LTB vs DTB vs GIS: مقایسه قطع کننده های دستگاه های فشار قوی

معنای اصلی قطعکننده برق با فشار بالا به طور ساده این است که در شرایط عادی، برای باز کردن (قطع، تریپ) و بستن (اتصال، ریکلوس) مدارها، خطوط تغذیه یا بارهای خاص - مانند آنهایی که به ترانسفورماتورها یا بانک‌های خازن متصل هستند - استفاده می‌شود. هنگامی که خطا در سیستم برق رخ می‌دهد، رله‌های محافظ قطعکننده را فعال می‌کنند تا جریان بار یا جریان کوتاه‌مدار را قطع کنند و اینکار عملکرد ایمن سیستم برق را تضمین می‌کند.

قطعکننده برق با فشار بالا نوعی دستگاه تغییر وضعیت با فشار بالا است که غالباً به عنوان "سوئیچ با فشار بالا" نیز شناخته می‌شود و یکی از تجهیزات کلیدی در زیرстанسیون است. با این حال، به دلیل الزامات ایمنی سختگیرانه زیرستانسیون‌های با فشار بالا، عموماً کارکنان نمی‌توانند به داخل زیرستانسیون بروند تا به این دستگاه‌ها نزدیک شوند یا به آن‌ها دسترسی فیزیکی پیدا کنند. در زندگی روزمره، معمولاً فقط خطوط انتقال برق با فشار بالا را از دور می‌بینیم و به ندرت به سوئیچ‌هایی چنینی نگاه می‌کنیم یا آن‌ها را لمس می‌کنیم.

پس، یک قطعکننده برق با فشار بالا دقیقاً چه شکلی است؟ امروز به صورت خلاصه درباره طبقه‌بندی‌ها و انواع ساختاری قطعکننده‌ها صحبت خواهیم کرد. برخلاف سوئیچ‌های با فشار پایین که در زندگی روزمره با آن‌ها برخورد می‌کنیم و معمولاً فقط از هوا به عنوان مedium خاموش‌کننده قوس استفاده می‌کنند، قطعکننده‌های با فشار بالا عملکرد بسیار بالایی در زمینه عایق‌بندی و خاموش‌کردن قوس نیاز دارند و بنابراین نیاز به مedium‌های خاموش‌کننده خاص دارند تا ایمنی الکتریکی، تمامیت عایق و خاموش‌کردن موثر قوس را تضمین کنند. (برای جزئیات بیشتر در مورد مedium‌های عایق‌بندی، لطفاً به مقالات آینده ما مراجعه کنید.)

دو روش اصلی طبقه‌بندی قطعکننده‌های برق با فشار بالا وجود دارد:

۱. طبقه‌بندی بر اساس مedium خاموش‌کننده قوس:

(۱) قطعکننده‌های روغنی: به دو نوع روغن حجمی و روغن حداقلی تقسیم می‌شوند. در هر دو نوع، تماس‌ها در روغن باز و بسته می‌شوند و از روغن ترانسفورماتور به عنوان مedium خاموش‌کننده قوس استفاده می‌شود. به دلیل عملکرد محدود، این نوع‌ها به طور گسترده‌ای منسوخ شده‌اند.

(۲) قطعکننده‌های SF₆ یا گاز‌های محیط‌زیستی: از شش فلوئورید سولفور (SF₆) یا گازهای دیگر محیط‌زیستی به عنوان هم مedium عایق‌بندی و هم خاموش‌کننده قوس استفاده می‌کنند.

(۳) قطعکننده‌های خلاء: تماس‌ها در خلاء باز و بسته می‌شوند و خاموش‌کردن قوس در شرایط خلاء انجام می‌شود.

(۴) قطعکننده‌های خاموش‌کننده جامد: از مواد خاموش‌کننده جامد استفاده می‌کنند که در دمای بالا قوس تجزیه می‌شوند و گاز تولید می‌کنند تا قوس را خاموش کنند.

(۵) قطعکننده‌های هوای فشرده: از هوای فشرده با فشار بالا برای بیرون راندن قوس استفاده می‌کنند.

(۶) قطعکننده‌های مغناطیسی: از یک میدان مغناطیسی در هوا برای راندن قوس به یک مسیر قوس استفاده می‌کنند، جایی که قوس کشیده، سرد شده و خاموش می‌شود.

امروزه قطعکننده‌های برق با فشار بالا به طور اصلی از گازها - مانند SF₆ یا جایگزین‌های محیط‌زیستی - به عنوان هم مedium عایق‌بندی و هم خاموش‌کننده قوس استفاده می‌کنند. در دامنه فشار متوسط، قطعکننده‌های خلاء بازار را تحت تسلط دارند. تکنولوژی خلاء حتی به سطوح ولتاژ ۶۶ کیلوولت و ۱۱۰ کیلوولت نیز گسترش یافته و قطعکننده‌های خلاء در این سطوح ولتاژ توسعه یافته و به کار گرفته شده‌اند.

۲. طبقه‌بندی بر اساس مکان نصب:

نوع داخلی و نوع خارجی.

به علاوه، بر اساس روش عایق‌بندی نسبت به زمین، قطعکننده‌های برق با فشار بالا می‌توانند به سه نوع ساختاری تقسیم‌بندی شوند:

۱) قطعکننده خزان با ولتاژ (LTB):
همچنین به اختصار LTB نامیده می‌شود. به تعریف، این یک قطعکننده است که در آن کامبره قطع در یک پوشش عایق‌بندی شده از زمین قرار دارد. از نظر ساختاری، این نوع دارای طراحی عایق‌بندی ستونی است. قطعکننده در پتانسیل بالا قرار دارد و در یک عایق‌بندی سرامیک یا مرکب قرار گرفته و از طریق عایق‌بندی‌های پشتیبان از زمین عایق شده است.

مزایای اصلی: می‌توان با اتصال چند واحد قطعکننده به صورت سری و افزایش ارتفاع عایق‌بندی‌های پشتیبان، ولتاژهای بالاتری را به دست آورد. همچنین این نوع نسبتاً کم‌هزینه است.

تجهیزات مبتنی بر LTB تشکیل Switchgear عایق‌بندی هوا (AIS) می‌دهند و زیرستانسیون‌های ساخته شده با AIS به عنوان زیرستانسیون‌های AIS شناخته می‌شوند. این‌ها سرمایه‌گذاری کم و نگهداری ساده دارند اما نیاز به مساحت زمین بزرگ و نگهداری مداوم دارند. این‌ها برای مناطق روستایی یا کوهستانی که فضای زیاد، شرایط محیطی مساعد و بودجه محدود دارند مناسب هستند.

۲) قطعکننده خزان مرده (DTB):
همچنین به اختصار DTB نامیده می‌شود. به تعریف، این یک قطعکننده است که در آن کامبره قطع در یک خزان فلزی زمین‌شده قرار دارد. مسیر رسانا از طریق بوشینگ‌ها بیرون رانده می‌شود.

مهم‌ترین تفاوت بین LTB و DTB در زمین‌شدن است: در DTB، خزان در پتانسیل زمین قرار دارد.

مزایا شامل امکان یکپارچه‌سازی ترانسفورماتورهای جریان (CTs) مستقیماً روی بوشینگ‌ها، ساختار فشرده، کاهش قابل توجه مساحت نسبت به LTB، مقاومت بیشتر در برابر شرایط محیطی سخت (مناسب برای شرایط سخت)، و مرکز ثقل پایین‌تر - که منجر به عملکرد لرزه‌ای بهتر می‌شود. نقطه ضعف اصلی هزینه بالاتر است.

Switchgear مبتنی بر DTB به عنوان Hybrid Gas-Insulated Switchgear (HGIS) شناخته می‌شود و زیرستانسیون حاصل به عنوان زیرستانسیون HGIS شناخته می‌شود.

۳) ساختار ترکیبی کاملاً بسته - Gas-Insulated Metal-Enclosed Switchgear، که به طور گسترده به عنوان GIS (Gas-Insulated Switchgear) در کاربردهای فشار بالا شناخته می‌شود. این اصطلاح به طور کلی این تجهیزات را پوشش می‌دهد. مؤلفه قطعکننده خود ممکن است به طور خاص GCB (Gas-Insulated Circuit Breaker) نامیده شود.

اگرچه مشابه DTB در این است که قطعکننده در یک پوشش قرار دارد، GIS تفاوت دارد در اینکه نه تنها قطعکننده بلکه سایر مولفه‌های ضروری زیرستانسیون - از جمله جداکننده‌ها، سوئیچ‌های زمین، ترانسفورماتورهای ابزار، لایتنگ آراستره‌ها و خطوط اصلی - را نیز در یک پوشش فلزی زمین‌شده که با SF₆ فشرده (یا گاز عایق‌بندی جایگزین) پر شده است یکپارچه می‌کند. اتصالات به خطوط هوایی خارجی از طریق بوشینگ‌ها یا کامپارتمان‌های گازی اختصاصی انجام می‌شود.

زیرستانسیون‌های ساخته شده به این روش به عنوان زیرستانسیون‌های GIS (یا Gas-Insulated Substations بر اساس استانداردهای IEEE) شناخته می‌شوند. GIS برای مناطق شهری که زمین گران است یا برای تسهیلات مهم مانند نیروگاه‌های بزرگ آبی یا هسته‌ای که نیاز به قابلیت اطمینان فوق‌العاده دارند مناسب است.

تا اینجا، تفاوت‌های بین انواع قطعکننده‌های برق با فشار بالا - LTB، DTB، GCB - و ساختارهای زیرستانسیون مربوطه - AIS، HGIS، GIS - باید واضح باشد.