Сравнение выключателей высокого напряжения: LTB vs DTB vs GIS

Основное значение высоковольтного выключателя, говоря простым языком, заключается в том, что в нормальных условиях он используется для отключения (разрыва, срабатывания) и включения (замыкания, повторного включения) цепей, линий или определенных нагрузок — таких как те, которые подключены к трансформаторам или банкам конденсаторов. При возникновении неисправности в энергосистеме защитные реле активируют выключатель, чтобы прервать ток нагрузки или ток короткого замыкания, тем самым обеспечивая безопасную работу энергосистемы.

Высоковольтный выключатель — это тип высоковольтного коммутационного устройства, также часто называемый "высоковольтным выключателем", и является одним из ключевых устройств на подстанции. Однако, из-за строгих требований безопасности высоковольтных подстанций, персонал обычно не может входить на подстанцию, чтобы приблизиться или физически получить доступ к этим устройствам. В повседневной жизни обычно можно видеть высоковольтные линии электропередачи только издалека, и редко удается наблюдать или касаться таких выключателей.

Итак, как же выглядит высоковольтный выключатель? Сегодня мы кратко обсудим общие классификации и конструктивные типы выключателей. В отличие от низковольтных выключателей, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни, которые обычно используют воздух в качестве среды для гашения дуги, высоковольтные выключатели требуют чрезвычайно высокой производительности в отношении изоляции и гашения дуги, и поэтому требуют специальных сред для гашения дуги, чтобы обеспечить электрическую безопасность, целостность изоляции и эффективное гашение дуги. (Для получения более подробной информации о диэлектрических средах, пожалуйста, обратитесь к нашим предстоящим статьям.)

Существует два основных метода классификации высоковольтных выключателей:

1. Классификация по среде гашения дуги:

(1) Масляные выключатели: Делятся на масляные и маломасляные. В обоих случаях контакты открываются и закрываются в масле, используя трансформаторное масло в качестве среды для гашения дуги. Из-за ограниченной производительности эти типы были в основном выведены из эксплуатации.

(2) Выключатели SF₆ или экологичные газовые выключатели: Используют шестифтористый сернистый (SF₆) или другие экологически чистые газы в качестве изоляционной и дугогасящей среды.

(3) Вакуумные выключатели: Контакты открываются и закрываются в вакууме, где гашение дуги происходит в условиях вакуума.

(4) Выключатели с твердой дугогасящей средой: Используют твердые дугогасящие материалы, которые разлагаются при высокой температуре дуги, выделяя газ для гашения дуги.

(5) Выключатели с сжатым воздухом: Используют сжатый воздух под высоким давлением для выдувания дуги.

(6) Выключатели с магнитным дутьем: Используют магнитное поле в воздухе для направления дуги в дуговой канал, где она растягивается, охлаждается и гасится.

В настоящее время высоковольтные выключатели в основном используют газы, такие как SF₆ или экологические альтернативы, в качестве изоляционной и дугогасящей среды. В среднем напряжении доминируют вакуумные выключатели. Технология вакуума даже была расширена до уровней напряжения 66 кВ и 110 кВ, где уже разработаны и внедрены вакуумные выключатели.

2. Классификация по месту установки:

Наружного и внутреннего исполнения.

Кроме того, на основе метода изоляции относительно земли, высоковольтные выключатели могут быть разделены на три конструктивных типа:

1) Выключатель с живым баком (LTB):
Также просто называется LTB. По определению, это выключатель, в котором камера прерывания находится внутри корпуса, изолированного от земли. Конструктивно он имеет столбчатый изолятор. Прерыватель находится под высоким потенциалом, заключен в фарфоровый или композитный изолятор и изолирован от земли через опорные изоляторы.

Основные преимущества: более высокие напряжения могут быть достигнуты путем последовательного соединения нескольких прерывательных блоков и увеличения высоты опорных изоляторов. Также он относительно недорогой.

Оборудование на основе LTB образует воздушно-изолированное коммутационное оборудование (AIS), и подстанции, построенные с использованием AIS, известны как подстанции AIS. Они предлагают низкие инвестиции и простое обслуживание, но требуют больших площадей и частого ухода. Они хорошо подходят для сельских или горных районов, где много места, благоприятные условия окружающей среды и ограниченный бюджет.

2) Выключатель с мертвым баком (DTB):
Также сокращенно DTB. Определяется как выключатель, в котором камера прерывания заключена в металлический бак, заземленный. Проводящий путь выводится через вводы.

Основное различие между LTB и DTB заключается в заземлении: в DTB бак находится под потенциалом земли.

Преимущества включают возможность интеграции трансформаторов тока (CT) непосредственно на вводах, компактную структуру, значительно меньшую занимаемую площадь по сравнению с LTB, лучшую устойчивость к окружающей среде (подходит для суровых условий) и более низкий центр тяжести — что обеспечивает лучшую сейсмическую устойчивость. Основным недостатком является более высокая стоимость.

Коммутационное оборудование на основе DTB известно как гибридное газоизолированное коммутационное оборудование (HGIS), и соответствующая подстанция называется HGIS-подстанцией.

3) Полностью закрытая комбинированная структура — газоизолированное металлическое закрытое коммутационное оборудование, обычно называемое GIS (газоизолированное коммутационное оборудование) в высоковольтных применениях. Этот термин широко охватывает такое оборудование. Сам компонент выключателя также может быть специально назван GCB (газоизолированный выключатель).

Хотя похоже на DTB тем, что прерыватель заключен, GIS отличается тем, что интегрирует не только выключатель, но и другие необходимые компоненты подстанции, включая разъединители, заземляющие выключатели, измерительные трансформаторы, ограничители перенапряжений и шины, все запечатанные в металлический корпус, заполненный сжатым SF₆ (или альтернативным изоляционным газом). Соединение с внешними воздушными линиями осуществляется через вводы или специальные газовые камеры.

Подстанции, построенные таким образом, известны как подстанции GIS (или газоизолированные подстанции по стандартам IEE-Business). GIS идеально подходит для городских районов, где земля дорогая, или для важных объектов, таких как крупные гидроэлектростанции или атомные станции, которые требуют сверхвысокой надежности.

На данный момент должны быть ясны различия между типами высоковольтных выключателей — LTB, DTB, GCB — и соответствующими конфигурациями подстанций — AIS, HGIS, GIS.