LTB vs DTB vs GIS: порівняння високовольтних вимикачів

Основне значення високовольтного автоматичного вимикача полягає, коротко кажучи, у тому, що при нормальних умовах він використовується для відключення (переривання, спрацювання) та підключення (закриття, повторне закриття) цепин, ліній живлення або конкретних навантажень — таких як ті, що з'єднані з трансформаторами або банками конденсаторів. Коли в системі живлення виникає аварія, захисні реле активують автоматичний вимикач, щоб перервати струм навантаження або струм короткого замикання, забезпечуючи безпечну роботу системи живлення.

Високовольтний автоматичний вимикач є типом високовольтного комутаційного пристрою — також часто називається "високовольтним вимикачем" — і є одним з ключових обладнань на підстанції. Однак через строгі вимоги безпеки високовольтних підстанцій, особистий персонал зазвичай не може зайти на підстанцію, щоб наблизитися чи фізично доступитися до цих пристроїв. У повсякденному житті зазвичай можна побачити високовольтні лінії передачі лише здалеку, і рідко доводиться спостерігати чи торкатися таких вимикачів.

Отже, як виглядає високовольтний автоматичний вимикач? Сьогодні ми коротко обговоримо типові класифікації та конструктивні типи вимикачів. На відміну від низьковольтних вимикачів, з якими ми зустрічаємося в повсякденному житті, які зазвичай використовують лише повітря як середовище для гасіння дуги, високовольтні автоматичні вимикачі потребують надзвичайно високої продуктивності щодо ізоляції та гасіння дуги, і тому потребують спеціального середовища для гасіння дуги, щоб забезпечити електричну безпеку, цілісність ізоляції та ефективне гасіння дуги. (Детальніше про ізоляційні середовища див. у наших наступних статтях.)

Існує два основні способи класифікації високовольтних автоматичних вимикачів:

1. Класифікація за середовищем гасіння дуги:

(1) Масляні вимикачі: поділяються на масляні з великим об'ємом масла та масляні з малим об'ємом масла. У обох випадках контакти відкриваються та закриваються в маслі, використовуючи трансформаторне масло як середовище для гасіння дуги. Через обмежену продуктивність ці типи були переважно виведені з експлуатації.

(2) Вимикачі з SF₆ або екологічно чистим газом: використовують шестіфторид сірки (SF₆) або інші екологічно чисті гази як ізоляційне та середовище для гасіння дуги.

(3) Вакуумні вимикачі: контакти відкриваються та закриваються в вакуумі, де гасіння дуги відбувається в умовах вакууму.

(4) Вимикачі з твердим середовищем для гасіння дуги: використовують тверді матеріали для гасіння дуги, які розкладаються при високій температурі дуги, виробляючи газ для її гасіння.

(5) Вимикачі з компресованим повітрям: використовують високотискове компресоване повітря для віддуву дуги.

(6) Вимикачі з магнітним дуванням: використовують магнітне поле в повітрі для віддуву дуги в канал гасіння, де вона розтягується, охолоджується та гаситься.

Сьогодні високовольтні автоматичні вимикачі переважно використовують гази, такі як SF₆ або екологічні альтернативи, як ізоляційне та середовище для гасіння дуги. У середньовольтному діапазоні домінують вакуумні вимикачі. Технологія вакууму була розширена до напруг 66 кВ та 110 кВ, де вже розроблені та впроваджені вакуумні вимикачі.

2. Класифікація за місцем встановлення:

Внутрішні та зовнішні.

Крім того, на основі методу ізоляції відземлею, високовольтні автоматичні вимикачі можна розбити на три конструктивні типи:

1) Живильний вимикач (LTB):
Також просто називається LTB. За визначенням, це вимикач, в якому камера переривання розташована в оболонці, ізольованій від землі. Конструктивно він має стовпчастий дизайнерський ізолятор. Переривач знаходиться на високому потенціалі, розташований всередині порцелянового або композитного ізолятора, і ізольований від землі через опорні ізолятори.

Основні переваги: Більш високі напруги можна досягти, з'єднуючи кілька переривачів в ряд і збільшуючи висоту опорних ізоляторів. Також він відносно дешевий.

Обладнання на основі LTB формує Повітряно-ізольоване комутаційне обладнання (AIS), а підстанції, побудовані з AIS, називаються AIS-підстанціями. Вони пропонують низьку вартість інвестицій та просте обслуговування, але потребують великої площі та частого обслуговування. Вони добре підходять для сільських або горних регіонів, де простора ділянка, сприятливі екологічні умови та обмежений бюджет.

2) Заземлений вимикач (DTB):
Також скорочено як DTB. Визначається як вимикач, в якому камера переривання розташована в заземленій металевій оболонці. Електропровідний шлях виводиться через бушінги.

Фундаментальна відмінність між LTB та DTB полягає у заземленні: у DTB оболонка знаходиться на земельному потенціалі.

Переваги включають можливість інтеграції трансформаторів струму (CT) безпосередньо на бушінги, компактну конструкцію, значно меншу площа порівняно з LTB, кращу стійкість до екологічних умов (придатні для складних умов), нижчий центр тяжіння — що забезпечує кращу сейсмічну стійкість. Основний недолік — вища вартість.

Комутаційне обладнання на основі DTB називається Гібридним газово-ізольованим комутаційним обладнанням (HGIS), а отримана підстанція називається HGIS-підстанцією.

3) Повністю об'єднана комбінована конструкція — Газово-ізольоване металево-об'ємне комутаційне обладнання, зазвичай називається GIS (Газово-ізольоване комутаційне обладнання) у високовольтних застосуваннях. Цей термін загально покриває таке обладнання. Сам компонент вимикача також може бути окремо названий GCB (Газово-ізольований вимикач).

Хоча схожий на DTB тим, що переривач розташований в оболонці, GIS відрізняється тим, що він інтегрує не лише вимикач, але й інші важливі компоненти підстанції, включаючи відлучники, заземлювачі, інструментальні трансформатори, захисні пристрої, а також шини, всі запечатані в заземлену металеву оболонку, заповнену тисненим SF₆ (або альтернативним ізоляційним газом). З'єднання з зовнішніми висотними лініями відбувається через бушінги або спеціальні газові камери.

Підстанції, побудовані таким чином, називаються GIS-підстанціями (або Газово-ізольованими підстанціями за стандартами IEEE). GIS ідеальний для міських районів, де земля дорога, або для важливих об'єктів, таких як великі гідроелектростанції або атомні електростанції, які потребують надзвичайно високої надійності.

На цьому моменті повинні бути зрозумілі відмінності між типами високовольтних автоматичних вимикачів — LTB, DTB, GCB — та відповідними конфігураціями підстанцій — AIS, HGIS, GIS.