Как вакуумная технология заменяет SF6 в современных кольцевых главных распределительных устройствах

Кольцевые распределительные устройства (КРУ) используются в вторичном распределении электроэнергии, непосредственно подключаясь к конечным пользователям, таким как жилые комплексы, строительные площадки, коммерческие здания, автомагистрали и т. д.

В жилой подстанции КРУ вводит среднее напряжение 12 кВ, которое затем понижается до низкого напряжения 380 В через трансформаторы. Низковольтное распределительное устройство распределяет электроэнергию на различные пользовательские единицы. Для распределительного трансформатора мощностью 1250 кВА в жилом комплексе кольцевое распределительное устройство обычно имеет конфигурацию с двумя входящими линиями и одной исходящей линией, или двумя входящими линиями с несколькими исходящими линиями, где каждая исходящая цепь подключена к трансформатору. Для трансформатора мощностью 1250 кВА ток на стороне кольцевого распределительного устройства 12 кВ составляет 60 А. Используется комбинированная ячейка предохранителя и выключателя нагрузки (FR-ячейка), состоящая из выключателя нагрузки и предохранителя. Применяется предохранитель на 100 А, где выключатель нагрузки управляет подачей или отключением трансформатора, а предохранитель обеспечивает защиту от короткого замыкания для трансформатора. Трансформатор мощностью 1250 кВА выдает низковольтный ток 380 В в 2500 А, который распределяется через стандартизированные низковольтные распределительные устройства Государственной сети.

КРУ с газовой изоляцией SF6 имеют компактные размеры, а конструкция с общим баком еще меньше и экономически эффективнее. Благодаря отличным диэлектрическим и дугогасительным свойствам газа SF6, выключатели нагрузки внутри распределительного устройства используют газ SF6 для гашения дуги, способны прерывать как изолирующие, так и активные нагрузочные токи до 630 А.

Для экологически чистых газовых КРУ, из-за отсутствия альтернативного экологически чистого газа, который бы соответствовал SF6 по диэлектрическим и дугогасительным свойствам, и поскольку разъединители не могут прерывать нагрузочный ток, часто используется комбинация разъединителя и вакуумного выключателя нагрузки, чтобы выполнить функцию, которая ранее требовала только одного выключателя.

В верхнем ряду на рисунке ниже показана основная схема цепи традиционного КРУ с газовой изоляцией SF6, а в нижнем ряду — основная схема цепи экологически чистого газового КРУ.

Можно видеть, что для шкафа типа F с выключателями нагрузки для ввода и вывода требуется изоляция плюс вакуумный выключатель; для выходного FR-шкафа трансформатора также требуется изоляция плюс вакуумный выключатель плюс предохранитель, что делает конфигурацию переключения более сложной.

Электрические параметры выключателя нагрузки кольцевого распределительного устройства следующие:
• Номинальный ток: 630 А
• Номинальный кратковременный выдерживаемый ток: 20/4 (25/4*) кА/4 с
• Номинальный ток короткого замыкания при включении: 50 (63*) кА
• Механическая выносливость выключателя нагрузки: класс M1, 5000 операций
• Механическая выносливость заземляющего выключателя: класс M1, 3000 операций
• Электрическая выносливость выключателя нагрузки: класс E3, 200 операций

Поэтому Schneider представила метод параллельного гашения дуги в вакууме, то есть установку вакуумного прерывателя параллельно внутри выключателя. Во время процесса отключения движущийся контактный механизм вакуумного прерывателя синхронно приводится в действие, переводя дугу в вакуумный прерыватель, где она гасится.

После гашения дуги контакты вакуумного прерывателя возвращаются в закрытое положение, и во время последующего процесса включения выключателя вакуумный прерыватель не действует.

Такая конструкция требует только одного механизма управления, в отличие от двух отдельных конструкций разъединителя и вакуумного выключателя, что приводит к меньшему размеру и более низкой стоимости. Однако, по сравнению с двумя независимыми выключателями, параллельный механизм переключения предъявляет более высокие требования к проектированию, производственному процессу и надежности, чтобы обеспечить точную работу выключателя.

Этот тип параллельного вакуумного прерывателя выключателя нагрузки представлен в различных конструктивных формах, но принцип работы остается одинаковым.

Миниатюрный вакуумный прерыватель интегрирован с основными контактами выключателя, служа только для прерывания малых токов до 630 А.

С учетом целей "Двойного углерода", экологически чистые газовые распределительные устройства представляют собой неизбежный тренд. Без технологического прогресса простое накопление компонентов приводит к увеличению потребления материалов и ресурсов, повышению потерь и препятствует устойчивому развитию. В то время как исследуются новые альтернативные газы и методы гашения дуги, поиск решений, которые упрощают механизмы, облегчают эксплуатацию и повышают надежность, является жизнеспособным путем для передовых производителей оборудования и продуктов. Клиентам также следует выбирать технологически продвинутые альтернативные продукты, чтобы помочь достичь целей Двойного углерода раньше.