Typische verschillen tussen SF6- en vacuümschakelkasten in hoogspanning
Vergelijking van vacuüm- en SF6-onderbrekers in hoogspanningsapparatuur
Wanneer het gaat om het onderbreken van foutstromen, vooral die met een zeer steil stijgingspercentage van de tijdelijke herstelspanning (TRV), hebben vacuüm-onderbrekers een aanzienlijk voordeel ten opzichte van SF6 (sulfur hexafluoride) onderbrekers vanwege hun superieure dielectrische herstelkenmerken. Hier is een gedetailleerde vergelijking, inclusief belangrijke verschillen in doorbraakstatistieken, late doorbraakgedrag en prestaties in specifieke toepassingen zoals schakelen van inductieve belastingen en condensatorbanken.
1. Dielectrisch Herstel en Tijdelijke Herstelspanning (TRV)
Vacuüm-Onderbrekers:
Snel Dielectrisch Herstel: Vacuüm-onderbrekers staan bekend om hun uiterst snelle dielectrische herstel, wat cruciaal is bij het omgaan met hoge TRV-rates. Na het onderbreken van de stroom herstelt de vacuümgap snel zijn isolerende eigenschappen, waardoor het zeer effectief is in het afhandelen van steile TRV-omstandigheden.
Superieure Prestaties bij Steile TRV: Deze snelle hersteltijd maakt dat vacuüm-onderbrekers transiënte herstelspanningen met een zeer steil stijgingspercentage effectiever kunnen afhandelen dan SF6-onderbrekers. De snelle herstel van de isolatie minimaliseert het risico op hernieuwde ontbranding tijdens de TRV-fase.
SF6-Onderbrekers:
Traag Dielectrisch Herstel: SF6-onderbrekers, hoewel nog steeds effectief, hebben een langzamer dielectrisch herstel vergeleken met vacuüm-onderbrekers. Dit betekent dat tijdens een steile TRV-gebeurtenis er een hoger risico is op hernieuwde ontbranding of doorbraak voordat de isolatie volledig hersteld is.
Minder Geschikt voor Steile TRV: In toepassingen waarbij de TRV een zeer steil stijgingspercentage heeft, presteren SF6-onderbrekers mogelijk minder goed dan vacuüm-onderbrekers, wat kan leiden tot hogere belasting op de onderbreker en een verhoogd risico op storingen.
2. Doorbraakstatistieken
Vacuüm-Onderbrekers:
Hoge Doorbraakspanning: In principe hebben vacuümgaps een zeer hoge doorbraakspanning, waardoor ze zeer betrouwbaar zijn in de meeste werkomstandigheden.
Kleine Kans op Doorbraak bij Matige Spanning: Ondanks de hoge doorbraakspanning is er nog steeds een zeer kleine kans op doorbraak bij relatief matige spanningen. Echter, deze kans is extreem laag en is in de praktijk doorgaans geen zorg.
SF6-Onderbrekers:
Lage Doorbraakspanning: SF6-gaps hebben doorgaans een lagere doorbraakspanning vergeleken met vacuümgaps, wat betekent dat ze gevoeliger zijn voor doorbraak onder bepaalde omstandigheden.
Beter Voorspelbare Prestaties: Hoewel SF6-onderbrekers een lagere doorbraakspanning hebben, vertonen ze over het algemeen meer voorspelbare en consistente prestaties over een breed scala aan werkomstandigheden.
3. Laatste Doorbraakgedrag
Vacuüm-Onderbrekers:
Spontane Late Doorbraak: Een uniek kenmerk van vacuüm-onderbrekers is dat ze spontane late doorbraken kunnen ervaren, die kunnen optreden tot enkele honderden milliseconden na het onderbreken van de stroom. Dit fenomeen is zeldzaam, maar kan optreden vanwege resterende ionisatie of andere factoren.
Beperkte Gevolgen: De gevolgen van dergelijke late doorbraakevenementen zijn minimaal, omdat de vacuümgap onmiddellijk zijn isolatie herstelt na de doorbraak. Deze zelfherstellende eigenschap zorgt ervoor dat de onderbreker blijft functioneren en veilig is.
SF6-Onderbrekers:
Geen Late Doorbraak: SF6-onderbrekers vertonen geen late doorbraakgedrag, omdat het SF6-gas zich snel de-ioniseert na het onderbreken van de stroom, waardoor de isolatie-eigenschappen van de gap worden hersteld.
4. Prestaties bij Schakelen van Inductieve Belastingen
Vacuüm-Onderbrekers:
Hoger Herstelpercentage: Bij het schakelen van inductieve belastingen, vooral bij het schakelen van parallelreactoren, ervaren vacuüm-onderbrekers significant vaker herhaalde herstellingen bij één netfrequentiestroomnulpunt. Dit is te wijten aan het snelle dielectrische herstel, wat kan leiden tot herstelling als de TRV de capaciteit van de onderbreker overschrijdt.
Afwijkingsstrategieën: Om dit probleem te verminderen, kunnen speciale maatregelen zoals pre-insertion resistors of snubber circuits worden gebruikt om de TRV te beperken en de kans op herstelling te verkleinen.
SF6-Onderbrekers:
Lager Herstelpercentage: SF6-onderbrekers hebben over het algemeen een lager herstelpercentage in toepassingen voor het schakelen van inductieve belastingen. Dit komt doordat het langzamere dielectrische herstel van SF6 een geleidelijk opbouwen van isolatie toelaat, waardoor de kansen op herstelling worden verkleind.
5. Schakelen van Condensatorbanken
Vacuüm-Onderbrekers:
Zorgen over Vooraf Ontlading: Bij het schakelen van condensatorbanken moeten vacuüm-onderbrekers zeer hoge inrush-stromen vermijden. De vooraf ontlading, die kan optreden voordat de contacten volledig sluiten, kan de dielectrische eigenschappen van het contactsysteem verzwakken, wat kan leiden tot mogelijke storingen.
Afwijkingsmaatregelen: Om dit te voorkomen, bevatten vacuüm-schakelapparatuur voor het schakelen van condensatorbanken vaak functies zoals pre-insertion resistors of gecontroleerde sluitmechanismen om de inrush-stroom te beperken en de onderbreker te beschermen.
SF6-Onderbrekers:
Beter Afhandelen van Inrush-Stromen: SF6-onderbrekers zijn over het algemeen beter geschikt voor het schakelen van condensatorbanken, omdat ze hogere inrush-stromen kunnen afhandelen zonder significante dielectrische verzwaring. Dit maakt ze een voorkeurlijke keuze voor toepassingen waar hoge inrush-stromen worden verwacht.
6. Ontwerp van Contactsysteem
De contactsystemen van vacuüm- en SF6-schakelaars verschillen in ontwerp om rekening te houden met hun respectieve werkprincipes:
SF6-Schakelaar (Links):
Het contactsysteem in een SF6-schakelaar is ontworpen om te werken met het gasmedium, wat uitstekende booggas-eigenschappen biedt. De contacten zijn doorgaans groter en robuuster om de hogere stromen en energiedissipatie te hanteren die gepaard gaan met SF6.
Vacuüm-Schakelaar (Rechts):
Het contactsysteem in een vacuüm-schakelaar is eenvoudiger en compacter, aangezien de vacuüm-omgeving uitstekende isolatie- en booggas-eigenschappen biedt. De contacten zijn meestal gemaakt van materialen zoals koper-tungsten legers, die hoge smeltpunten en goede geleidbaarheid hebben.
Conclusie
Samengevat, excelleren vacuüm-onderbrekers in toepassingen met zeer steile tijdelijke herstelspanningen vanwege hun snelle dielectrische herstel, waardoor ze superieur zijn in het afhandelen van hoge TRV-rates. Echter, kunnen ze meer herstellingen ervaren bij het schakelen van inductieve belastingen en vereisen ze zorgvuldig beheer bij het schakelen van condensatorbanken om vooraf ontlading te voorkomen. SF6-onderbrekers daarentegen bieden meer constante prestaties qua doorbraakstatistieken en zijn beter geschikt voor het afhandelen van hoge inrush-stromen, waardoor ze een voorkeurskeuze zijn voor het schakelen van condensatorbanken. De keuze tussen vacuüm- en SF6-onderbrekers hangt af van de specifieke toepassing en het type belasting dat wordt geschakeld.
