LTB vs DTB vs GIS: Paghahambing ng HV Circuit Breaker

Ang pangunahing kahulugan ng high-voltage circuit breaker, sa madaling salita, ay ginagamit ito sa normal na kondisyon upang buksan (interrupt, trip) at isara (make, reclose) ang mga circuit, feeders, o tiyak na mga load—tulad ng mga konektado sa mga transformer o capacitor banks. Kapag may naganap na pagkakamali sa power system, ang mga protective relays ay pagsasala ang circuit breaker upang putulin ang load current o short-circuit current, na nagpapatunay ng ligtas na operasyon ng power system. 

Ang high-voltage circuit breaker ay isang uri ng high-voltage switching device—na karaniwang tinatawag din bilang “high-voltage switch”—at isa sa mga pangunahing kagamitan sa isang substation. Gayunpaman, dahil sa mahigpit na mga requirement sa kaligtasan ng high-voltage substations, hindi karaniwan na makapasok ang mga tauhan sa substation upang makapag-approach o pisikal na makapag-access sa mga kagamitang ito. Sa araw-araw na buhay, karaniwan lamang tayo nakakakita ng mga high-voltage transmission lines mula malayo at malaki ang bihirang makapag-observe o makapag-touch ng mga switch na ito.

Kaya, ano talaga ang hitsura ng isang high-voltage circuit breaker? Ngayong araw, kami ay magbibigay ng maikling talakayan tungkol sa mga karaniwang klase at structural na uri ng mga circuit breaker. Hindi tulad ng mga low-voltage switches na nakakarating sa ating buhay araw-araw—na karaniwang gumagamit ng hangin lamang bilang arc-quenching medium—ang mga high-voltage circuit breakers ay nangangailangan ng napakataas na performance sa termino ng insulation at arc interruption, at kaya nangangailangan ng espesyal na arc-quenching media upang matiyak ang electrical safety, insulation integrity, at epektibong arc extinction. (Para sa higit pang detalye tungkol sa insulating media, mangyaring basahin ang aming susunod na mga artikulo.)

May dalawang pangunahing paraan ng pagkaklasi ng high-voltage circuit breakers:

1. Pagkaklasi batay sa arc-quenching medium:

(1) Oil Circuit Breakers: Mas pinaghihiwalay pa sa bulk-oil at minimum-oil types. Sa parehong uri, ang mga contact ay buksan at isara sa loob ng langis, gamit ang transformer oil bilang arc-quenching medium. Dahil sa limitadong performance, ang mga uri na ito ay halos na-discontinue na.

(2) SF₆ o Eco-friendly Gas Circuit Breakers: Gumagamit ng sulfur hexafluoride (SF₆) o iba pang eco-friendly gases bilang insulating at arc-quenching media.

(3) Vacuum Circuit Breakers: Ang mga contact ay buksan at isara sa vacuum, kung saan ang arc extinction ay nangyayari sa kondisyong vacuum.

(4) Solid-Quench Circuit Breakers: Gumagamit ng solid na arc-quenching materials na sumusunog sa mataas na temperatura ng arc, na nagpapabuo ng gas upang maputol ang arc.

(5) Compressed-Air Circuit Breakers: Gumagamit ng mataas na presyur na compressed air upang i-blow out ang arc.

(6) Magnetic-Blow Circuit Breakers: Gumagamit ng magnetic field sa hangin upang idrive ang arc sa arc chute, kung saan ito ay inuuliran, inii-cool, at inipinutol.

Ngayon, ang mga high-voltage circuit breakers ay pangunahing gumagamit ng mga gas—tulad ng SF₆ o eco-friendly alternatives—bilang insulating at arc-quenching media. Sa medium-voltage range, ang mga vacuum circuit breakers ang namumuno sa merkado. Ang teknolohiya ng vacuum ay pati na rin na-ipinagtuloy hanggang sa 66 kV at 110 kV voltage levels, kung saan ang mga vacuum circuit breakers ay nangangalakal at inilunsad na.

2. Pagkaklasi batay sa lokasyon ng installation:

Indoor-type at outdoor-type.

Karagdagang base sa insulation method relative sa ground, ang mga high-voltage circuit breakers ay maaaring ikategorya sa tatlong structural na uri:

1) Live-Tank Circuit Breaker (LTB):
Tinatawag din ito bilang LTB. Sa definisyon, ito ay isang circuit breaker kung saan ang interrupter chamber ay nakapaloob sa isang enclosure na insulated mula sa earth. Sa struktura, ito ay may post-type insulator design. Ang interrupter ay nasa mataas na potential, nakapaloob sa porcelain o composite insulator, at insulated mula sa ground sa pamamagitan ng support insulators.

Pangunahing mga benepisyo: Mas mataas na voltage ratings maaaring marating sa pamamagitan ng pagkonekta ng maraming interrupter units sa serye at pagtaas ng taas ng support insulators. Ito ay relatibong mababang gastos din.

Ang kagamitang batay sa LTB ay bumubuo ng Air-Insulated Switchgear (AIS), at ang mga substation na itinayo gamit ang AIS ay kilala bilang AIS substations. Ang mga ito ay nag-aalok ng mababang investment at simple na maintenance ngunit nangangailangan ng malaking lupain at regular na pag-aalamin. Ang mga ito ay napakasama para sa mga rural o mountainous na rehiyon kung saan ang lupa ay sapat, ang environmental conditions ay paborable, at ang budget ay limitado.

2) Dead-Tank Circuit Breaker (DTB):
Tinatawag din ito bilang DTB. Ito ay inilalarawan bilang isang circuit breaker kung saan ang interrupter chamber ay nakapaloob sa isang grounded metal tank. Ang conductive path ay ilalabas sa pamamagitan ng bushings.

Sa pundamental, ang pangunahing pagkakaiba ng LTB at DTB ay nasa grounding: sa DTB, ang tank ay nasa earth potential.

Ang mga benepisyo ay kasama ang kakayahan na direktang i-integrate ang mga current transformers (CTs) sa bushings, kompak na struktura, mas maliit na footprint kumpara sa LTB, mas mahusay na environmental resilience (sakop ang harsh na kondisyon), at mas mababang center of gravity—na nagreresulta sa mas mahusay na seismic performance. Ang pangunahing hadlang ay ang mas mataas na gastos.

Ang switchgear batay sa DTB ay kilala bilang Hybrid Gas-Insulated Switchgear (HGIS), at ang resultang substation ay tinatawag na HGIS substation.

3) Fully Enclosed Combined Structure – Gas-Insulated Metal-Enclosed Switchgear, karaniwang tinatawag bilang GIS (Gas-Insulated Switchgear) sa high-voltage applications. Ang terminong ito ay malawak na sumasaklaw sa ganitong kagamitan. Ang bahagi ng circuit breaker mismo ay maaari ring tawaging GCB (Gas-Insulated Circuit Breaker).

Bagama't katulad ng DTB na ang interrupter ay nakapaloob, ang GIS ay naiiba sa pamamagitan ng pag-integrate hindi lamang ng circuit breaker kundi pati na rin ang iba pang mahalagang substation components—kabilang ang disconnectors, earthing switches, instrument transformers, surge arresters, at busbars—lahat na sealed sa loob ng grounded metal enclosure na puno ng pressurized SF₆ (o alternative insulating gas). Ang mga koneksyon sa external overhead lines ay ginagawa sa pamamagitan ng bushings o dedicated gas compartments.

Ang mga substation na itinayo sa paraang ito ay kilala bilang GIS substations (o Gas-Insulated Substations batay sa IEEE standards). Ang GIS ay ideal para sa mga urban areas kung saan ang lupa ay mahal, o para sa mga critical facilities tulad ng malalaking hydropower o nuclear plants na nangangailangan ng ultra-high reliability.

Sa ngayon, ang mga pagkakaiba ng mga uri ng high-voltage circuit breaker—LTB, DTB, GCB—and ang mga corresponding substation configurations—AIS, HGIS, GIS—ay dapat malinaw na.