Типичные различия между коммутационным оборудованием с SF6 и вакуумным коммутационным оборудованием при высоком напряжении
Сравнение вакуумных и SF6-выключателей в высоковольтном оборудовании
Когда речь идет о прерывании токов короткого замыкания, особенно тех, которые связаны с очень быстрым возрастанием переходного восстановительного напряжения (TRV), вакуумные выключатели имеют значительное преимущество над SF6 (гексафторид серы) выключателями благодаря своим лучшим диэлектрическим характеристикам восстановления. Вот подробное сравнение, включающее ключевые различия в статистике пробоя, поведении позднего пробоя и производительности в специфических приложениях, таких как переключение индуктивных нагрузок и конденсаторных батарей.
1. Диэлектрическое восстановление и переходное восстановительное напряжение (TRV)
Вакуумные выключатели:
Быстрое диэлектрическое восстановление: Вакуумные выключатели известны своей крайне быстрой диэлектрической восстановляемостью, что критически важно при работе с высокими скоростями TRV. После прерывания тока вакуумный зазор быстро восстанавливает свои изоляционные свойства, делая его высокоэффективным при работе с крутыми условиями TRV.
Превосходная производительность при крутом TRV: Благодаря быстрому времени восстановления вакуумные выключатели эффективнее справляются с переходными восстановительными напряжениями, имеющими очень быстрый темп нарастания, чем SF6-выключатели. Быстрое восстановление изоляции минимизирует риск повторного возгорания во время фазы TRV.
SF6-выключатели:
Медленное диэлектрическое восстановление: Хотя SF6-выключатели все еще эффективны, их диэлектрическое восстановление происходит медленнее, чем у вакуумных выключателей. Это означает, что при крутом событии TRV существует более высокий риск повторного возгорания или пробоя до полного восстановления изоляции.
Менее подходят для крутонарастающего TRV: В приложениях, где TRV имеет очень быстрый темп нарастания, SF6-выключатели могут не справляться так же хорошо, как вакуумные выключатели, что может привести к большему напряжению на выключатель и увеличению риска отказа.
2. Статистика пробоя
Вакуумные выключатели:
Высокое напряжение пробоя: Принципиально, вакуумные зазоры имеют очень высокое напряжение пробоя, что делает их очень надежными в большинстве условий эксплуатации.
Низкая вероятность пробоя при умеренном напряжении: Несмотря на высокое напряжение пробоя, существует очень низкая вероятность пробоя при относительно умеренных напряжениях. Однако эта вероятность крайне мала и обычно не является проблемой в практических приложениях.
SF6-выключатели:
Низкое напряжение пробоя: Зазоры SF6 обычно имеют более низкое напряжение пробоя по сравнению с вакуумными зазорами, что означает, что они более подвержены пробою в определенных условиях.
Более предсказуемая производительность: Хотя SF6-выключатели могут иметь более низкое напряжение пробоя, они, как правило, демонстрируют более предсказуемую и стабильную производительность в широком диапазоне условий эксплуатации.
3. Поведение при позднем пробое
Вакуумные выключатели:
Спонтанный поздний пробой: Одной из уникальных характеристик вакуумных выключателей является возможность спонтанного позднего пробоя, который может произойти через несколько сотен миллисекунд после прерывания тока. Этот феномен редок, но может происходить из-за остаточной ионизации или других факторов.
Ограниченные последствия: Последствия таких поздних пробоев минимальны, поскольку вакуумный зазор немедленно восстанавливает свою изоляцию после пробоя. Это самоисцеляющее свойство обеспечивает, что выключатель остается функциональным и безопасным.
SF6-выключатели:
Отсутствие позднего пробоя: SF6-выключатели не демонстрируют поведения позднего пробоя, так как газ SF6 быстро деионизируется после прерывания тока, восстанавливая изоляционные свойства зазора.
4. Производительность при переключении индуктивных нагрузок
Вакуумные выключатели:
Более высокая частота повторного возгорания: При переключении индуктивных нагрузок, особенно при переключении шунтирующих реакторов, вакуумные выключатели склонны к значительно большему числу повторных возгораний на одном нулевом уровне тока промышленной частоты. Это связано с быстрым диэлектрическим восстановлением, которое может привести к повторному возгоранию, если TRV превышает возможности выключателя.
Меры по снижению риска: Для снижения этого риска могут использоваться специальные меры, такие как резисторы предварительного включения или снабберные цепи, чтобы ограничить TRV и снизить вероятность повторного возгорания.
SF6-выключатели:
Низкая частота повторного возгорания: SF6-выключатели, как правило, имеют более низкую частоту повторного возгорания при переключении индуктивных нагрузок. Это связано с тем, что более медленное диэлектрическое восстановление SF6 позволяет постепенно восстанавливать изоляцию, снижая вероятность повторного возгорания.
5. Переключение конденсаторных батарей
Вакуумные выключатели:
Проблемы с дугой предварительного пробоя: При переключении конденсаторных батарей вакуумные выключатели должны избегать очень высоких всплесков тока. Дуга предварительного пробоя, которая может возникнуть до полного закрытия контактов, может ухудшить диэлектрические свойства контактной системы, что может привести к потенциальным отказам.
Меры по снижению риска: Чтобы предотвратить это, вакуумное оборудование для переключения конденсаторных батарей часто включает в себя функции, такие как резисторы предварительного включения или управляемые механизмы закрытия, чтобы ограничить всплеск тока и защитить выключатель.
SF6-выключатели:
Лучшая обработка всплесков тока: SF6-выключатели, как правило, лучше подходят для переключения конденсаторных батарей, так как они могут обрабатывать более высокие всплески тока без значительного ухудшения диэлектрических свойств. Это делает их предпочтительным выбором для приложений, где ожидаются высокие всплески тока.
6. Дизайн контактной системы
Контактные системы вакуумных и SF6-выключателей различаются по дизайну, чтобы соответствовать их принципам работы:
SF6-выключатель (слева):
Контактная система в SF6-выключателе разработана для работы с газовой средой, которая обеспечивает отличные свойства гашения дуги. Контакты, как правило, больше и прочнее, чтобы справляться с более высокими токами и рассеиванием энергии, связанными с SF6.
Вакуумный выключатель (справа):
Контактная система вакуумного выключателя проще и компактнее, так как вакуумная среда обеспечивает отличную изоляцию и свойства гашения дуги. Контакты обычно изготавливаются из материалов, таких как медно-вольфрамовые сплавы, которые имеют высокие точки плавления и хорошую проводимость.
Заключение
В заключение, вакуумные выключатели превосходят в приложениях с очень крутым переходным восстановительным напряжением благодаря своему быстрому диэлектрическому восстановлению, что делает их превосходными в работе с высокими скоростями TRV. Однако они могут испытывать больше повторных возгораний при переключении индуктивных нагрузок и требуют тщательного управления при переключении конденсаторных батарей, чтобы избежать дуг предварительного пробоя. С другой стороны, SF6-выключатели предлагают более стабильную производительность в плане статистики пробоя и лучше подходят для обработки высоких всплесков тока, что делает их предпочтительным выбором для переключения конденсаторных батарей. Выбор между вакуумными и SF6-выключателями зависит от конкретного применения и типа переключаемой нагрузки.
