高压バキューム回路遮断器の過去と現在の簡単な歴史 申し訳ありません、上記は誤って日本語で翻訳してしまいました。以下が正しい僧伽罗语への翻訳です。 ශීර්ෂ තාපයේ වාකුම් ධාරා අවරෝධක පෙර සහ දැනට පිළිබඳ කෙටි ඉතිහාසය

高压真空断路器：概述

简介

高压真空断路器（HV VCBs）已成为传统SF6气体绝缘断路器的可行替代方案，特别是在需要频繁切换和降低维护成本的应用中。自2014年以来，HV VCBs越来越多地被用作高压气体断路器的替代品，通过消除强温室气体SF6的使用，提供了一种更环保、更可持续的解决方案。

真空开关设备在配电系统中已广泛使用了三十多年，主要用于切断故障电流和各种类型的负载切换。真空开关技术在中压范围（高达52 kV）内的可靠性和性能非常出色，使其在配电系统中占据主导地位。然而，将真空开关技术扩展到输电电压水平的努力始于20世纪60年代，并在1980年左右取得了重要里程碑，当时日本安装了首批高压真空断路器。到2010年，大约有10,000台HV VCBs在运行，主要在工业环境中，但也包括公用事业应用。选择真空技术而不是SF6的主要原因是其能够处理频繁的切换操作并降低维护要求。

在美国，真空电容器组开关已在高达242 kV的电压下使用了几十年。大约在2008年，中国和欧洲开展了密集的研发（R&D）项目，旨在开发HV VCBs，重点是减少或消除SF6的使用。这导致了能够在高达145 kV的电压下运行的产品的推出。在中国，商业应用中HV VCBs的快速采用预计将继续，已有数百台设备在高达126 kV的电压水平上投入运行。在欧洲，正在进行现场测试以验证型式试验设备的性能，然后再进入市场。

技术和设计

所有HV VCB产品都基于经过长期改进的中压真空灭弧室技术。将这项技术扩展到更高电压水平并不需要任何根本性的新技术特征。主要挑战在于扩大灭弧室的几何形状以适应更高的电压等级。例如，直径和接触间隙长度必须增加以处理超过52 kV的电压。在某些情况下，对于超过126 kV的电压，会使用两个串联的真空间隙以确保可靠的运行。

操作特性

• 正常电流处理: 对于高达2,500 A的正常电流，HV VCBs与SF6断路器之间没有显著差异。然而，在HV VCBs中实现更高的电流等级（超过2,500 A）具有挑战性，因为接触结构会产生热量，且灭弧室的热传递能力有限。

• 监测: 在SF6断路器中更容易监测中断介质的质量，因为在服务期间无法实际监测HV VCBs中的真空度。

• 切换操作: 由于真空接触系统的耐电弧性能优越，HV VCBs可以执行比SF6断路器更多的切换操作。这使得真空技术特别适用于需要频繁切换的应用，如日常操作。

• 驱动能量: 在典型的72.5 kV额定值下，真空断路器所需的驱动能量显著较低——约为同等SF6断路器所需能量的20%。两种类型设备的物理尺寸相当。

• 灭弧室配置: 在高于145 kV的情况下，HV VCBs可能需要多个串联的灭弧室，而SF6技术自1994年以来成功实现了单断口断路器，最高可达550 kV，并在许多国家广泛使用。

• 电弧特性: HV VCBs中的电弧电压远低于SF6断路器，通常为数十伏特，而SF6断路器则为数百伏特。此外，在故障切换过程中，真空开关设备中的电弧持续时间较短，最小电弧时间为5-7毫秒，而SF6断路器为10-15毫秒。这使得HV VCBs可以进行更多的切换操作。

• X射线发射: 额定电压高达145 kV的HV VCBs在正常工作条件下发射的X射线在标准化限值5 µSv/h以内。SF6断路器不发射X射线。

电气特性

• 故障电流中断: 由于其快速的介电恢复速度，HV VCBs在中断具有非常陡峭瞬态恢复电压（TRV）上升率的故障电流方面表现出色，其速度比SF6断路器更快。

• 击穿统计: 尽管理论上真空间隙具有很高的击穿电压，但在相对适中的电压下仍存在小概率的击穿。真空间隙还可能发生自发的延迟击穿，这种击穿可能在电流中断后数毫秒内发生。然而，这些事件的后果是有限的，因为真空间隙会立即恢复其绝缘性能。延迟击穿对系统的具体影响尚未完全理解。

• 感性负载切换: 在涉及感性负载（如并联电抗器切换）的应用中，HV VCBs在一次工频电流零点时可能会经历更多的重复重燃。这是由于真空能够中断跟随重燃的高频电流。这些重燃瞬态对相关设备（如RC缓冲器和金属氧化物避雷器）的影响目前正在研究中。

• 电容器组切换: 在切换电容器组时，避免非常高的涌入电流至关重要，因为它们可以通过预击穿电弧降解接触系统的介电性能。这一挑战适用于HV VCBs和SF6断路器。缓解策略包括使用串联电抗器或控制切换，尽管对于HV VCBs而言，后者在现场经验有限。

未来前景和市场认知

一项针对高压开关设备用户的调查显示，如果外部绝缘也是无SF6的，则无SF6被视为真空开关设备的主要优势。然而，缺乏在输电电压水平上的广泛服务经验仍然是HV VCBs广泛采用的重要障碍。尽管如此，真空技术的环境效益和操作优势正在推动该领域的持续兴趣和发展。

高压真空断路器（HV VCBs）的潜在用户经常对由于电流截断引起的过电压生成以及切换操作期间可能产生的X射线发射表示担忧。这些问题对于确保HV VCBs的安全可靠运行至关重要，尤其是在它们越来越多地考虑用于输电电压应用时。

X射线发射

对于单断口设备，额定电压高达145 kV的HV VCBs在正常工作条件下发射的X射线远低于标准化限值5 µSv/h。多断口设备的X射线发射水平甚至更低。这对于符合法规和安全要求非常重要，因为它确保了HV VCBs可以在不造成重大辐射风险的情况下部署。

试点项目

大多数受访者强烈表达了启动试点项目的兴趣，以获得实际的HV VCB技术经验。这些项目将使公用事业和系统运营商能够在实际条件下评估HV VCBs的性能、可靠性和操作特性。建议在这些试点项目中使用牢固接地的网络，因为中压系统中的网络条件并不总是与输电电压网络中的条件可比，特别是关于接地条件。这种方法将有助于确保所获得的经验与输电级应用相关且适用。

标准化

当前的IEC断路器标准IEC 62271-100主要关注SF6切换技术，可能未能充分解决真空切换的独特特性和挑战。例如，对SF6具有挑战性的测试任务（如短线路故障测试）可能对真空技术来说不是那么关键。相反，合成测试中连续恢复电压的应用，对SF6不太相关，但对于证明真空灭弧室内不存在延迟击穿可能更为重要。随着HV VCBs获得更多认可，可能需要修订或补充现有标准，以更好地适应真空技术。

无SF6设计的技术影响

当外部绝缘介质中没有SF6时，必须考虑其他技术影响。例如，替代绝缘方法可能需要更高的压力、更大的重量、更大的占地面积或不同的设计考虑，以确保足够的绝缘性能。制造商正在积极探索这些替代方案，以开发可行的SF6替代品，但直到找到可以覆盖所有电压等级的新技术之前，SF6在某些输电网络应用中仍将是必不可少的。

制造商承诺

制造商致力于开发和提供工业上可行的SF6技术替代品。虽然由于其出色的介电性能，SF6一直是高电压应用中的主导绝缘气体，但与SF6相关的环境问题，特别是其高全球变暖潜力，推动了寻找更绿色解决方案的需求。HV VCBs代表了这样一种解决方案，为需要频繁切换和低维护的应用提供了可持续的替代方案。然而，从SF6的过渡将是渐进的，因为制造商继续创新和改进新技术以满足电力行业的多样化需求。