LTB vs DTB vs GIS: Primerjava prelomnikov visoke napetosti

Osnovna pomena visokonapetostnega preklopnika je, da se v normalnih pogojih uporablja za odpiranje (prekinjanje, odstranjevanje) in zapiranje (zagnanje, ponovno zagnanje) krožnic, odvodov ali specifičnih obremenitev – kot tiste, ki so povezane z transformatorji ali kondenzatorskimi bankami. Ko se v električnem sistemu zgodi napaka, aktivirajo zaščitne releje preklopnik, ki prekine tok obremenitve ali kratkopovezni tok, s tem pa zagotovi varno delovanje električnega sistema. 

Visokonapetostni preklopnik je vrsta visokonapetostnega preklapljalnega naprave – tudi pogosto imenovana "visokonapetostni preklop" – in je ena od ključnih opreme v pretvorovalnici. Zaradi strogih varnostnih zahtev visokonapetostnih pretvorovalnic, osebje običajno ne more vstopiti v pretvorovalnico, da bi se približalo ali fizično dostopilo do teh naprav. V vsakdanjem življenju običajno vidimo le iz daleč visokonapetostne prenosne linije in redko vidimo ali dotaknemo take preklopnike.

Torej, kako izgleda visokonapetostni preklopnik? Danes krateče razpravljamo o pogostih razvrstitvah in strukturah preklopnikov. Na razliko od nizkonapetostnih preklopnikov, s katerimi se srečujemo v vsakdanjem življenju – ki običajno uporabljajo le zrak kot sredstvo za ugasanje loka – visokonapetostni preklopniki zahtevajo zelo visoke zmogljivosti v smislu izolacije in prekinitve loka, zato potrebujejo posebna sredstva za ugasanje loka, da zagotovijo električno varnost, celovitost izolacije in učinkovito ugasanje loka. (Za več podrobnosti o izolacijskih sredstvih se obrnite na naše nadaljnje članke.)

Obstajata dve glavni metodi razvrščanja visokonapetostnih preklopnikov:

1. Razvrščanje glede na sredstvo za ugasanje loka:

(1) Nafturni preklopniki: Nadalje razdeljeni na masovne nafturne in minimalne nafturne tipe. V obeh primerih se kontakti odpirajo in zapirajo v nafte, ki uporabljajo transformatorno nafto kot sredstvo za ugasanje loka. Zaradi omejenih zmogljivosti so ti tipi v veliki meri zamenjeni.

(2) SF₆ ali ekološki plinski preklopniki: Uporabljajo šestfluorid svibine (SF₆) ali druge okolju prijazne plinove kot izolacijska in lokougaseča sredstva.

(3) Vakuumski preklopniki: Kontakti se odpirajo in zapirajo v vakuumu, kjer se lok ugaša v vakuumskih pogojih.

(4) Trdnofazni preklopniki: Uporabljajo trdna lokougaseča sredstva, ki se razclastijo pri visokih temperaturah loka in proizvedejo plin, ki ugaša lok.

(5) Pritiskani zračni preklopniki: Uporabljajo visoko pritiskan zračni tok, da izdahneta lok.

(6) Magnetni preklopniki: Uporabljajo magnetno polje v zraku, da lok vodijo v lokovod, kjer se lok protegne, ohladi in ugaša.

Danes visokonapetostni preklopniki predvsem uporabljajo plinove, kot so SF₆ ali ekološki alternativi, kot izolacijska in lokougaseča sredstva. V srednjih napetostih dominirajo vakuumski preklopniki. Tehnologija vakuma je bila celo razširjena na napetostne ravni 66 kV in 110 kV, kjer so že razvijeni in uporabljeni vakuumski preklopniki.

2. Razvrščanje glede na lokacijo namestitve:

Notranji tip in zunanji tip.

Dodatno, glede na metodo izolacije glede na tla, visokonapetostne preklopniki lahko razvrščamo v tri strukturne tipe:

1) Preklopnik z živim rezervoarjem (LTB):
Tudi preprosto imenovan LTB. Po definiciji je to preklopnik, kjer je prekinitvena komora skrita v omari, izoliranem od zemlje. Strukturno ima dizajn s stolpičnimi izolatorji. Prekinitvena komora je na visoki potencialni ravnini, skrita znotraj porcelanskega ali kompozitnega izolatorja in izolirana od zemlje preko podpornih izolatorjev.

Ključne prednosti: Višje napetostne stopnje se dosežejo z serijskim povezovanjem več prekinitvenih enot in z višanjem podpornih izolatorjev. Prav tako je relativno cenejši.

Oprema, temelječa na LTB, tvori vzdušno izolirano preklapljalno opremo (AIS), in pretvorovalnice, zgrajene z AIS, so znane kot AIS pretvorovalnice. Te ponujajo nizke investicije in preprosto vzdrževanje, vendar zahtevajo veliko površino in pogosto vzdrževanje. So primerni za podeželske ali gorske območja, kjer je prostora veliko, okoljski pogoji so prijetni in proračuni omejeni.

2) Preklopnik z mrtvim rezervoarjem (DTB):
Tudi skrčeno DTB. Definiran kot preklopnik, kjer je prekinitvena komora skrita v metalni rezervoar, ki je zemljen. Provodni pot je izveden preko izvlečkov.

Ključna razlika med LTB in DTB leži v zemljenju: pri DTB je rezervoar na potencialu zemlje.

Prednosti vključujejo možnost neposredne integracije tokovnih transformatorjev (CT) na izvlečke, kompaktno strukturo, značajno manjšo površino glede na LTB, boljšo odpornost na okolje (primerno za težke pogoje) in nižji središčni težaj – kar pomeni boljšo sejsmično zmogljivost. Glavna slabost je višja cena.

Preklapljalna oprema, temelječa na DTB, je znana kot hibridna plinsko izolirana preklapljalna oprema (HGIS), in nastala pretvorovalnica se imenuje HGIS pretvorovalnica.

3) Polnoma zaprta kombinirana struktura – Plinsko izolirana metalna zaprta preklapljalna oprema, običajno imenovana GIS (Plinsko izolirana preklapljalna oprema) v visokonapetostnih aplikacijah. Ta termin splošno zajema takšno opremo. Komponenta preklopnika sama po sebi se lahko tudi posebej imenuje GCB (Plinsko izoliran preklopnik).

Čeprav je podobno DTB, ker je prekinitvena komora zaprta, se GIS razlikuje v tem, da ne samo preklopnik, ampak tudi druga ključna komponenta pretvorovalnice – vključno z odvajalniki, zemljenimi preklopniki, merilnimi transformatorji, zaščitnimi napravami in busbars – vse zaprte znotraj zemljenega metalnega omara, napolnjenega s podtlačenim SF₆ (ali alternativnim izolacijskim plinom). Povezave z zunanjimi prenosnimi linijami so izvedene preko izvlečkov ali posebnih plinskih kompartimentov.

Pretvorovalnice, zgrajene na ta način, so znane kot GIS pretvorodalnice (ali Plinsko izolirane pretvorodalnice po standardih IEE-Business). GIS je idealen za mestne območja, kjer je zemljišče dragoceno, ali za ključne objekte, kot so veliki hidroelektrarne ali jedrske elektrarne, ki zahtevajo izjemno zanesljivost.

Do zdaj bi morali biti razlike med tipi visokonapetostnih preklopnikov – LTB, DTB, GCB – in ustreznimi konfiguracijami pretvorodalnic – AIS, HGIS, GIS – jasne.