LTB vs DTB vs GIS: Sammenligning af højspændingsbrytere

Den grundlæggende betydning af en højspændingsbryder er, kort sagt, at under normale forhold bruges den til at åbne (afbryde, trippe) og lukke (slutte, genlukke) kredsløb, forsyningslinjer eller specifikke belastninger – såsom dem, der er forbundet med transformatorer eller kondensatorbanker. Når der opstår en fejl i strømsystemet, aktiverer beskyttelsesrelæ bryderen for at afbryde enten belastningsstrøm eller kortslutningsstrøm, hvilket sikrer sikkert drift af strømsystemet. 

En højspændingsbryder er en type højspændingskontaktskifter – også ofte omtalt som en "højspændingsskifter" – og er et af de vigtigste udstyr i en understation. Pga. strenge sikkerhedskrav i højspændingsunderstationer kan personale generelt ikke komme ind i understationen for at nærme sig eller fysisk røre ved disse enheder. I dagligdagen ser man normalt kun højspændingsforsyningslinjer på afstand og har sjældent mulighed for at se eller røre sådanne skiftere.

Så, hvordan ser en højspændingsbryder egentlig ud? I dag vil vi kort gennemgå de almindelige klassificeringer og strukturtyper af brydere. I modsætning til lavspændingskrydsere, vi støder på i hverdagen, som typisk kun bruger luft som bukslukningsmedium, kræver højspændingsbrydere ekstremt høj ydeevne i forhold til isolation og buksafbrydelse, og derfor kræver specielle bukslukningsmedier for at sikre elektrisk sikkerhed, isolationsintegritet og effektiv buksudslukning. (For flere detaljer om isoleringsmedier, se venligst vores kommende artikler.)

Der findes to hovedklassificeringsmetoder for højspændingsbrydere:

1. Klassificering efter bukslukningsmedium:

(1) Oliebrydere: Yderligere inddelt i bulk-olie- og minimum-olietyper. I begge åbnes og lukkes kontakter i olie, hvorved transformerolie anvendes som bukslukningsmedium. På grund af begrænset ydeevne er disse typer for størstedel udfaset.

(2) SF₆ eller miljøvenlige gasbrydere: Bruger svovlhexafluorid (SF₆) eller andre miljøvenlige gasser som både isolerings- og bukslukningsmedier.

(3) Vakuum-brydere: Kontakter åbnes og lukkes i et vakuum, hvor buksudslukning foregår under vakuumforhold.

(4) Solid-bukslukningsbrydere: Anvender solide bukslukningsmaterialer, der opdeltes under høj temperatur fra en buks, producerer gas til at slukke buksen.

(5) Komprimeret-luft-brydere: Bruger højtryk komprimeret luft til at blæse buksen ud.

(6) Magnetisk-blæsende brydere: Bruger et magnetfelt i luften til at drev buksen ind i en bukskanal, hvor den strækkes, køles ned og slukkes.

I dag bruger højspændingsbrydere primært gasser – som SF₆ eller miljøvenlige alternativer – som både isolerings- og bukslukningsmedier. I mellemspændingsområdet dominerer vakuum-brydere markedet. Vakuumteknologi er endda blevet udvidet til spændinger på 66 kV og 110 kV, hvor vakuum-brydere allerede er udviklet og installeret.

2. Klassificering efter installationsplads:

Indendørs-type og udenforstype.

Yderligere kan højspændingsbrydere, baseret på isoleringsmetoden i forhold til jorden, inddeles i tre strukturtyper:

1) Live-Tank Circuit Breaker (LTB):
Også simpelthen kaldet LTB. Som defineret, er dette en bryder, hvor afbrydelseskammeret er indkapslet i en omslutning, der er isoleret fra jorden. Strukturelt har den en posttype isolator-design. Afbryderen er på høj potentiel, indkapslet i porcelæn eller kompositisolator, og isoleret fra jorden via støtteisolatorer.

Vigtige fordele: Højere spændingsklasse kan opnås ved at forbinde flere afbryderenheder i serie og øge højden af støtteisolatorerne. Det er også relativt lavprist.

Udstyr baseret på LTB danner Luft-isoleret Skifter (AIS), og understationer bygget med AIS kaldes AIS-understationer. Disse tilbyder lav investering og enkel vedligeholdelse, men kræver stor arealanvendelse og hyppig vedligeholdelse. De er velegnet til landlige eller bjergområder, hvor der er masser af plads, miljøforholdene er gunstige, og budgetter er begrænsede.

2) Dead-Tank Circuit Breaker (DTB):
Også forkortet DTB. Defineret som en bryder, hvor afbrydelseskammeret er indkapslet i en jordet metalbeholder. Den ledende vej føres ud gennem bushinger.

Det afgørende forskel mellem LTB og DTB ligger i jordning: i DTB er beholderen på jordpotentiel.

Fordele inkluderer muligheden for at integrere strømtransformatorer (CTs) direkte på bushinger, kompakt struktur, markant reduceret fodprint sammenlignet med LTB, bedre modstandsdygtighed over for miljø (velegnet til hårde forhold) og lavere tyngdepunkt – hvilket resulterer i bedre jordskælvsmæssig ydeevne. Den hovedmæssige ulempe er højere kostnad.

Skifter baseret på DTB kaldes Hybrid Gas-Isoleret Skifter (HGIS), og den resulterende understation kaldes en HGIS-understation.

3) Fuldt Indkapslet Kombineret Struktur – Gas-Isoleret Metalindkapslet Skifter, ofte omtalt som GIS (Gas-Isoleret Skifter) i højspændingsapplikationer. Dette term dækker bredt over sådant udstyr. Bryderekomponenten selv kan også specifikt kaldes GCB (Gas-Isoleret Bryder).

Selvom lignende DTB, hvor afbryderen er indkapslet, adskiller GIS sig ved, at den integrerer ikke blot bryderen, men også andre nødvendige understationskomponenter – herunder skiftere, jordningskrydser, måletransformatorer, overslagsbeskyttelser og busbarer – alle sigtede ind i en jordet metalbeholder fyldt med pressuriseret SF₆ (eller alternativ isoleringsgas). Forbindelser til eksterne overledninger sker gennem bushinger eller dedikerede gasafdelinger.

Understationer bygget på denne måde kaldes GIS-understationer (eller Gas-Isoleret Understationer ifølge IEEE-standarder). GIS er ideelt til byområder, hvor land er dyrt, eller for vigtige anlæg som store vandkraft- eller atomkraftværker, der kræver ultra-høj pålidelighed.

Nu burde forskellene mellem højspændingsbrydere – LTB, DTB, GCB – og de tilsvarende understationskonfigurationer – AIS, HGIS, GIS – være klare.