LTB vs DTB vs GIS: Jämförelse av högspänningsbrytare

Den grundläggande betydelsen av en högspänningsbrytare är, enkelt uttryckt, att den under normala förhållanden används för att öppna (avbryta, stänga av) och stänga (slå på, återställa) kretsar, ledningar eller specifika laster—som de som är anslutna till transformatorer eller kondensatorbanker. När ett fel uppstår i strömförsörjningen aktiverar skyddsrörelser brytaren för att avbryta antingen lastström eller kortslutningsström, vilket säkerställer det säkra driftsättet av strömförsörjningssystemet. 

En högspänningsbrytare är en typ av högspänningskopplingsenhet—även vanligtvis kallad en "högspänningsbrytare"—och är en av de viktigaste enheterna i en ombordställning. På grund av de strikta säkerhetskraven för högspänningsombordställningar kan personal generellt inte gå in i ombordställningen för att komma nära eller fysiskt komma åt dessa enheter. I daglig liv ser man vanligtvis bara högspänningsledningar på avstånd och får sällan se eller röra vid sådana brytare.

Så, hur ser en högspänningsbrytare egentligen ut? Idag ska vi kortfattat diskutera de vanliga klassificeringarna och strukturtyperna av brytare. Olikt lågspänningsbrytare som vi stöter på i vardagen—som vanligtvis använder endast luft som bågsläckningsmedium—kräver högspänningsbrytare extremt höga prestandakrav när det gäller isolering och bågavbrott, och kräver därför speciella bågsläckningsmedier för att säkerställa elektrisk säkerhet, isoleringens integritet och effektiv bågavbrott. (För mer information om isoleringsmedier, se våra kommande artiklar.)

Det finns två huvudsakliga klassificeringsmetoder för högspänningsbrytare:

1. Klassificering efter bågsläckningsmedium:

(1) Oljebrytare: Vidare indelade i bulk-olja och minimum-olja. I båda öppnas och stängs kontakterna i olja, med transformerolja som bågsläckningsmedium. På grund av begränsad prestanda har dessa typer till stor del avskaffats.

(2) SF₆ eller miljövänliga gasbrytare: Använder svavelhexafluorid (SF₆) eller andra miljövänliga gaser som både isolerings- och bågsläckningsmedier.

(3) Vakuum-brytare: Kontakterna öppnas och stängs i vakuum, där bågavbrott sker under vakuumförhållanden.

(4) Solid-släckningsbrytare: Använder fasta bågsläckningsmaterial som bryts ned vid hög temperatur från en båge, vilket producerar gas för att släcka bågen.

(5) Komprimerad-luftbrytare: Använder högtryckskomprimerad luft för att blåsa bort bågen.

(6) Magnetblåsbrytare: Använder ett magnetfält i luften för att driva bågen in i en båglucka, där den sträcks, kyls och släcks.

Numera använder högspänningsbrytare främst gaser—som SF₆ eller miljövänliga alternativ—som både isolerings- och bågsläckningsmedier. Inom mellanspänningsområdet dominerar vakuum-brytare marknaden. Vakuumteknik har även utökats till spänningsnivåer på 66 kV och 110 kV, där vakuum-brytare redan har utvecklats och distribuerats.

2. Klassificering efter installationsplats:

Inomhus-typ och utomhus-typ.

Dessutom kan högspänningsbrytare kategoriseras i tre strukturella typer baserat på isoleringsmetoden i förhållande till jorden:

1) Livtankbrytare (LTB):
Även kallad LTB. Enligt definition är detta en brytare där avbrottskammaren är innesluten i en behållare som är isolerad från jorden. Strukturellt har den en posttyp-insulator-design. Avbrottskammaren är vid hög potential, innesluten inom en porcelank eller kompositinsulator, och isolerad från jorden via stödinsulatorer.

Viktiga fördelar: Högre spänningsklasser kan uppnås genom att koppla flera avbrottsenheter i serie och öka höjden på stödinsulatorerna. Det är också relativt billigt.

Utrustning baserad på LTB bildar Luftisoleringsswitchgear (AIS), och ombordställningar byggda med AIS kallas AIS-ombordställningar. Dessa erbjuder låg investering och enkel underhåll, men kräver stora arealer och ofta underhåll. De passar väl för landsbygd eller bergsområden där utrymme är gott, miljöförhållanden är gynnsamma och budgetar är begränsade.

2) Döttankbrytare (DTB):
Aven förkortad som DTB. Definieras som en brytare där avbrottskammaren är innesluten i en jordad metalltank. Den ledande vägen leder ut genom bushingar.

Det grundläggande skillnaden mellan LTB och DTB ligger i jordningen: i DTB är tanken vid jordpotential.

Fördelar inkluderar möjligheten att integrera strömmätare (CT) direkt på bushingarna, kompakt struktur, signifikant minskad fotavtryck jämfört med LTB, bättre miljöresistens (lämplig för hårda förhållanden) och lägre tyngdpunkt—vilket resulterar i bättre seismisk prestanda. Den huvudsakliga nackdelen är högre kostnad.

Switchgear baserad på DTB kallas Hybrid Gas-Insulated Switchgear (HGIS), och den resulterande ombordställningen kallas HGIS-ombordställning.

3) Fullständigt innesluten kombinerad struktur – Gas-isolerad metallinkapslad switchgear, vanligtvis kallad GIS (Gas-Insulated Switchgear) i högspänningsapplikationer. Detta term täcker bredt sådan utrustning. Brytarkomponenten själv kan också specifikt kallas GCB (Gas-Insulated Circuit Breaker).

Även om liknande DTB i att avbrottskammaren är innesluten, skiljer sig GIS genom att den integrerar inte bara brytaren utan även andra nödvändiga ombordställningskomponenter—inklusive avkopplingar, jordningskopplingar, instrumenttransformatorer, överbelastningsbeskydd och busbar—allt inneslutet i en jordad metallbehållare fylld med förtryckt SF₆ (eller alternativ isoleringsgas). Anslutningar till externa överbystänger görs via bushingar eller dedikerade gaskompartement.

Ombordställningar byggda på detta sätt kallas GIS-ombordställningar (eller Gas-Isolerade Ombordställningar enligt IEEE-standarder). GIS är idealisk för urbana områden där mark är dyrt, eller för kritiska anläggningar som stora vattenkraftverk eller kärnkraftverk som kräver ultra-hög tillförlitlighet.

Nu bör skillnaderna mellan högspänningsbrytartyper—LTB, DTB, GCB—och motsvarande ombordställningskonfigurationer—AIS, HGIS, GIS—vara klara.