים ברשתות מתח בינוני אינן תמיד משווים לתנאים ברשתות מתח העברה, במיוחד לגבי תנאי מוקפות אדמה. גישה זו תסייע להבטיח שהניסיונות שנרכשים הם רלוונטיים ומסוגלים ליישום ליישומים של מתח העברה.

סטנדרטיזציה

התקן הנוכחי של IEC למחסומים, IEC 62271-100, מתמקד מאוד בטכנולוגיית חיתוך של SF6, שעשוי לא [&](https://www.iec.ch/) تعالם באופן מלא עם המאפיינים והאתגרים הייחודיים של חיתוך תחתית בריק. לדוגמה, מבחנים שקשים עבור SF6, כגון מבחני פגיעה בקו קצר, עשויים לא להיות קריטיים עבור טכנולוגיית תחתית בריק. לעומת זאת, יישום מתח השחזור הרציף בבדיקות סינתטיות, שהוא פחות רלוונטי עבור SF6, עשוי להיות חשוב יותר להדגמת העדר פיצוץ מאוחר בחתכים תחתית בריק. ככל ש-HV VCBs מקבלים יותר טראקציה, ייתכן שיש צורך לתקן או להוסיף לתקנים קיימים כדי להכיל טוב יותר את טכנולוגיית תחתית בריק.

השלכות טכניות של עיצוב ללא SF6

כאשר SF6 אינו קיים כמדיום הבודדה החיצוני, יש להתחשב בהשלכות טכניות נוספות. לדוגמה, שיטות בידוד אלטרנטיביות עשויות דורשות לחץ גבוה יותר, משקל גדול יותר, טביעת רגל גדולה יותר או שיקולים עיצוביים שונים כדי להבטיח ביצועי בידוד מספיקים. יצרנים חוקרים באופן פעיל את האלטרנטיבות האלה כדי לפתח תחליף מעשי ל-SF6, אבל עד שתכנולוגיה חדשה שתוכל לכסות את כל דרגות המתח תימצא, SF6 כנראה יישאר חיוני ליישומים מסוימים ברשתות העברת מתח גבוה.

מחויבות היצרן

יצרנים מחויבים לפתח ולהציע חלופות תעשייתיות מעשיות לטכנולוגיית SF6. בעוד ש-SF6 היה הגז המבודד הדומיננטי ליישומים במתח גבוה בשל תכונות הדיאלקטיקה מצוינות שלו, ההודעות הסביבתיות הקשורות ל-SF6, במיוחד הפוטנציאל הגבוה של ההתחממות הגלובלית, דrove את החיפוש אחר פתרונות ירוקים יותר. HV VCBs מייצגים פתרון כזה, מציעים חלופה ברתקיימא ליישומים שדורשים חיתוך תכוף ותחזוקה נמוכה. עם זאת, המעבר מ-SF6 יהיהדרגתי, שכן יצרנים ממשיכים לחדש ולהתאים טכנולוגיות חדשות כדי לעמוד בצרכים המגוונים של תעשיית החשמל.