Порівняльний аналіз технологій високовольтних комутаційних пристроїв

Переключатель навантаження — це вид комутаційного пристрою, розташований між автоматичними вимикачами та відокремлювачами. Він має простий пристрій для гасіння дуги, здатний переривати номінальний струм навантаження та деякі перевантаження, але не може переривати струм короткого замикання. Переключачі навантаження можна поділити на високонапівні та низьконапівні залежно від напруги їх роботи.

Високонапівний переключач навантаження з твердим газогенеруючим матеріалом: Цей тип використовує енергію власної дуги для створення газу з газогенеруючих матеріалів у камері дуги, який гасить дугу. Його конструкція проста і вартість невелика, що задовольняє загальні вимоги застосування.

Високонапівний переключач навантаження з компресованим повітрям: Цей тип використовує компресоване повітря від поршня під час процесу відкриття для вигнання дуги. Під час переривання поршень стискає газ, який викидається для гасіння дуги. Відмінні ізоляційні властивості газу SF6 дозволяють швидко гасити дугу, хоча конструкція трохи складніша, і сопло для газу повинно бути виготовлене з термостійких матеріалів, таких як політетрафторетилен (PTFE).

Екологічні газові кільцеві головні також використовують конструкції переключачів з компресованим повітрям, які можуть працювати без вакуумних вимикачів. Вони можуть повністю замінити комбінації переключачів навантаження з запалками для захисту трансформаторів, задовольняючи сприяння клієнтів до запалок замість автоматичних вимикачів для швидкого вилучення аварійних ситуацій у трансформаторах.

Високонапівний переключач навантаження з вакуумом: Цей тип використовує вакуумну середовище для гасіння дуги, що забезпечує довгу електричну життєвий цикл, але за відносно вищою ціною. Сучасні екологічні газові кільцеві головні в основному використовують трипозиційні перемикачі, поєднані з вакуумними переключачами навантаження.

Високонапівний переключач навантаження, занурений у масло: Цей тип використовує енергію власної дуги для розкладу та парування оточуючого масла, яке охолоджує та гасить дугу. Його конструкція відносно проста, але важка, часто використовується в американських упакованих підстанціях.

Високонапівний переключач навантаження з SF6: Цей тип використовує газ SF6 для гасіння дуги, застосовується в повністю ізольованих або газових сумках із ізоляцією кільцевих головних. Він має відмінні характеристики при перериванні ємкісних струмів. Методи гасіння дуги SF6 включають гасіння дуги решітками, гасіння дуги котушками та гасіння дуги компресованим повітрям. Метод гасіння дуги решітками широко використовується, використовуючи конструкцію, подібну до низьконапівних повітряних автоматичних вимикачів. Під час переривання дуга розрізається та поглинається решіткою для гасіння, що охолоджує та гасить дугу. Решітки для гасіння дуги можуть бути виготовлені з ізоляційних або металевих матеріалів.

Конструкція решітки для гасіння дуги проста і може задовольняти загальні вимоги до кільцевих головних, такі як вимоги E2 до електричного життєвого циклу. Для покращення продуктивності необхідна оптимізація матеріалів та конструкції.

Котушка для гасіння дуги використовує електромагнітну котушку, коли рухомі та фіксовані контакти розділяються, створюючи дугу, корінь дуги переноситься до металевого сердечника всередині котушки споживання. Струм, що проходить через котушку споживання, створює магнітне поле, яке діє на дугу, створюючи силу Лоренца, що заставляє корінь дуги обертатися на високій швидкості навколо сердечника котушки. Це охолоджує дугу, постійно викриваючи її свіжим газом SF6, гасячи її, коли струм переходить через нуль. Котушки споживання мають відмінні характеристики гасіння та довгий електричний життєвий цикл, здатні витримувати 200 операцій переривання активного навантаження.

Для досягнення заміни SF6 розроблені паралельні вакуумні переключачі для гасіння дуги. Під час переривання паралельний вакуумний вимикач перенаправляє струм дуги в вакуумний вимикач для гасіння. У порівнянні з послідовним вакуумним гасінням, цей метод спрощує механізм роботи, зберігаючи той самий механізм роботи, що і в переключачах навантаження з SF6. Він має компактні розміри, зручний монтаж, легке управління та низьку вартість.

Збільшенням відстані між контактами та іншими методами можна досягти гасіння дуги екологічними газами, справді реалізовуючи заміну SF6 екологічними газами в кільцевих головних без збільшення вартості (без використання вакуумних вимикачів).