Ang kasamtangan nga sitwasyon ug tendensya sa pagbutok sa high-voltage SF6 circuit breakers

Ang mga high-voltage circuit breakers, o mas kilala isip high-voltage switches, adunay sapat nga kapabilidad sa pag-interrupt ug pag-eliminate sa ark. Mahimo nilang putlihon ug ibalik ang no-load current ug load current sa mga high-voltage circuits, ug kung may fault sa sistema, makapagtugon sila kasama ang mga protection devices ug automatic devices aron mabilis nga maputli ang fault current, mabawasan ang sakop sa brownout, ug maprevent ang pagdako sa accident. Daghan kaayo ang importansya niini para sa pagseguro sa safe operation sa power system.

Ang mga high-voltage circuit breakers nagsugyot gikan sa oil circuit breakers, compressed air circuit breakers, vacuum circuit breakers, ug SF₆ circuit breakers. Sa dihang duol, ang unang duha nga klase naglangkob na, ug ang SF₆ circuit breakers mas gamit kaysa sa huling duha. Ang mga SF₆ circuit breakers nagsugyot sa lawas nga 1970s. Gigamitan sila og sulfur hexafluoride isip arc-extinguishing medium. Kini nga tipo sa circuit breaker adunay dako nga interrupting capacity. Sa free interruption conditions, ang iyang interrupting capacity mahimong 10 ka beses mas taas kaysa sa uban pang circuit breakers. Naglakip kini og importanteng papel sa stable ug safe operation sa power system, ug importante usab kini sa economic ug social benefits.

1. Performance sa SF₆ Circuit Breakers

Ang mga SF₆ circuit breakers wala magamit og oil ug gigamitan og SF₆ gas isip insulating ug arc-extinguishing medium. Ang ilang insulation performance ug arc-extinguishing characteristics mas taas kaysa sa oil circuit breakers. Ang sulfur hexafluoride circuit breakers adunay sumala nga katangian:

• Strong arc-extinguishing ability, mataas nga dielectric strength, ug mataas nga withstand voltage value sa unit fracture. Taliwala niini, sa parehas nga rated voltage level, ang bilang sa series fracture ports required gibawason, nag-improve ang economic performance sa product.

• Tahom nga electrical life. Mahimo silang mag-interrupt sa full capacity nga 50kA hangtod sa 19 ka beses, ug ang cumulative interrupting current mahimong maabot sa 4200kA. Ang maintenance cycle matagal, ug angkop sa frequent operation.

• Maayo nga interrupting performance. Taliwala sa electronegativity sa SF₆ gas, adunay strong nga capability sa pag-adsorb sa free electrons. Ang ark nga nabuo sa SF₆ makatabang sa pag-form sa "arc column structure" (arc core ug arc sheath). Ang diffusion sa ionized plasma gi-limit, makaeffective ang recombination sa ions. Ang interrupting current dako, mahimong maabot ang 80-100kA, ug mahimong 200kA. Ang arc-extinguishing time maayo, karaniha 5-15ms. Sa parehas nga panahon, ang interrupting performance sa reverse-phase interruption, near-zone faults, unloaded long lines, ug transformer no-load conditions usab maayo.

• Mataas nga insulation performance. Ang insulation strength sa SF₆ mahimong 5-10 ka beses mas taas kaysa sa air.

• Ang SF₆ gas walay kulay, walay amoy, non-toxic, non-flammable, ug napaka-stable nga gas nga dili madaling makareact sa uban pang substances. Kasagaran, kung ang circuit breaker gibukas, ang pressure increase gikan sa arc heating labi ka gamay, nag-seguro sa reliable operation ug prevention sa explosion accidents.

2. Development sa High-voltage SF₆ Circuit Breakers
2.1 Double-pressure SF₆ Circuit Breakers

Duha ka SF₆ gas systems (high-pressure system ug low-pressure system) gitumong sa circuit breaker. Sulod lamang sa opening process, ang high-pressure chamber moglow sa low-pressure chamber pinaagi sa control sa blowing valve aron makabuo og high-pressure gas flow. Pagkahuman sa interruption, ang blowing valve gisara. Ang principle sa arc extinguishing chamber mao ang gas compressor ug pipes giconnect sa tibuok sa high-pressure chamber ug low-pressure chamber. Kon ang gas pressure sa high-pressure chamber mobaba o ang gas pressure sa low-pressure chamber mobo-obo ngadto sa certain limit, ang gas compressor mohimo sa pump sa SF₆ gas sa low-pressure chamber ngadto sa high-pressure chamber, form og automatic closed-loop gas system.

2.2 Single-pressure SF₆ Circuit Breakers

Ang single-pressure structure simple ug makapili sa wide range sa ambient temperatures. Ang gas compression type usab nagsugyot sa development process: sa arc blowing, ang first-generation single-pressure type adunay single-blow structure, gamay nga interrupting current (karaniha 31.5kA) ug low fracture port voltage (karaniha 170kV). Ang second-generation single-pressure type adunay double-blow structure, ang interrupting current nahimo og (40-50kA), ang fracture port voltage gihapon gamay. Karaniha, ang 252kV products adunay double fracture ports. Ang third-generation single-pressure type adunay double-blow structure supplemented by thermal expansion effect (hybrid arc extinguishing). Ang interrupting current dako, nahimo og 63kA, ug ang fracture port voltage taas. Ang single fracture port mahimong maabot ang 252kV, 363kV, 420kV, ug mahimong 550kV.

Sa development sa single-pressure type, gikan sa perspective sa arc extinguishing chamber, giadopt ang smaller gas compression piston. Ang advantages gihatag sa pagbawas sa piston sa arc extinguishing chamber mao ang sumala:

• Ang mass sa entire motion system sa interruption process sa product gibaon.

• Ang operating power sa product gibaon.

• Mas easy ang buffering sa product, ug matagal ang mechanical life.

2.3 Self-energy SF₆ Circuit Breakers

Ang self-energy SF₆ circuit breakers adunay duha ka arc extinguishing principles: ang thermal expansion principle ug ang arc rotation principle. Sa kasagaran, ang majority sa self-energy circuit breakers gigamit ang thermal expansion principle. Ang self-energy principle mao ang paggamit sa arc energy aron maheat ang SF₆ gas sa expansion chamber, build pressure, form gas flow, ug eliminate ang ark. Apan, kon interrupting small currents, tungod sa gamay nga arc energy, kinahanglan og small piston aron kompres ang gas aron mabuo ang auxiliary blow. Tungod sa significant reduction sa operating power, mahimo ang paggamit sa spring operating mechanism nga simple ang structure. Ang thermal expansion type kasagaran nagsugyot sa second generation. Ang first-generation products nakamit ang effect sa pagbawas sa operating power pinaagi sa pagbawas sa gas compression energy required sa arc extinguishing. Ang diameter sa gas compression piston design gikan sa 30% sa maximum fault current, ug ang motion mass gibaon, nagbawas sa operating power. Ang second-generation products pausab ang thermal expansion effect ug interrupting performance, maayo ang interrupting sa capacitive current, ug mas gibaon ang operating power.

2.4 Intelligent SF₆ Circuit Breakers

Ang usa ka characteristic sa modern high-voltage circuit breakers mao ang intelligence, nagsugyot gikan sa traditional electromechanical systems ngadto sa modern intelligent systems centered around computers. Sa kasagaran, ang online detection contents sa high-voltage circuit breakers mao ang sumala:

• SF6 gas;

• Operating mechanism system;

• Release;

• Control and auxiliary circuits;

• Power transmission chain.

Pinaagi niining detection, mahimong ma-discover ang 90% sa mga faults. Ang online detection makapuli sa regular maintenance sa circuit breakers ngadto sa real-time condition-based maintenance.

3. Porcelain Post Type ug Tank Type SF₆ Circuit Breakers ug Ilang Applications

Ang China nagsugyot sa paggamit sa SF₆ circuit breakers sa 1970, kung ang Northeast Electric Power Administration importa og tulo ka H-912 type 220KV double-pressure porcelain post type SF₆ circuit breakers nga giproduce sa Siemens gikan sa abroad ug install sa HuShitai primary substation sa Shenyang. Mas sayon pa sila ngayon.

Ang high-voltage sulfur hexafluoride circuit breakers gilinawon pinaagi sa kanilang structure isip porcelain post type ug tank type. Sa pag-compare sa duha, adunay la silay ka mga characteristics:

• Ang both porcelain post type ug tank type high-voltage SF₆ circuit breakers makapili sa requirements sa high voltage ug large capacity. Ang arc extinguishing chamber sa porcelain post type install sa insulating support. Pinaagi sa connection sa arc extinguishing chambers in series ug install sa insulating support sa appropriate height, mahimo ang pagkuha sa any rated voltage value. Ang insulating support mostly porcelain post, ug organic composite supports usab nagsugyot. Ang arc extinguishing chamber sa tank type install sa metal tank connected to the ground potential. Sa high voltage, multiple arc extinguishing chambers required connect in series ug install sa same tank for each phase.

• Installation sa current transformers. Sa pag-install sa current transformers, ang porcelain post type circuit breakers disadvantage. Tungod kay ang arc extinguishing chamber sa porcelain post type install sa inside sa insulator ug on top sa insulating support, ang current transformer required separate installation on its own insulating support. Apan, ang bushing type current transformer install sa bushing sa tank type circuit breaker. Sa some application scenarios, ang circuit breaker dili required equipped with a current transformer, especially kung gamiton isip switch for switching capacitor banks ug shunt reactors. Ania, ang price sa porcelain post type only 60% sa tank type circuit breaker, ug due to use of multiple fracture ports, mas maayo ang resist strikes.

• External withstand voltage capacity. Gikan sa perspective sa external withstand voltage, ang multiple series arc extinguishing chambers sa porcelain post type circuit breaker makapili sa any rated voltage value, apan ang external insulation withstand capacity limited by length of the arc extinguishing chamber itself. Para sa tank type circuit breaker, as long as necessary withstand capacity developed sa reducing number of fracture ports, makaproduce ang insulating bushing. Therefore, ang tank type circuit breaker makapili sa single fracture port of 550kV/63kA ug double fracture port of 1100kV/50kA.

• Consumption sa SF₆ gas. Sa consumption sa SP6 gas, ang porcelain post type superior sa tank type. Ang gas consumption sa tank type circuit breaker much higher than porcelain post type.

• Environmental adaptability. Gikan sa perspective sa environmental adaptability, ang large-volume tank type circuit breaker shows its advantages. Makainstall ang heater sa tank type circuit breaker, apan dili sa porcelain post type.

• Seismic resistance. Gikan sa perspective sa seismic resistance, ang tank type circuit breaker far better than porcelain post type. Tungod kay ang porcelain post type circuit breaker high center of gravity, poor ang seismic resistance.

• Price comparison. Sa price, para sa same capacity, ang porcelain post type circuit breaker better than tank type. Generally, ang price sa tank type circuit breaker about 20% higher than porcelain post type circuit breaker with external current transformer (such as SF₆ transformer).

4. Issues to be Noted During the Operation and Maintenance of SF₆ Circuit Breakers

Arong strictly control ang gas leakage ug prevent moisture ug dampness from invading the box, ang processing technology ug material requirements much higher than general high-voltage electrical appliances. Sa same time, special SF₆ gas system required, including valve with good sealing performance, leak detection equipment, gas recovery device, ug pressure monitoring. In addition, due to large consumption of metal, increased ang manufacturing complexity.

Pure SF₆ gas colorless, odorless, non-toxic, ug non-flammable. But, sa synthesis sa sulfur hexafluoride, low-fluoride compounds of sulfur produced, toxic. Sa circuit breaker, ang gas will be decomposed under high temperature of the arc through dissociation ug ionization, generating highly toxic gases. Therefore, installed ang adsorber sa circuit breaker, ug placed activated aluminum to absorb these toxic gases.

Even so, special attention should be paid to preventing poisoning during maintenance. Therefore, evacuate ug discharge cleanly ang gas before work. If unpleasant odor still smelled, wear gas mask ug rubber gloves. In addition, ang arc decomposition products also contain some metal fluorides, scattered in powder form sa circuit breaker. Although these powders not highly toxic substances, precautions should still be taken to prevent inhalation during cleaning.

5. Conclusion

With continuous increase sa voltage sa power system, whether it is the porcelain post type or the tank type of SF₆ circuit breakers, constantly evolving with technological progress. In particular, in recent years, developed ug applied ang self-energy arc extinguishing principle, high pressure used to form gas blow to extinguish the arc. Reduced ang number of fracture ports, ug decreased ang consumption of materials.

Due to relatively high price ug high requirements for application, management, ug operation of SF₆ gas, not widely applied in medium voltage (35kV, 10kV). In general, high-voltage SF₆ circuit breakers have broad application prospect, ug technological research, development, ug upgrading of products will bring significant economic ug social benefits.