LTB vs DTB vs GIS: Σύγκριση υψηλής τάσης παρακόπτων

Η βασική έννοια ενός υψηλής τάσης αναπτύγματος, με απλές λέξεις, είναι ότι υπό κανονικές συνθήκες, χρησιμοποιείται για να ανοίγει (διακόπτει, τρίπτει) και να κλείνει (επαναφέρει) περιβάλλοντα, γραμμές εφοδιασμού ή συγκεκριμένες φορτίες - όπως εκείνες που συνδέονται με τρανσφορμάτορες ή τάξεις κατασταλτήρων. Όταν παρουσιάζεται σφάλμα στο σύστημα ενέργειας, τα προστατευτικά ρελέ ενεργοποιούν το αναπτύγμα για να διακόψουν το ρεύμα φορτίου ή το ρεύμα σύντομης σύνδεσης, διασφαλίζοντας έτσι την ασφαλή λειτουργία του συστήματος ενέργειας.

Ένα αναπτύγμα υψηλής τάσης είναι ένα είδος υψηλής τάσης στροφορέα - που επίσης είναι συνηθισμένο να αναφέρεται ως "υψηλής τάσης στροφορέα" - και είναι ένα από τα κλειδί εξοπλισμού σε μια υποσταθμό. Ωστόσο, λόγω των αυστηρών απαιτήσεων ασφαλείας των υποσταθμών υψηλής τάσης, το προσωπικό συνήθως δεν μπορεί να εισέλθει στην υποσταθμό για να πλησιάσει ή να έχει φυσική πρόσβαση σε αυτά τα συστήματα. Στην καθημερινή ζωή, συνήθως βλέπουμε μόνο από μακριά τις γραμμές υψηλής τάσης και σπάνια έχουμε τη δυνατότητα να παρατηρήσουμε ή να αγγίξουμε τέτοια στροφορέα.

Τότε, πώς είναι στην πραγματικότητα ένα αναπτύγμα υψηλής τάσης; Σήμερα, θα αναφερθούμε σύντομα στις κοινές ταξινομήσεις και τους δομικούς τύπους των αναπτυγμάτων. Σε αντίθεση με τους χαμηλής τάσης στροφορέα που συναντάμε στην καθημερινή ζωή - που συνήθως χρησιμοποιούν μόνο τον αέρα ως μέσο σβέσης του τόξου - τα αναπτύγματα υψηλής τάσης απαιτούν εξαιρετικά υψηλή απόδοση ως προς την απομόνωση και τη σύντομη σύνδεση, και επομένως απαιτούν ειδικά μέσα σβέσης του τόξου για να εξασφαλίσουν την ηλεκτρική ασφάλεια, την ακεραιότητα της απομόνωσης και την αποτελεσματική σύντομη σύνδεση. (Για περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με τα μέσα απομόνωσης, παρακαλώ δείτε τα επερχόμενα άρθρα.)

Υπάρχουν δύο κύριες μεθόδοι ταξινόμησης για τα αναπτύγματα υψηλής τάσης:

1. Ταξινόμηση με βάση το μέσο σβέσης του τόξου:

(1) Πετρελαιοκινητά αναπτύγματα: Υποδιαιρούνται σε μεγάλης και μικρής ποσότητας πετρελαϊκά. Σε και τα δύο, τα επαφικά ανοίγουν και κλείνουν μέσα σε πετρέλαιο, χρησιμοποιώντας το πετρέλαιο του τρανσφορματορα ως μέσο σβέσης του τόξου. Λόγω περιορισμένης απόδοσης, αυτοί οι τύποι έχουν κυρίως αποσυρθεί.

(2) SF₆ ή Φιλικά προς το περιβάλλον Γαζοκινητά αναπτύγματα: Χρησιμοποιούν εξαφθαλικό (SF₆) ή άλλα φιλικά προς το περιβάλλον αέρια ως μέσα απομόνωσης και σβέσης του τόξου.

(3) Αναπτύγματα σε κενό: Τα επαφικά ανοίγουν και κλείνουν σε κενό, όπου η σύντομη σύνδεση συμβαίνει υπό συνθήκες κενού.

(4) Αναπτύγματα με στερεό σβέση του τόξου: Χρησιμοποιούν στερεά μέσα σβέσης του τόξου που αποσυνθέτονται σε υψηλή θερμοκρασία, παράγοντας αέριο για να σβήσει το τόξο.

(5) Αναπτύγματα με συμπιεσμένο αέρα: Χρησιμοποιούν υψηλής πίεσης συμπιεσμένο αέρα για να σβήσουν το τόξο.

(6) Αναπτύγματα με μαγνητική σύρση: Χρησιμοποιούν μαγνητικό πεδίο σε αέρα για να οδηγήσουν το τόξο σε έναν τρόχο τόξου, όπου το τόξο εκτείνεται, ψύχεται και σβήνεται.

Σήμερα, τα αναπτύγματα υψηλής τάσης χρησιμοποιούν κυρίως αέρια, όπως το SF₆ ή εναλλακτικά φιλικά προς το περιβάλλον, ως μέσα απομόνωσης και σβέσης του τόξου. Στη μεσαία τάση, τα αναπτύγματα σε κενό κυριαρχούν στην αγορά. Η τεχνολογία κενού έχει επεκταθεί ακόμη και σε επίπεδα τάσης 66 kV και 110 kV, όπου τα αναπτύγματα σε κενό έχουν ήδη αναπτυχθεί και εγκατασταθεί.

2. Ταξινόμηση με βάση την τοποθεσία εγκατάστασης:

Εσωτερικού τύπου και εξωτερικού τύπου.

Επιπλέον, με βάση τη μέθοδο απομόνωσης σε σχέση με το ηπείρωμα, τα αναπτύγματα υψηλής τάσης μπορούν να ταξινομηθούν σε τρεις δομικούς τύπους:

1) Ζωντανή Τάνκα Αναπτύγματος (LTB):
Επίσης απλά LTB. Κατ' ορισμό, αυτό είναι ένα αναπτύγμα στο οποίο η καμπίνα διακοπής είναι εγκατεστημένη μέσα σε ένα περιβάλλον απομονωμένο από το ηπείρωμα. Δομικά, διαθέτει σχεδιασμό με στήλη-απομονωτή. Το αναπτύγμα είναι σε υψηλό δυναμικό, εγκαταστάσιμο μέσα σε πορσελάνη ή σύνθετο απομονωτή, και απομονώνεται από το ηπείρωμα μέσω υποστηρικτικών απομονωτών.

Κύρια πλεονεκτήματα: Μπορούν να επιτευχθούν υψηλότερες τάσεις με τη σύνδεση πολλών μονάδων διακοπής σε σειρά και την αύξηση του ύψους των υποστηρικτικών απομονωτών. Είναι επίσης σχετικά φθηνό.

Το εξοπλισμό με LTB είναι Αεροαπομονωμένη Στροφορέα (AIS), και οι υποσταθμοί που χτίζονται με AIS ονομάζονται υποσταθμοί AIS. Αυτές προσφέρουν χαμηλό επενδυτικό κόστος και απλή συντήρηση, αλλά απαιτούν μεγάλες επιφάνειες και συχνή συντήρηση. Είναι κατάλληλες για αγροτικές ή ορεινές περιοχές όπου η χώρα είναι πλούσια, οι περιβαλλοντικές συνθήκες είναι ευνοϊκές και το προϋπολογισμός είναι περιορισμένος.

2) Νεκρή Τάνκα Αναπτύγματος (DTB):
Επίσης συντομευμένα DTB. Ορίζεται ως αναπτύγμα στο οποίο η καμπίνα διακοπής είναι εγκατεστημένη μέσα σε μεταλλική τάνκα που είναι συνδεδεμένη με το ηπείρωμα. Η συνδυασμένη διαδρομή ηλεκτρικού ρεύματος εξάγεται μέσω bushings.

Καθοριστικά, η βασική διαφορά μεταξύ LTB και DTB βρίσκεται στην σύνδεση με το ηπείρωμα: στο DTB, η τάνκα είναι σε δυναμικό ηπείρωμα.

Πλεονεκτήματα περιλαμβάνουν τη δυνατότητα άμεσης ολοκλήρωσης των ρελέ ρεύματος (CTs) στα bushings, συμπαγή δομή, σημαντικά μειωμένη επιφάνεια σε σχέση με το LTB, καλύτερη αντοχή στο περιβάλλον (κατάλληλη για αυστηρές συνθήκες), και χαμηλότερο κέντρο βάρους - που οδηγεί σε καλύτερη σεισμοαντοχή. Το κύριο μειονέκτημα είναι το υψηλότερο κόστος.

Ο εξοπλισμός με βάση το DTB ονομάζεται Υβριδική Αεροαπομονωμένη Στροφορέα (HGIS), και ο αντίστοιχος υποσταθμός ονομάζεται HGIS υποσταθμός.

3) Πλήρως Κλειστή Συνδυασμένη Δομή - Μεταλλική Κλειστή Στροφορέα με Αεριοαπομόνωση, συνήθως αναφέρεται ως GIS (Gas-Insulated Switchgear) σε εφαρμογές υψηλής τάσης. Αυτός ο όρος καλύπτει ευρέως τέτοιο εξοπλισμό. Το συστατικό τμήμα του αναπτύγματος μπορεί επίσης να ονομάζεται GCB (Gas-Insulated Circuit Breaker).

Αν και παρόμοιο με το DTB, όπου η καμπίνα διακοπής είναι κλειστή, το GIS διαφέρει στο ότι εντάσσει όχι μόνο το αναπτύγμα, αλλά και άλλα απαραίτητα συστατικά της υποσταθμού - συμπεριλαμβανομένων των αποσυνδέστριών, των γεωμαγνητών, των μετρητών, των προστατευτικών από βροχή, και των μπάρας - όλα τα οποία είναι σφραγισμένα μέσα σε μεταλλική κάλυψη που είναι γεμάτη με πίεση SF₆ (ή εναλλακτικό αεριοαπομονωτικό αέριο). Οι συνδέσεις με εξωτερικές αεριοαπομονωμένες γραμμές είναι μέσω bushings ή ειδικών αεριοαπομονωμένων καμπινών.

Οι υποσταθμοί που χτίζονται με αυτόν τον τρόπο ονομάζονται GIS υποσταθμοί (ή Gas-Insulated Substations σύμφωνα με τα πρότυπα IEEE). Το GIS είναι κατάλληλο για αστικές περιοχές όπου η γη είναι ακριβή, ή για κρίσιμες εγκαταστάσεις όπως μεγάλες υδροηλεκτρικές ή πυρηνικές εγκαταστάσεις που απαιτούν υπερβατική αξιοπιστία.

Μέχρι στιγμής, οι διαφορές μεταξύ των τύπων αναπτυγμάτων υψηλής τάσης - LTB, DTB, GCB - και των αντίστοιχων υποσταθμιακών διατάξεων - AIS, HGIS, GIS - θα πρέπει να είναι σαφείς.