Yüksek Gerilimli Vakum Kesicilerin Geçmişi ve Şimdiki Durumu Kısa Tarihi
Yüksek Gerilimli Vakum Kesici Anahtarlar: Genel Bir Bakış
Giriş
Yüksek gerilimli vakum kesici anahtarlar (YGVKA), özellikle sık kapama ve düşük bakım maliyetleri kritik olan uygulamalarda, geleneksel SF6 gaz yalıtımı ile donatılmış kesici anahtarlara bir alternatif olarak öne çıkmıştır. 2014 yılından bu yana, YGVKA'lar yüksek gerilimli gazlı kesici anahtarlara bir alternatif olarak giderek daha fazla benimsenmiştir ve güçlü sera gazı olan SF6'nın kullanımı ortadan kaldırarak daha yeşil ve sürdürülebilir bir çözüm sunmaktadır.
Vakum anahtar ekipmanları, çeşitli tür yüklerin kapama ve açma işlemlerini yapmak ve hata akımlarını kesmek için dağıtım sistemlerinde üç on yıl boyunca yoğun şekilde kullanılmıştır. Orta gerilim aralığındaki (52 kV'ye kadar) vakum kapama teknolojisinin güvenilirliği ve performansı olağanüstü olmuştur, bu da dağıtım sistemlerinde hakimiyet kurmasına yol açmıştır. Ancak, vakum kapama teknolojisini iletim gerilimi seviyelerine genişletme çabaları 1960'lardan itibaren başlamıştır ve 1980 civarında Japonya'da ilk yüksek gerilimli vakum kesici anahtarların kurulumuyla önemli kilometre taşları atılmıştır. 2010 yılına gelindiğinde yaklaşık 10.000 YGVKA, çoğunlukla endüstriyel ama aynı zamanda da elektrik kuruluşu uygulamalarında faaliyet gösteriyordu. Vakum teknolojisi üzerinde SF6'ya tercih edilmesi, sık kapama işlemleri ile başa çıkma yeteneği ve daha düşük bakım gereksinimleri nedeniyledir.
Amerika Birleşik Devletleri'nde, vakum kondansatör bankası anahtarları, 242 kV'ye kadar voltajlarda birkaç on yıl boyunca kullanılmıştır. 2008 civarında, Çin ve Avrupa'da yoğun araştırma ve geliştirme (A&G) programları, SF6 kullanımını azaltma veya ortadan kaldırma odaklı YGVKA geliştirmeyi amaçlamıştır. Bu, 145 kV'ye kadar voltajda çalışan ürünlerin piyasaya sürülmesine yol açmıştır. Çin'de, ticari uygulamalarda YGVKA'ların hızlı benimsenmesi devam etmesi bekleniyor ve 126 kV'ye kadar voltaj seviyelerinde yüzlerce birim hizmette bulunmaktadır. Avrupa'da, tip test edilmiş cihazların piyasaya sürülmeden önce performanslarının doğrulanması amacıyla alan testleri devam etmektedir.
Teknoloji ve Tasarım
Tüm YGVKA ürünleri, yıllar boyunca iyileştirilen iyi bilinen orta gerilimli vakum kesme teknolojisine dayanmaktadır. Bu teknolojinin daha yüksek gerilim seviyelerine genişletilmesi için temel olarak yeni teknik özellikler gerekmemiştir. Temel zorluk, kesicinin geometrisinin daha yüksek gerilim derecelerini karşılayacak şekilde ölçeklendirilmesindedir. Örneğin, 52 kV'den yüksek voltajları işlemek için çap ve temas boşluğu uzunluğu artırılmalıdır. Bazı durumlarda, 126 kV'den yüksek voltajlar için güvenli işlemi sağlamak için seri halinde iki vakum boşluğu kullanılabilir.
İşlem Özellikleri
Normal Akım İşlemesi: 2.500 A'ya kadar normal akımlar için, YGVKA'lar ve SF6 kesici anahtarlars arasında önemli farklılıklar yoktur. Ancak, YGVKA'lar'da daha yüksek akım dereceleri (2.500 A'nın üstünde) ulaşılması, temas yapısından kaynaklanan ısı üretiminin ve kesicinin sınırlı ısı aktarım yeteneğinin neden olduğu zorluklar nedeniyle zordur.
İzleme: SF6 kesici anahtarlarında kesme ortamının kalitesini izlemek daha kolaydır, çünkü YGVKA'lar'da vakum derecesi hizmet sırasında pratik olarak izlenemez.
Kapama İşlemleri: YGVKA'lar, vakum temas sisteminin ark oluşuma karşı üstün dayanıklılığı nedeniyle, SF6 kesici anahtarlara göre daha fazla kapama işlemi gerçekleştirebilir. Bu, günlük işlemler gibi sık kapama gerektiren uygulamalar için vakum teknolojisini özellikle çekici hale getirir.
Sürücü Enerjisi: Tipik 72.5 kV derecelendirmesinde, vakum kesici anahtarı için gereken sürücü enerjisi, eşdeğer SF6 kesici anahtarı için gereken enerjinin yaklaşık %20'sidir. İki tür cihazın fiziksel boyutları benzerdir.
Kesici Yapılandırması: 145 kV'nin üzerinde, YGVKA'lar seride birden fazla kesici gerektirebilir, ancak SF6 teknolojisi 1994'ten beri birçok ülkede yaygın olarak kullanılan 550 kV'ye kadar tek kesme kesici anahtarları başarıyla uygulamıştır.
Ark Özellikleri: YGVKA'lar'da ark gerilimi, genellikle onlarca volt aralığında olup, SF6 kesici anahtarlardaki yüzlerce volttan çok düşüktür. Ayrıca, hata kapama sırasında vakum anahtar ekipmanındaki ark süresi, SF6 kesici anahtarlardaki 10-15 ms'ye kıyasla 5-7 ms arasıdır. Bu, YGVKA'lar için daha fazla kapama işlemi sayısına yol açar.
Röntgen Işınları Emisyonu: 145 kV'ye kadar nominal voltajlı YGVKA'lar, normal çalışma koşullarında standartlaştırılmış 5 µSv/saat limiti içinde röntgen ışınları emitteder. SF6 kesici anahtarlardan röntgen ışınları emitt edilmez.
Elektriksel Özellikler
Hata Akımı Kesme: YGVKA'lar, geçici kurtarma geriliminin (GKG) çok dik yükselişi oranlarına sahip hata akımlarını kesmekte ustalaşmıştır, çünkü dieliksel kurtarma hızı, SF6 kesici anahtarlardan daha hızlıdır.
Kırılma İstatistikleri: Teorik olarak vakum boşluklarının çok yüksek kırılma gerilimleri vardır, ancak nispeten orta düzeyde voltajlarda küçük bir kırılma olasılığı vardır. Vakum boşlukları ayrıca, akım kesildikten birkaç yüz milisaniye sonra gerçekleşebilecek kendiliğinden geç kırılmalar deneyimleyebilir. Ancak, bu olayların sonuçları sınırlıdır, çünkü vakum boşluğu hemen yalıtımını tekrar sağlar. Geç kırılmanın sistem üzerindeki etkileri henüz tam olarak anlaşılmamıştır.
Endüktif Yük Kapama: Şunt reaktör kapama gibi indüktif yükler içeren uygulamalarda, YGVKA'lar, yeniden yakalamanın ardından gelen yüksek frekanslı akımları kesme yeteneği nedeniyle, bir güç frekansı akım sıfırında daha fazla tekrarlı yeniden yakalama deneyimleyebilir. Bu yeniden yakalama geçişlerinin RC snubberler ve metal oksit tutucular gibi etkileşimli ekipmanlar üzerindeki etkileri şu anda incelenmektedir.
Kondansatör Bankası Kapama: Kondansatör bankalarını kapamada, yüksek giriş akımlarından kaçınmak önemlidir, çünkü bunlar, ön yakalama arklarından dolayı temas sisteminin dielektrik özelliklerini bozabilir. Bu zorluk hem YGVKA'lar hem de SF6 kesici anahtarlara uygundur. Azaltma stratejileri arasında seri reaktörler veya kontrolsüz kapama kullanılabilir, ancak sonuncu için YGVKA'lar için sınırlı alan deneyimi bulunmaktadır.
Gelecek Perspektifleri ve Pazar Algısı
Yüksek gerilimli anahtar ekipmanları kullanıcıları arasında yapılan bir ankette, dış yalıtımın da SF6'sız olması koşuluyla, SF6'sız olması vakum anahtar ekipmanlarının en büyük avantajı olarak görülüyor. Ancak, iletim gerilimi seviyelerinde geniş kapsamlı hizmet deneyiminin olmaması, YGVKA'ların yaygın benimsenmesi için önemli bir tereddüt kaynağı olmaktadır. Buna rağmen, vakum teknolojisinin çevresel faydaları ve operasyonel avantajları, bu alandaki ilgi ve gelişmeye devam etmekte olan itici güçtür.
Yüksek gerilimli vakum kesici anahtarları (YGVKA) potansiyel kullanıcıları, akım koparmadan kaynaklanan aşırı gerilimlerin oluşması ve kapama işlemlerinde X-ışın emisyonu olasılığı konusunda sık sık endişeler dile getirir. Bu sorunlar, özellikle YGVKA'ların iletim gerilimi uygulamaları için giderek daha fazla düşünüldükçe, güvenli ve güvenilir işlemi sağlamak açısından kritiktir.
X-ışın Emisyonu
Tek kesme cihazlar için, 145 kV'ye kadar nominal voltajlı YGVKA'lar, normal çalışma koşullarında standartlaştırılmış 5 µSv/saat limitinin oldukça altında X-ışın emitteder. Çoklu kesme cihazlar ise daha düşük düzeyde X-ışın emisyonu gösterir. Bu, düzenleyici uyumluluk ve güvenlik açısından önemlidir, çünkü YGVKA'ların kişisel veya çevre için önemli radyasyon riskleri oluşturmadan dağıtılabileceğini sağlar.
Pilot Projeler
Birçoğu yanıtladı, YGVKA teknolojisi ile ilgili pratik deneyim kazanmak için pilot projeler başlatma konusunda güçlü bir ilgi ifade etti. Bu projeler, elektrik kuruluşları ve sistem operatörlerinin YGVKA'ların gerçek dünya koşullarında performans, güvenilirlik ve operasyonel özelliklerini değerlendirmelerine olanak tanıyacaktır. Pilot projeler için sağlam topraklanmış ağlar önerilmektedir, çünkü orta gerilim sistemlerindeki ağ koşulları, özellikle topraklama koşulları konusunda iletim gerilimi ağlarına her zaman karşılaştırılamaz. Bu yaklaşım, elde edilen deneyimlerin iletim seviyesi uygulamaları için ilgili ve uygulanabilir olmasını sağlayacaktır.
Standartlaşma
Mevcut IEC kesici anahtar standardı, IEC 62271-100, SF6 kapama teknolojisine odaklanmaktadır, bu nedenle vakum kapama teknolojisinin benzersiz özellikleri ve zorluklarını tam olarak ele almayabilir. Örneğin, kısa hat hatası testleri gibi SF6 için zorlu olan test görevleri, vakum teknolojisi için o kadar kritik olmayabilir. Tersine, sentetik testlerde sürekli kurtarma geriliminin uygulanması, SF6 için daha az ilgili olabilir, ancak vakum kesicilerde geç kırılmanın olmadığını göstermek için daha önemlidir. YGVKA'lar daha fazla benimsendiğinde, mevcut standartların vakum teknolojisini daha iyi karşılayacak şekilde gözden geçirilmesi veya takviye edilmesi gerekebilir.
SF6'sız Tasarımın Teknik Sonuçları
Dış yalıtım olarak SF6 bulunmadığında, diğer teknik sonuçlar dikkate alınmalıdır. Örneğin, alternatif yalıtım yöntemleri, yeterli yalıtım performansını sağlamak için daha yüksek basınç, artan ağırlık, daha büyük ayak izi veya farklı tasarım göz önünde bulundurmalarını gerektirebilir. Üreticiler, SF6 için uygun alternatifler geliştirmek üzere bu alternatifleri aktif olarak araştırmaktadır, ancak tüm gerilim derecelerini kapsayacak yeni bir teknoloji bulunana kadar, belirli iletim ağı uygulamaları için SF6 muhtemelen gerekli kalacaktır.
Üretici Taahhüdü
Üreticiler, SF6 teknolojisine endüstriyel olarak uygun alternatifler geliştirmeye ve piyasaya sürmeye taahhüt edilmiştir. SF6, mükemmel dielektrik özellikleri nedeniyle yüksek gerilim uygulamaları için hakim yalıtım gazı olmuştur, ancak SF6 ile ilgili çevresel endişeler, özellikle yüksek küresel ısınma potansiyeli, daha yeşil çözümlerin aranmasına yol açmıştır. YGVKA'lar, sık kapama ve düşük bakım gerektiren uygulamalar için böyle bir çözümdür. Ancak, SF6'dan uzaklaşma, üreticilerin yeni teknolojileri inovasyonunu ve iyileştirmesini sürdürdüğü için graduel olacaktır, böylece enerji sektörünün çeşitli ihtiyaçlarını karşılayacak olacaktır.
