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 (interrumpin, 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 kaputanan sa sistema ng kuryente, ang mga protective relays ay pumipigil ng circuit breaker upang interrumpon ang load current o short-circuit current, na siyang nagpapatunay ng ligtas na operasyon ng sistema ng kuryente.

Ang high-voltage circuit breaker ay isang uri ng high-voltage switching device—na karaniwang tinatawag din bilang “high-voltage switch”—at isa ito sa mga pangunahing gamit sa substation. Gayunpaman, dahil sa mahigpit na mga pangangailangan sa kaligtasan sa high-voltage substations, hindi karaniwan na makapasok ang mga tao sa substation upang makalapit o pisikal na maabot ang mga gamit na ito. Sa araw-araw na buhay, madalas lamang nakikita mula malayo ang mga high-voltage transmission lines at malamang na hindi makakakita o makakasalubong ang mga switch tulad nito.

Kaya, ano talaga ang hitsura ng isang high-voltage circuit breaker? Ngayon, ipagbibigay alam namin ang karaniwang mga pagkaklase at estruktural na mga anyo ng mga circuit breaker. Hindi katulad ng mga low-voltage switches na nakakasalubong natin sa araw-araw na buhay—na karaniwang gumagamit lamang ng hangin bilang arc-quenching medium—ang mga high-voltage circuit breaker ay nangangailangan ng napakataas na performance sa insulasyon at arc interruption, at kaya nangangailangan ng espesyal na arc-quenching media upang matiyak ang electrical safety, insulation integrity, at epektibong pagpapatigil ng arc. (Para sa higit pang detalye tungkol sa insulating media, mangyaring tumingin sa aming susunod na mga artikulo.)

May dalawang pangunahing paraan ng pagkaklase para sa high-voltage circuit breakers:

1. Pagkaklase batay sa arc-quenching medium:

(1) Oil Circuit Breakers: Mas pinaghihiwalay pa sa bulk-oil at minimum-oil types. Sa parehong mga ito, 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 ito ay halos nawala 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 pagpapatigil ng arc ay nangyayari sa ilalim ng 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 patigilin ang arc.

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

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

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 pamilihan. Ang teknolohiya ng vacuum ay kahit na naipakilala na sa 66 kV at 110 kV voltage levels, kung saan ang mga vacuum circuit breakers ay naipagtatag na at na-deploy.

2. Pagkaklase batay sa lokasyon ng pag-install:

Indoor-type at outdoor-type.

Karagdagang base sa paraan ng insulasyon relative sa lupa, ang mga high-voltage circuit breakers ay maaaring ikategorya sa tatlong estruktural na anyo:

1) Live-Tank Circuit Breaker (LTB):
Tinatawag din ito bilang LTB. Ayon sa definisyon, ito ay isang circuit breaker kung saan ang interrupter chamber ay nakakalakip sa loob ng enclosure na insulated mula sa lupa. Estruktural, ito ay may disenyo ng post-type insulator. Ang interrupter ay nasa mataas na potential, nakakalakip sa loob ng porcelana o composite insulator, at insulated mula sa lupa sa pamamagitan ng support insulators.

Pangunahing mga abante: 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 rin ay relatibong mababa ang gastos.

Ang equipment na 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 nagbibigay ng mababang investment at simple maintenance ngunit nangangailangan ng malaking lupain at madalas na pag-aalamin. Ang mga ito ay mainam para sa mga rural o bundok na lugar kung saan ang espasyo ay sapat, ang kondisyong pangkalikasan ay paborable, at ang budget ay limitado.

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

Narito, ang pundamental na pagkakaiba-iba sa pagitan ng LTB at DTB ay nasa grounding: sa DTB, ang tank ay nasa earth potential.

Ang mga abante ay kinabibilangan ng kakayahan na direktang i-integrate ang current transformers (CTs) sa mga bushings, compact structure, mas maliit na footprint kumpara sa LTB, mas mahusay na environmental resilience (mainam para sa harsh conditions), at mas mababang center of gravity—na nagreresulta sa mas mahusay na seismic performance. Ang pangunahing kadahilanan ng pagkakabalisa ay mas mataas na gastos.

Ang switchgear na 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 termino na ito ay malawak na sumasaklaw sa ganitong klaseng equipment. Ang circuit breaker component mismo ay maaari ring tawagin bilang GCB (Gas-Insulated Circuit Breaker).

Bagama't parang DTB kung saan ang interrupter ay nakakalakip, ang GIS ay naiiba dahil ito ay nag-iintegrate 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 nakakalakip 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 ganitong paraan ay kilala bilang GIS substations (o Gas-Insulated Substations ayon sa IEEE standards). Ang GIS ay ideal para sa urban areas kung saan ang lupain ay mahal, o para sa mga critical facilities tulad ng malalaking hydroelectric o nuclear plants na nangangailangan ng ultra-high reliability.

Hanggang ngayon, ang mga pagkakaiba-iba sa pagitan ng mga uri ng high-voltage circuit breaker—LTB, DTB, GCB—and ang kasabay na substation configurations—AIS, HGIS, GIS—ay dapat malinaw na.