LTB vs DTB vs GIS: Sammenligning av høyspenningssirkuitbrytere

Grunnleggende betyr høyspenningsbryter, kort sagt, at under normale forhold brukes den til å åpne (avbryte, trippe) og lukke (slå på, reklosere) kretser, uttak eller spesifikke laster—som de som er koblet til transformatorer eller kondensatorbanker. Når det oppstår en feil i strømsystemet, aktiverer beskyttelsesspillene bryteren for å avbryte enten laststrøm eller kortslutningsstrøm, dermed sikrer sikkert drift av strømsystemet. 

En høyspenningsbryter er en type høyspenningskoblingsenhet—også ofte referert til som en "høyspenningsbryter"—og er et av de viktigste utstyrene i en understasjon. På grunn av streng sikkerhetskrav i høyspenningsunderstasjoner, kan personell generelt ikke gå inn i understasjonen for å nærme seg eller fysisk få tilgang til disse enhetene. I dagligliv ser man vanligvis bare høyspenningsoverføringslinjer på avstand og sjelden får man se eller røre slike brytere.

Så, hvordan ser en høyspenningsbryter egentlig ut? I dag skal vi kort diskutere de vanlige klassifiseringene og strukturene til brytere. Ulik lavspenningsbrytere vi møter i hverdagen—som typisk kun bruker luft som bukselukningsmedium—fordrer høyspenningsbrytere ekstremt høy ytelse i form av isolasjon og bukselukking, og krever derfor spesielle bukselukningsmidler for å sikre elektrisk sikkerhet, isolasjonshelhet og effektiv bukselukking. (For mer detaljer om isolasjonsmidler, vennligst referer til våre kommende artikler.)

Det er to hovedklassifiseringsmetoder for høyspenningsbrytere:

1. Klassifisering etter bukselukningsmedium:

(1) Oljebrytere: Delt inn i bulk-olje og minimum-oljetyper. I begge åpnes og lukkes kontakter inne i olje, med transformatorolje som bukselukningsmedium. På grunn av begrenset ytelse, har disse typene stor del utasettes.

(2) SF₆ eller miljøvennlige gassbrytere: Bruker svovelhexafluorid (SF₆) eller andre miljøvennlige gasser som både isolasjons- og bukselukningsmidler.

(3) Vakuum-brytere: Kontakter åpnes og lukkes i vakuum, hvor bukselukking skjer under vakuumforhold.

(4) Fast-bukselukningsbrytere: Bruker faste bukselukningsmaterialer som dekomponerer seg ved høy temperatur fra en bukse, produserer gass for å luke buksen.

(5) Kompresjonsluft-brytere: Bruker høytrykk kompresjonsluft for å blåse ut buksen.

(6) Magnetblåsbrytere: Bruker et magnetfelt i luft for å drive buksen inn i en bukseluft, der den strekkes, kjøles og lukkes.

I dag bruker høyspenningsbrytere hovedsakelig gasser—som SF₆ eller miljøvennlige alternativer—som både isolasjons- og bukselukningsmidler. I mediumspenningsområdet dominerer vakumbrytere markedet. Vakumteknologi har endda blitt utvidet til 66 kV og 110 kV spenningsnivåer, hvor vakumbrytere allerede er utviklet og deployert.

2. Klassifisering etter installasjonssted:

Innendørs-type og utendørs-type.

I tillegg, basert på isolasjonsmetoden relativt til jord, kan høyspenningsbrytere inndelas i tre strukturtyper:

1) Live-Tank Bryter (LTB):
Eller bare LTB. Ifølge definisjonen, er dette en bryter der avbrytingskammeret er plassert i en beholder isolert fra jord. Strukturelt har den en post-type isolator-design. Avbryteren er på høy potensial, innkapslet i porcelæn eller kompositisolator, og isolert fra jord via støtteisolatorer.

Hovedfordeler: Høyere spenningsnivåer kan oppnås ved å koble flere avbrytingsenheter i serie og øke høyden på støtteisolatorer. Det er også relativt billig.

Utstyr basert på LTB danner Luft-Isolert Koblingsutstyr (AIS), og understasjoner bygget med AIS kalles AIS-understasjoner. Disse tilbyr lav investering og enkel vedlikehold, men krever store arealer og hyppig vedlikehold. De er godt egnet for landlige eller fjellområder der det er mye plass, gunstige miljøforhold og begrenset budsjett.

2) Dead-Tank Bryter (DTB):
Også forkortet DTB. Definert som en bryter der avbrytingskammeret er innkapslet i en jordet metalltank. Den ledende veien føres ut gjennom busser.

Kritisk, den grunnleggende forskjellen mellom LTB og DTB ligger i jording: i DTB er tanken på jordpotensial.

Fordeler inkluderer muligheten til å integrere strømtransformatorer (CTs) direkte på busser, kompakt struktur, betydelig redusert fotavtrykk sammenlignet med LTB, bedre miljøbestandighet (egnet for tøffe forhold), og lavere tyngdepunkt—som resulterer i bedre seismisk ytelse. Hovednedtur er høyere kostnad.

Koblingsutstyr basert på DTB er kjent som Hybrid Gass-Isolert Koblingsutstyr (HGIS), og den resulterende understasjonen kalles en HGIS-understasjon.

3) Fullt Innekapslet Kombinert Struktur – Gass-Isolert Metall-Innekapslet Koblingsutstyr, vanligvis referert til som GIS (Gass-Isolert Koblingsutstyr) i høyspenningsapplikasjoner. Dette omfatter bredt sett slikt utstyr. Bryterkomponenten selv kan også spesifikt kalles en GCB (Gass-Isolert Bryter).

Mens lignende DTB i at avbryteren er innkapslet, skiller GIS seg ut ved at den integrerer ikke bare bryteren, men også andre nødvendige understasjonskomponenter—inkludert disconnectorer, jordingswitcher, instrumenttransformatorer, overvoltagebeskyttelse, og busbarer—all innkapslet i en jordet metallbeholder fylt med trykket SF₆ (eller alternativt isoleringsgass). Forbindelser til eksterne overhengende linjer gjøres gjennom busser eller dedikerte gasskamre.

Understasjoner bygget på denne måten er kjent som GIS-understasjoner (eller Gass-Isolerte Understasjoner ifølge IEEE-standarder). GIS er ideelt for byområder der plass er dyrt, eller for kritiske anlegg som store vannkraft- eller kjernekraftverk som krever ultra-høy pålitelighet.

Nå bør forskjellene mellom høyspenningsbrytertyper—LTB, DTB, GCB—and de tilsvarende understasjonskonfigurasjonene—AIS, HGIS, GIS—være klare.