Breva Storja tal-Illum u t'Għada ta' Vakjuum Breakers b'Voltiġġ Aħħar

High Voltage Vacuum Circuit Breakers: An Overview

Introduzzjoni

Il-brikki ta' dawl tal-vakju kolla (HV VCBs) jidher bħala alternattiv viabili għal brikki ta' dawl tradizzjonali ta' insulazzjoni bi gas SF6, speċjalment f'applikazzjonijiet li rikiedu ħafna tibdil u kosijiet infehriġi żgħar. Minn 2014, il-HV VCBs inkisru l-aħjar bħala alternattiv għal brikki ta' dawl ta' gas ta' voltalta l-aħghar, joffru soluzzjoni iż-żeljen u aktar sustenabbli billi jiġi eliminat l-użu tal-gas SF6, gas potent tal-effett hotha.

It-teknoloġija tas-silġ tad-dawl tal-vakju ġiet uża kbir fil-sistemi ta' distribuzzjoni għal ifrat ta' disinn, prinċipalment għall-ħolqien u sospensjoni ta' korrenti ta' diffa u is-silġ tal-karriġi diversi. Il-affidabilità u l-prestazzjoni tal-teknoloġija tas-silġ tal-vakju fis-silġ medju (sa 52 kV) kienu eċċezzjonali, li qalbu lilha l-dominanza fis-sistemi ta' distribuzzjoni. Imma, il-provvedimenti biex jiġi estens tat-teknoloġija tas-silġ tal-vakju għal livelli ta' voltalta ta' transmissjoni ibdew minn qabel 1960, b'milestones signifikanti reaċt intawn 1980 meta l-ewwel HV VCBs ikku installati f'Japan. Sa 2010, kbir ta' 10,000 HV VCBs kienu fi operazzjoni, prinċipalment f'ambjenti industrjali imma wkoll f'applikazzjonijiet ta' utilitajiet. Il-preferenza għat-teknoloġija tal-vakju fuq il-SF6 kienu motivata mill-aħbilità tagħha biex taffronta operazzjonijiet ta' tibdil frekwenti u l-iktar kosijiet infehriġi żgħar.

Fl-United States, is-silġ tal-banka tal-kondensaturi tas-silġ tal-vakju ġie użat għal ifrat ta' disinn għal voltalti sa 242 kV. Intawn 2008, proġetti intensivi ta' riċerka u svilupp (R&D) f'China u Ewropa avviati biex jagħmlu HV VCBs, bl-obbjettività ta' tneħħix jew tneħħix parziali tal-użu tal-SF6. Dan lwa l-introduzzjoni ta' prodotti kapabili ta' operazzjoni għal voltalti sa 145 kV. F'China, l-adoptazzjoni rapida ta' HV VCBs f'applikazzjonijiet kommerċjali tiġi miġbura, ma' centina ta' unitajiet diġà fi servizz għal livelli ta' voltalta sa 126 kV. F'Ewropa, it-tajjeb tal-kamp kontinwi biex jaġġustifikaw l-prestazzjoni ta' dispożitivi tip-testiwa qabel ma jidħlu s-silġ.

Teknoloġija u Dizajn

Kull prodott ta' HV VCB huwa bsitu għal teknoloġija stabilizzata ta' interrupter tal-vakju tas-silġ medju, li ġiet perfezzjonata sew is-sena. Ma kellux meħtieġ x-xejrin ta' karatteristiċi tekniki ġodda biex tiftaħ din it-teknoloġija għal livelli ta' voltalta akbar. Il-kuljum primarji huwa tas-skalatura tal-ġeometrija tal-interrupter biex tissoddisfa l-iskali ta' voltalta akbar. Pereżempju, id-diametru u l-lunghezza tal-gap tal-kontatt għandhom jiżdiedu biex jiġu affrontati voltalti fuq il-52 kV. F'kazijiet xiexxi, għal voltalti fuq il-126 kV, jintużaw żewġ gaps tal-vakju fis-silġ biex jiġi assicuraw l-operazzjoni affidabbli.

Karatteristiċi Operattivi

• Ħolqien tal-Korrent Normali: Għal korrenti normali sa 2,500 A, m'hemmx differenzi signifikanti bejn il-HV VCBs u brikki ta' dawl SF6. Imma, l-iġġustifikazzjoni ta' ratings ta' korrent akbar (fuq il-2,500 A) fl-HV VCBs hija sfida għalħom għal ġenerazzjoni tal-ħal tal-kontatt strutturali u l-iktar limitata kapabilità tal-heat transfer tal-interrupter.

• Monitoraġġ: Huwa iktar facile biex timonitora l-qualità tal-medium tal-interruption f'brikki ta' dawl SF6, billi l-gradi tal-vakju f'l-HV VCBs ma jistax jiġi monitorat prattikament waqt it-taħriġ.

• Operazzjonijiet tas-Silġ: Il-HV VCBs jistgħu jagħmlu numru akbar ta' operazzjonijiet tas-silġ magħmula mal-brikki ta' dawl SF6 għal l-endurance superjuri tas-sistema tal-kontatt tal-vakju għal arcing. Dan jiġi particolarment attrattiv għal applikazzjonijiet li rikiedu tibdil frekwenti, bħal l-operazzjonijiet ta' kwardini.

• Energija tal-Drive: Għal rating tipiku ta' 72.5 kV, l-enerġija tal-drive neċessarja għal brikki ta' dawl tal-vakju hi signifikantement infehriġi - circa 20% ta' dak neċessarju għal brikki ta' dawl SF6 ekvivalent. Is-sizes fizika ta' l-ewwel u l-iktar tip ta' dispożitivi huma konfrontabbli.

• Configurazzjoni tal-Interrupter: Fuq il-145 kV, il-HV VCBs jistgħu irridu aktar minn interrupter wahed fis-silġ, mentri l-teknoloġija SF6 rreġistra brikki ta' dawl ta' single-break suċċessfulment sa 550 kV minn 1994, li huma użati ampiament f'diversi paesi.

• Caratteristiċi tal-Arc: Il-volt tal-arc f'l-HV VCBs huwa signifikantement infehriġi minn brikki ta' dawl SF6, tipikalment rangi minn decine ta' volts minforsa ta' hundreds of volts f'l-SF6. Inkella, l-durata tal-arc waqt is-silġ tal-fault hija iktar qasira f'silġ tal-vakju, b'tempi minimi ta' arcing ta' 5-7 ms minforsa ta' 10-15 ms għal brikki ta' dawl SF6. Dan jresulta f'numru akbar ta' possibili operazzjonijiet tas-silġ għal HV VCBs.

• Emissjonijiet tal-X-ray: Il-HV VCBs b'voltages rated sa 145 kV jimmettu X-rays f'limit standardizzat ta' 5 µSv/h waqt l-operazzjoni normali. L-brikki ta' dawl SF6 ma jimmettux X-rays.

Karatteristiċi Elettrika

• Interruption tal-Korrent tal-Fault: Il-HV VCBs jispiċċaw f'interruption tal-korrent tal-fault b'rateri ta' risortiment tal-volt ta' transient recovery (TRV) ħafna steep grunx għal dielectric recovery rapid, li hija iktar veloċi minn brikki ta' dawl SF6.

• Statistika tal-Breakdown: While vacuum gaps theoretically have very high breakdown voltages, there is a small probability of breakdown at relatively moderate voltages. Vacuum gaps can also experience spontaneous late breakdown, occurring up to several hundred milliseconds after current interruption. However, the consequences of such events are limited because the vacuum gap immediately restores its insulation. The system implications of late breakdown are not yet fully understood.

• Inductive Load Switching: In applications involving inductive loads, such as shunt reactor switching, HV VCBs tend to experience a higher number of repeated re-ignitions at one power frequency current zero. This is due to the vacuum's ability to interrupt high-frequency currents that follow re-ignition. The effects of these re-ignition transients on interacting apparatus, such as RC snubbers and metal-oxide arresters, are currently under investigation.

• Capacitor Bank Switching: When switching capacitor banks, it is crucial to avoid very high inrush currents, as they can degrade the dielectric properties of the contact system through pre-strike arcs. This challenge applies to both HV VCBs and SF6 circuit breakers. Mitigation strategies include the use of series reactors or controlled switching, though there is limited field experience with the latter for HV VCBs.

Prospects ta' l-Għada u Perċezzjoni tas-Silġ

Is-survey magħmul fuq l-utenti tal-silġ tal-voltalta l-aħghar irrevela li l-assenza tal-SF6 hija vist bħala l-avvantaż primarju tas-silġ tal-vakju, mingħajr ma jkun hemm insulazzjoni esterna anke sfaljiet. Imma, l-assenza ta' esperjenza ta' servizz estensiva għal livelli ta' voltalta ta' transmissjoni tirrimanent esitanza signifikanti għal l-adozione widespread ta' HV VCBs. Nonostante dik, l-avvantaggi ambientali u operattivi tal-teknoloġija tal-vakju qed jiġu motivati l-interess u l-ivvlovv ta' kontinwa f'dan il-qasam.

L-utenti potenziali tal-brikki ta' dawl tal-vakju ta' voltalta l-aħghar (HV VCBs) sovent jirreġġunu preokkupazzjonijiet dwar l-ġenerazzjoni ta' overvoltages għal current chopping u l-possibilità ta' emissjonijiet tal-X-ray waqt l-operazzjonijiet tas-silġ. Dawn l-is-suġġett huwa kritiku għal l-assigurazzjoni ta' operazzjoni sigura u affidabbli tal-HV VCBs, speċjalment waqt li jkunu ikonsiderati aktar għal applikazzjonijiet ta' voltalta ta' transmissjoni.

Emissjonijiet tal-X-ray

Għad-dispożitivi ta' single-break, l-emissjonijiet tal-X-ray minn HV VCBs b'voltages rated sa u inkluż 145 kV jiġu mmexxa mhux tnejn fuq il-limit standardizzat ta' 5 µSv/h waqt l-operazzjoni normali. Id-dispożitivi ta' multiple-break jirreġistraw livelli akbar ta' emissjonijiet tal-X-ray. Dan huwa konsiderazzjoni importanti għal compliance regolatorja u sigurtà, billi jassigura li l-HV VCBs jistgħu jiġu deployta sensa li jiġu preżenti riski signifikanti ta' radijazzjoni għal personel jew l-ambjent.

Pilot Projects

A large majority of respondents expressed a strong interest in initiating pilot projects to gain practical experience with HV VCB technology. Such projects would allow utilities and system operators to evaluate the performance, reliability, and operational characteristics of HV VCBs in real-world conditions. Solidly earthed networks are recommended for these pilot projects, as the network conditions in medium voltage systems are not always comparable to those in transmission voltage networks, particularly regarding earthing conditions. This approach will help ensure that the experiences gained are relevant and applicable to transmission-level applications.

Standardization

Il-standard attuale tal-circuit breaker IEC, IEC 62271-100, għandu focus fort fuq teknoloġija ta' silġ SF6, li jista' jkun mhux tnejn tnejn jindirizza l-karatteristiċi unikali u l-sfidi tal-teknoloġija tal-vakju. Pereżempju, test duties li huma challenging għal SF6, bħal short-line fault tests, jistgħu ma jkunu mhux tnejn tnejn kritici għal teknoloġija tal-vakju. Konversament, l-applicazzjoni ta' continuous recovery voltage fis-sintetiċi testing, li huwa iktar relevanti għal SF6, jista' jkun aktar importanti biex jidmostraw l-assenza ta' late breakdown fi vacuum interrupters. Waqt li l-HV VCBs jiġu ikkonsegwu akbar traction, jista' tkun hemm bisogna li jkun revistu jew supplementat il-standards eżistenti biex jiġu aċkomodati aktar b'effiċjenza l-teknoloġija tal-vakju.

Technical Implications of SF6-Free Design

Meta l-SF6 jkun absent bħala medium ta' insulazzjoni estern, oħra teknika implicaġjonijiet għandhom jiġu kunsiderati. Pereżempju, metodi alternativi ta' insulazzjoni jistgħu jirridu pressjoni akbar, pes tnejn, footprint akbar, jew konsiderazzjonijiet differenti ta' dizajn biex jissikuru l-prestazzjoni adekvata ta' insulazzjoni. Il-manufacturers huma attivament qed jiġboru dan l-alternativi biex jiġu sviluppats replacements viabili għal SF6, imma sakemm jittrova teknoloġija ġdida li tista' tikkovertu kull ratings ta' voltalta, l-SF6 se jirrimanent essenzjali għal dawn l-applikazzjonijiet ta' reti ta' transmissjoni.

Commitment tal-Manufacturers

Il-manufacturers huma impegnati biex jiġu sviluppats u jiddiventer disponibbli alternatives industrially viable għal teknoloġija SF6. Waqt li l-SF6 kien dominant insulating gas għal applikazzjonijiet ta' voltalta l-aħghar għal l-egreggi proprijietà dielectric tiegħu, l-preoccupazzjonijiet ambientali assosjati mal-SF6, speċjalment l-alta global warming potential tiegħu, ġew motivati l-ġest ta' soluzzjonijiet iż-żeljen. Il-HV VCBs jirrapresentaw waħda minn dawn il-soluzzjonijiet, joffru alternative sustenabbli għal applikazzjonijiet li rikiedu tibdil frekwenti u kosijiet infehriġi żgħar. Imma, il-transition minn l-SF6 ser ikun gradwali, waqt li l-manufacturers jisseguw innovating u refining teknoloġiji ġodda biex jisodisfaw l-needs diversi tal-industria tal-elettricità.