LTB vs DTB vs GIS: Srovnání vysokovoltových spínačů

Základní význam vysokonapěťového spínače spočívá v tom, že za normálních podmínek se používá k otevírání (přerušování, vypínání) a zavírání (vypínání, opětovné připojování) obvodů, vedení nebo specifických zatěžovacích jednotek – jako jsou ty, které jsou napojeny na transformátory nebo kondenzátorové bance. Když dojde k poruše v elektrickém systému, ochranné relé aktivují spínač k přerušení buď zátěžového proudu, nebo krátkozavodného proudu, čímž zajistí bezpečnou operaci elektrického systému. 

Vysokonapěťový spínač je typ vysokonapěťového přepínače – také běžně označovaný jako „vysokonapěťový přepínač“ – a je jedním z klíčových zařízení v podstani. Vzhledem k přísným bezpečnostním požadavkům vysokonapěťových podstaní se však personál obvykle nemůže dostat dovnitř, aby se těmto zařízením přiblížil nebo k nim fyzicky přistoupil. Ve všedním životě obvykle vidíme jen vysokonapěťové přenosové vedení z dálky a zřídka máme možnost pozorovat nebo dotýkat se takových spínačů.

Takže, jak vlastně vypadá vysokonapěťový spínač? Dnes stručně popíšeme běžné klasifikace a strukturní typy spínačů. Na rozdíl od níkonapěťových spínačů, s nimiž se setkáváme v každodenním životě, které obvykle používají pouze vzduch jako prostředek pro uhašení oblouku, vysokonapěťové spínače vyžadují extrémně vysoké výkony v oblasti izolace a přerušování oblouku a proto potřebují speciální prostředky pro uhašení oblouku, aby zajistily elektrotechnickou bezpečnost, integrity izolace a efektivní uhašení oblouku. (Pro více detailů o izolačních prostředcích se prosím odkazujte na naše nadcházející články.)

Existuje dvě hlavní metody klasifikace vysokonapěťových spínačů:

1. Klasifikace podle prostředku pro uhašení oblouku:

(1) Olejové spínače: dále dělené na spínače s hmotným olejem a s minimálním množstvím oleje. V obou případech se kontakty otevírají a zavírají v oleji, který slouží jako prostředek pro uhašení oblouku. Kvůli omezenému výkonu byly tyto typy většinou vyřazeny.

(2) SF₆ nebo ekologické plynové spínače: Používají šestifluorid síry (SF₆) nebo jiné ekologické plyny jako izolační a uhašovací prostředky.

(3) Vakuové spínače: Kontakty se otevírají a zavírají ve vakuu, kde dochází k uhašení oblouku pod vakuovými podmínkami.

(4) Spínače s tuhým uhašovacím materiálem: Používají tuhé uhašovací materiály, které se rozkládají při vysoké teplotě oblouku a produkují plyn, který uhasí oblouk.

(5) Spínače s tlakovým vzduchem: Používají vysokotlaký stlačený vzduch k vyfouknutí oblouku.

(6) Spínače s magnetickým uhašením: Používají magnetické pole ve vzduchu k tomu, aby oblouk vedli do obloukového chodu, kde je roztáhnou, ochladí a uhasí.

Dnes vysokonapěťové spínače primárně používají plyny – jako je SF₆ nebo ekologické alternativy – jako izolační a uhašovací prostředky. V oblasti středního napětí dominují vakuové spínače. Vakuová technologie byla rozšířena i na úroveň 66 kV a 110 kV, kde již byly vyvinuty a nasazeny vakuové spínače.

2. Klasifikace podle místa instalace:

Typy pro vnitřní a venkovní instalaci.

Kromě toho lze vysokonapěťové spínače podle způsobu izolace vůči zemi rozdělit do tří strukturních typů:

1) Spínač s živým tankem (LTB):
Také jednoduše nazývaný LTB. Podle definice je to spínač, u kterého je komora s přerušovačem umístěna v obale izolovaném od země. Strukturálně má návrh s pilířovým izolátorem. Přerušovač je vysokého potenciálu, uzavřený v porcelánovém nebo kompozitním izolátoru a izolován od země pomocí podpěrných izolátorů.

Hlavní výhody: Vyšší napěťové stupně lze dosáhnout propojením více přerušovačových jednotek v řadu a zvýšením výšky podpěrných izolátorů. Je také relativně levný.

Zařízení založená na LTB tvoří vzdušně izolovanou přepážkovou techniku (AIS), a podstany postavené s AIS jsou známé jako AIS podstany. Tyto nabízejí nízkou investici a jednoduchou údržbu, ale vyžadují velké plochy a častou údržbu. Jsou vhodné pro venkovské nebo horské oblasti, kde je dostatek místa, příznivé podmínky a omezené rozpočty.

2) Spínač s mrtvým tankem (DTB):
Také zkráceně DTB. Definován jako spínač, u kterého je komora s přerušovačem uzavřena v zemědělné kovové nádrži. Vodičová cesta je vedena ven přes izolátory.

Klíčovým rozdílem mezi LTB a DTB je zemědělní: v DTB je nádrž v zemědělném potenciálu.

Výhody zahrnují možnost integrovat proudové transformátory (CT) přímo na izolátory, kompaktní strukturu, výrazně menší plochu oproti LTB, lepší odolnost vůči okolním podmínkám (vhodné pro tvrdé podmínky) a nižší těžiště – což vede k lepší seismické odolnosti. Hlavní nevýhoda je vyšší cena.

Přepážková technika založená na DTB je známá jako hybridní plynově izolovaná přepážková technika (HGIS), a výsledná podstana se nazývá HGIS podstana.

3) Úplně uzavřená kombinovaná struktura – plynově izolovaná kovově uzavřená přepážková technika, běžně označovaná jako GIS (Plynově izolovaná přepážková technika) v aplikacích s vysokým napětím. Tento termín zahrnuje takové zařízení obecně. Samotná součást spínače může být také specificky nazvána GCB (Plynově izolovaný spínač).

I když je podobný DTB tím, že přerušovač je uzavřen, GIS se liší tím, že integruje nejen spínač, ale také další klíčové komponenty podstany – včetně odpojovacích přepínačů, zemnících přepínačů, měřicích transformátorů, ochranných přepínačů a sběrných trubek – vše uzavřeno v zemědělné kovové obale plněné stlačeným SF₆ (nebo alternativním izolačním plynem). Připojení k externím povětrovejím vedením se provádí přes izolátory nebo speciální plynové kompartmenty.

Podstany postavené tímto způsobem jsou známé jako GIS podstany (nebo Plynově izolované podstany podle standardů IEEE). GIS je ideální pro městské oblasti, kde je půda drahá, nebo pro klíčové zařízení, jako jsou velké hydroelektrárny nebo jaderné elektrárny, které vyžadují nejvyšší spolehlivost.

Nyní by měly být zřejmé rozdíly mezi typy vysokonapěťových spínačů – LTB, DTB, GCB – a odpovídající konfigurace podstan – AIS, HGIS, GIS.