המצב הנוכחי והטנדה התפתחותית של מפצלים בעלי מתח גבוה מסוג SF6

מחסומים בתension גבוהה, המכונים גם מפסקים בתENSION גבוהה, הם בעלי יכולת הפסקה וכיבוי קשת מספקת. הם יכולים לא רק לחתוך ולפתוח את הזרם ללא עומס והזרם המטען של מעגלים בתENSION גבוהה, אלא גם, במקרה של תקלה במערכת, לעבוד בשיתוף עם מכשירי הגנה ומכשירים אוטומטיים כדי להפסיק במהירות את זרם התקלה, מצמצמים את טווח החשמל שנתקע ומונעים את הרחבת התאונה. זה חשוב מאוד להבטיח את הפעולה הבטוחה של מערכת החשמל.

מחסומים בתENSION גבוהה עברו דרך מחסומים שומן, מחסומים אוויר דחוס, מחסומים ריק ואחריהם מחסומים SF₆. מהן, שני הסוגים הראשונים הופסקו בהדרגה, ומחסומים SF₆ נמצאים בשימוש רחב יותר בהשוואה לשני האחרונים. מחסומים SF₆ הוכנסו לשימוש רחב בתחילת שנות ה-70. הם משתמשים בסולפור הקספלואוריד כחומר כיבוי הקשת. סוג זה של מחסום יש לו יכולת הפסקה גדולה. בתנאי הפסקה חופשיים, יכולת ההפסקה שלו היא בערך פי 10 גבוהה מזו של מחסומים אחרים. הוא משחק תפקיד חשוב באופרציה יציבה ובטוחה של מערכת החשמל וחשוב מאוד גם מבחינה כלכלית וחברתית.

1. ביצועים של מחסומים SF₆

מחסומים SF₆ הם ציוד חילוף חסר שמן המשתמש בגז SF₆ כאינסולציה וכחומר כיבוי הקשת. ביצועי האינסולציה והמאפיינים של כיבוי הקשת שלהם גבוהים באופן משמעותי מאלה של מחסומים שומן. מחסומים סולפור הקספלואוריד הם בעלי את המאפיינים הבאים:

• יכולת כיבוי קשת חזקה, עוצמת דילקטרית גבוהה וערך עמידות פיצול יחידה גבוה. כתוצאה מכך, באותה רמת מתח מדורגת, מספר הנקודות של פיצולים סדרתיים הנדרשות מצטמצם, משפר את הביצועים הכלכליים של המוצר.

• חיי חשמל ארוכים. הוא יכול להפסיק באופן רציף בקיבולת מלאה של 50kA 19 פעמים, והזרם ההפסקה המצטבר יכול להגיע ל-4200kA. מחזור ההתחזוקה ארוך, והוא מתאים לפעולה תדירה.

• ביצועי הפסקה טובים. בשל האלקטרונגטיביות של גז SF₆, יש לו יכולת בליטה לספיגת אלקטרונים חופשיים. הקשת שנוצרת ב-SF₆ מתייחסת להיווצרות "מבנה עמוד הקשת" (ליבה של הקשת והשרף של הקשת). הפיזור של פלזמה מיוננת מוגבל, מאפשר ריבוי יונים יעיל. הזרם ההפסקה גדול, מגיע ל-80-100kA, ואפילו 200kA. זמן כיבוי הקשת קצר, בדרך כלל 5-15ms. בו זמנית, הביצועים של הפסקה הפוכה, תקלות קרובות, קווי אורך ללא עומס, ותנאי העמסה חסרי טרנספורמטורים גם כן טובים.

• ביצועי אינסולציה גבוהים. עוצמת האינסולציה של SF₆ היא בערך פי 5-10 מהאוויר.

• גז SF₆ הוא ללא צבע, ללא ריח, לא רעיל, לא לחם, וגז מאוד יציב שאינו קל להגיב עם חומרים אחרים. בנוסף, כאשר המחסום נפתח, הלחץ הנוסף הנגרם על ידי החימום של הקשת קטן מאוד, מבטיח פעולה בטוחה למנוע תאונות התפוצצות.

2. פיתוח מחסומים SF₆ בתPRESSION גבוהה
2.1 מחסומים SF₆ בתPRESSION כפולה

שני מערכות גז SF₆ (מערכת בתPRESSION גבוהה ומערכת בתPRESSION נמוכה) מותקנות בתוך המחסום. רק במהלך תהליך הפתיחה, חדר התPRESSION הגבוה זורם לחדר התPRESSION הנמוך באמצעות שליטה בעובש. לאחר שההפסקה הושלמה, עובש מתכווץ. עקרון חדר הכיבוי הוא שיש מנוע לחץ וצינורות המחברים בין חדר התPRESSION הגבוה לחדר התPRESSION הנמוך. כאשר הלחץ בגז בחדר התPRESSION הגבוה יורד או הלחץ בגז בחדר התPRESSION הנמוך עולה עד למגבלת מסוימת, מנוע הלחץ מתחיל לדחוף את גז ה-SF₆ בחדר התPRESSION הנמוך לחדר התPRESSION הגבוה, ליצור מערכת גז סגורה אוטומטית.

2.2 מחסומים SF₆ בתPRESSION אחת

המבנה בתPRESSION אחת פשוט ויכולים להתאים לטווח רחב של טמפרטורות סביבה. סוג הדחיסה של הגז עבר גם הוא תהליך פיתוח: מבחינת הדחיפה של הקשת, הסוג הראשון בתPRESSION אחת הוא מבנה דחיפה יחידה, עם זרם הפסקה קטן (בדרך כלל 31.5kA) ומתח נמוך (בדרך כלל 170kV). הסוג השני בתPRESSION אחת הוא מבנה דחיפה כפולה, עם זרם הפסקה שמגיע ל-(40-50kA), והמתח עדיין נמוך. בדרך כלל, מוצרים של 252kV הם עם שתי נקודות פיצול. הסוג השלישי בתPRESSION אחת הוא מבנה דחיפה כפולה משלים על ידי השפעת הרחבת חום (כיבוי קשת מעורב). זרם ההפסקה גדול, מגיע ל-63kA, והמתח גבוה. נקודת פיצול אחת יכולה להגיע ל-252kV, 363kV, 420kV, ואפילו 550kV.

פיתוח הסוג בתPRESSION אחת, מהפרספקטיבה של חדר הכיבוי, אימץ פיסטון דחיסה קטן יותר של הגז. היתרונות הנובעים מההקטנת הפסטון בחדר הכיבוי הם כדלקמן:

• המסה של כל מערכת התנועה במהלך תהליך ההפסקה של המוצר מופחתת.

• הכוח ההפעלה של המוצר מופחת.

• ההצמדת המוצר נעשית קלה יותר, והחיים המכניים ארוכים.

2.3 מחסומים SF₆ אנרגיה עצמית

מחסומים SF₆ אנרגיה עצמית יש להם שני עקרונות כיבוי קשת: עקרון הרחבת החום ועקרון סיבוב הקשת. כיום, רוב המחסומים האנרגיה עצמית משתמשים בעקרון הרחבת החום. עקרון האנרגיה העצמית הוא להשתמש באנרגיה של הקשת כדי לחמם את גז ה-SF₆ בחדר הרחבת החום, לבנות לחץ, ליצור זרם גז, לכבות את הקשת. אך, בעת הפסקת זרמים קטנים, עקב האנרגיה הקטנה של הקשת, נדרש פיסטון קטן כדי לדחוס את הגז כדי ליצור עזר לדחיפה. בשל הפחתת הכוח ההפעלה המשמעותית, ניתן להשתמש במנגנון הפעלה ספוגי בעל מבנה פשוט. סוג הרחבת החום עבר לפיתוח השני. המוצרים הראשונים מצליחים להפחית את הכוח ההפעלה על ידי הפחתת האנרגיה הנדרשת לדחיסת הגז בכיבוי הקשת. קוטר הפסטון לדחיסת הגז מתוכנן בהתאם להפסקת 30% מהזרם המרבי של התקלה, והמסה של התנועה קטנה, מה שמפחית את הכוח ההפעלה. המוצרים של הדור השני משפרים עוד יותר את השפעת הרחבת החום ואת ביצועי ההפסקה, לא רק משפרים את ההפסקה של הזרם הקפצייטיבי, אלא גם מפחיתים עוד יותר את הכוח ההפעלה.

2.4 מחסומים SF₆ חכמים

תכונה נוספת של מחסומים בתPRESSION גבוהה מודרניים היא החכמה שלהם, המתקדמת מערכות אלקטרומכניות מסורתיות למערכות חכמות מודרניות שמרכזיות סביב מחשבים. כיום, תוכן הבדיקה המקוון של מחסומים בתPRESSION גבוהה כולל את הדברים הבאים:

• גז SF6;

• מערכת מנגנון ההפעלה;

• שחרור;

• מעגלי בקרה ועזר;

• שרשרת העברת כוח.

באמצעות הבדיקות הללו, ניתן לגלות יותר מ-90% מהתקלות. בדיקה מקוונת יכולה לשנות את תחזוקת המחסומים התקופתית לתחזוקת מצב בזמן אמת.

3. מחסומים SF₆ מסוג עמוד_porcelain וטנק ומשתמשים בהם

סין החל להשתמש במחסומים SF₆ בשנת 1970 כאשר המנהלת הממשלתית לאנרגיה החשמלית בצפון מזרח ייבאה שלושה מחסומים H-912 מדגם 220KV בתPRESSION כפולה מסוג עמוד_porcelain שמיוצרים על ידי Siemens מהעולם החיצוני והצביעה אותם בתחנת המיתוג הראשית של HuShitai בשןיאנג. הם עדיין פועלים היטב היום.

מחסומים בתPRESSION גבוהה של סולפור הקספלואוריד מופרדים לעמוד_porcelain וטנק לפי המבנה שלהם. בהשוואה ביניהם, לכל אחד יש מאפיינים משלהם:

• שני סוגי מחסומים בתPRESSION גבוהה מסוג עמוד_porcelain וטנק יכולים לעמוד בדרישות של מתח גבוה וקיבולת גדולה. חדר הכיבוי של סוג העמוד_porcelain מותקן על תמיכה מבודדת. על ידי חיבור חדרי הכיבוי בטור והצבתם על תמיכה מבודדת בגובה מתאים, ניתן להשיג כל ערך מדורג מתח. התמיכה המבודדת היא ברוב המקרים עמוד_porcelain, והתמיכות המבודדות האורגניות המורכבות גם צמחו. חדר הכיבוי של הטנק מותקן בתוך טנק מתכת מחובר לפוטנציאל הקרקע. במתח גבוה, נדרשים חיבורים מרובים של חדרי הכיבוי בטור ולהצבתם באותו טנק עבור כל פאזה.

• הצבת טרנספורמיטורי זרם.至于安装电流互感器方面，瓷柱式断路器处于劣势。因为瓷柱式断路器的灭弧室安装在绝缘子内部和绝缘支撑顶部，因此电流互感器必须单独安装在其自身的绝缘支撑上。然而，套管式电流互感器可以安装在罐式断路器的套管上。在某些应用场景下，断路器不需要配备电流互感器，特别是在用作电容器组和并联电抗器的开关时。这里，瓷柱式的成本仅为罐式断路器的60%，并且由于采用多断口，它能更好地承受重击。 - 外部耐压能力。从外部耐压的角度来看，瓷柱式断路器的多个串联灭弧室可以满足任何额定电压值，但其外部绝缘耐受能力受限于灭弧室本身的长度。对于罐式断路器来说，只要能够开发出减少断口数量所需的必要耐受能力，就可以制造绝缘套管。因此，罐式断路器可以实现单断口550kV/63kA和双断口1100kV/50kA。 - SF₆气体消耗。在SF₆气体消耗方面，瓷柱式优于罐式。罐式断路器的气体消耗远高于瓷柱式。 - 环境适应性。从环境适应性的角度来看，大体积的罐式断路器显示出其优势。可以在罐式断路器中安装加热器，而瓷柱式则不能。 - 抗震性能。从抗震性能的角度来看，罐式断路器远优于瓷柱式。因为瓷柱式断路器重心高，抗震性能差。 - 价格比较。在价格方面，对于相同容量，瓷柱式断路器优于罐式。一般来说，带有外部电流互感器（如SF₆变压器）的罐式断路器的价格比瓷柱式断路器高出约20%。

4. SF₆断路器运行与维护中应注意的问题

为了严格控制气体泄漏，防止潮气侵入箱体，加工工艺和材料要求比一般高压电器要高得多。同时，需要专门的SF₆气体系统，包括具有良好密封性能的阀门、检漏设备、气体回收装置和压力监测。此外，由于金属消耗量大，制造复杂度增加。

纯SF₆气体是无色、无味、无毒且不可燃的。然而，在合成六氟化硫的过程中，也会产生低氟化的硫化合物，这些是有毒的。在断路器中，气体在电弧高温下通过解离和电离分解，会产生高毒性气体。因此，断路器内装有吸附剂，并放置了活化铝以吸收这些有毒气体。

即便如此，在维护过程中仍需特别注意防止中毒。因此，在工作前必须将气体彻底抽空并排放干净。如果仍然闻到不愉快的气味，应佩戴防毒面具和橡胶手套。此外，电弧分解产物中还含有一些金属氟化物，它们以粉末形式散落在断路器中。虽然这些粉末不是剧毒物质，但在清洁过程中仍需采取预防措施，防止吸入。

5. 结论

随着电力系统电压的不断提高，无论是瓷柱式还是罐式SF₆断路器都在随着技术进步不断演变。特别是近年来，自能灭弧原理得到了发展和应用，即利用高压形成气吹来熄灭电弧。减少了断口数量，降低了材料消耗。

由于其相对较高的价格以及对SF₆气体的应用、管理和操作要求较高，它在中压（35kV, 10kV）中应用并不广泛。总体而言，高压SF₆断路器具有广阔的应用前景，产品技术的研究、开发和升级将带来显著的经济和社会效益。

מחסומים בתPRESSION גבוהה מסוג עמוד_porcelain וטנק ומשתמשים בהם

סין החל להשתמש במחסומים SF₆ בשנת 1970 כאשר המנהלת הממשלתית לאנרגיה החשמלית בצפון מזרח ייבאה שלושה מחסומים H-912 מדגם 220KV בתPRESSION כפולה מסוג עמוד_porcelain שמיוצרים על ידי Siemens מהעולם החיצוני והצביעה אותם בתחנת המיתוג הראשית של HuShitai בשןיאנג. הם עדיין פועלים היטב היום.

מחסומים בתPRESSION גבוהה של סולפור הקספלואוריד מופרדים לעמוד_porcelain וטנק לפי המבנה שלהם. בהשוואה ביניהם, לכל אחד יש מאפיינים משלהם:

• שני סוגי מחסומים בתPRESSION גבוהה מסוג עמוד_porcelain וטנק יכולים לעמוד בדרישות של מתח גבוה וקיבולת גדולה. חדר הכיבוי של סוג העמוד_porcelain מותקן על תמיכה מבודדת. על ידי חיבור חדרי הכיבוי בטור והצבתם על תמיכה מבודדת בגובה מתאים, ניתן להשיג כל ערך מדורג מתח. התמיכה המבודדת היא ברוב המקרים עמוד_porcelain, והתמיכות המבודדות האורגניות המורכבות גם צמחו. חדר הכיבוי של הטנק מותקן בתוך טנק מתכת מחובר לפוטנציאל הקרקע. במתח גבוה, נדרשים חיבורים מרובים של חדרי הכיבוי בטור ולהצבתם באותו טנק עבור כל פאזה.

• הצבת טרנספורמיטורי זרם. בסוג העמוד_porcelain יש חסרון בהצבת טרנספורמיטורי הזרם. כי חדר הכיבוי של העמוד_porcelain מותקן בתוך המבודד ובקצה התמיכה המבודדת, ולכן טרנספורמיטורי הזרם חייבים להיבנות בנפרד על תמיכה מבודדת משלהם. לעומת זאת, טרנספורמיטורי הזרם מסוג הצינור יכולים להיבנות על הצינור של הטנק. במקרים מסוימים, כמו בשימוש כמפסק לגדות קיבוליות ונגדים מקבילים, אין צורך בטרנספורמיטורי זרם. כאן, המחיר של העמוד_porcelain הוא רק 60% מהמחיר של הטנק, ומכיוון שהוא משתמש במספר גדול יותר של נקודות פיצול, הוא יכול להתמודד טוב יותר עם פיצולים חוזרים.

• עמידות בפני מתח חיצוני. מהפרספקטיבה של עמידות בפני מתח חיצוני, מספר חדרי הכיבוי הסדרתיים של מחסום העמוד_porcelain יכולים לעמוד בכל ערך מדורג של מתח, אבל עמידות המבודד החיצוני מוגבלת לאורך חדר הכיבוי עצמו. עבור מחסומי הטנק, כל עוד ניתן לפתח עמידות הנדרשת לצמצום מספר נקודות הפיצול, ניתן לייצר מבודד. לכן, מחסומי הטנק יכולים להשיג נקודת פיצול אחת של 550kV/63kA ושתי נקודות פיצול של 1100kV/50kA.

• צריכת גז SF₆. Regarding the consumption of SF₆ gas, the porcelain post type is superior to the tank type. The gas consumption of the tank type circuit breaker is much higher than that of the porcelain post type.

• Environmental adaptability. From the perspective of environmental adaptability, the large-volume tank type circuit breaker shows its advantages. A heater can be installed in the tank type circuit breaker, while it cannot be installed in the porcelain post type.

• Seismic resistance. From the perspective of seismic resistance, the tank type circuit breaker is far better than the porcelain post type. Because the porcelain post type circuit breaker has a high center of gravity, its seismic resistance is poor.

• Price comparison. In terms of price, for the same capacity, the porcelain post type circuit breaker is better than the tank type. Generally, the price of the tank type circuit breaker is about 20% higher than that of the porcelain post type circuit breaker with an external current transformer (such as an SF₆ transformer).

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

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

Pure SF₆ gas is colorless, odorless, non-toxic, and non-flammable. However, in the synthesis of sulfur hexafluoride, low-fluoride compounds of sulfur are also produced, which are toxic. In the circuit breaker, the gas will be decomposed under the high temperature of the arc through dissociation and ionization, generating highly toxic gases. Therefore, an adsorber is installed in the circuit breaker, and activated aluminum is placed in it to absorb these toxic gases.

Even so, special attention should be paid to preventing poisoning during maintenance. Therefore, the gas must be evacuated and discharged cleanly before work. If an unpleasant odor is still smelled, a gas mask and rubber gloves should be worn. In addition, the arc decomposition products also contain some metal fluorides, which are scattered in the circuit breaker in powder form. Although these powders are not highly toxic substances, precautions should still be taken to prevent them from being inhaled during cleaning.

5. Conclusion

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

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

צריכת גז SF₆. לגבי צריכת גז SF₆, סוג העמוד_porcelain עדיף על פני הטנק. צריכת הגז של מחסומי הטנק גבוהה בהרבה מאשר של מחסומי העמוד_porcelain.

4. נושאים שצריך לשים לב אליהם במהלך הפעלה ותחזוקה של מחסומים SF₆

כדי להפוך את הדליפות של הגז לשליטה, ולמנוע חדירת לחות ורטיבות לתוך הקופסה, טכנולוגיית העיבוד והדרישות החומריות הרבה יותר גבוהות מאלו של מכשירי חשמל בתלחץ גבוה כלליים. בנוסף, נדרש מערכת גז SF₆ מיוחדת, כולל筏板式断路器和罐式断路器及其应用 中国在1970年首次应用SF₆断路器，当时东北电力管理局从国外进口了三台由西门子公司生产的H-912型220KV双压瓷柱式SF₆断路器，并将其安装在沈阳胡石台一次变电站。至今仍在良好运行。 高压六氟化硫断路器根据结构分为瓷柱式和罐式两种。两者各有特点： - 无论是瓷柱式还是罐式高压SF₆断路器都能满足高电压和大容量的要求。瓷柱式的灭弧室安装在绝缘支撑上。通过将灭弧室串联连接并安装在适当高度的绝缘支撑上，可以获得任何额定电压值。绝缘支撑大多是瓷柱，也有有机复合支撑出现。罐式的灭弧室安装在接地电位的金属罐中。在高电压下，每相需要将多个灭弧室串联连接并安装在同一罐中。 - 安装电流互感器。在安装电流互感器方面，瓷柱式断路器处于劣势。因为瓷柱式断路器的灭弧室安装在绝缘子内部和绝缘支撑顶部，因此电流互感器必须单独安装在其自身的绝缘支撑上。然而，套管式电流互感器可以安装在罐式断路器的套管上。在某些应用场景下，断路器不需要配备电流互感器，特别是在用作电容器组和并联电抗器的开关时。这里，瓷柱式的成本仅为罐式断路器的60%，并且由于采用多断口，它能更好地承受重击。 - 外部耐压能力。从外部耐压的角度来看，瓷柱式断路器的多个串联灭弧室可以满足任何额定电压值，但其外部绝缘耐受能力受限于灭弧室本身的长度。对于罐式断路器来说，只要能够开发出减少断口数量所需的必要耐受能力，就可以制造绝缘套管。因此，罐式断路器可以实现单断口550kV/63kA和双断口1100kV/50kA。 - SF₆气体消耗。在SF₆气体消耗方面，瓷柱式优于罐式。罐式断路器的气体消耗远高于瓷柱式。 - 环境适应性。从环境适应性的角度来看，大体积的罐式断路器显示出其优势。可以在罐式断路器中安装加热器，而瓷柱式则不能。 - 抗震性能。从抗震性能的角度来看，罐式断路器远优于瓷柱式。因为瓷柱式断路器重心高，抗震性能差。 - 价格比较。在价格方面，对于相同容量，瓷柱式断路器优于罐式。一般来说，带有外部电流互感器（如SF₆变压器）的罐式断路器的价格比瓷柱式断路器高出约20%。 【希伯来语翻译】

מחסומים בתPRESSION גבוהה מסוג עמוד_porcelain וטנק ומשתמשים בהם

סין החל להשתמש במחסומים SF₆ בשנת 1970 כאשר המנהלת הממשלתית לאנרגיה החשמלית בצפון מזרח ייבאה שלושה מחסומים H-912 מדגם 220KV בתPRESSION כפולה מסוג עמוד_porcelain שמיוצרים על ידי Siemens מהעולם החיצוני והצביעה אותם בתחנת המיתוג הראשית של HuShitai בשןיאנג. הם עדיין פועלים היטב היום.

מחסומים בתPRESSION גבוהה של סולפור הקספלואוריד מופרדים לעמוד_porcelain וטנק לפי המבנה שלהם. בהשוואה ביניהם, לכל אחד יש מאפיינים משלהם:

• שני סוגי מחסומים בתPRESSION גבוהה מסוג עמוד_porcelain וטנק יכולים לעמוד בדרישות של מתח גבוה וקיבולת גדולה. חדר הכיבוי של סוג העמוד_porcelain מותקן על תמיכה מבודדת. על ידי חיבור חדרי הכיבוי בטור והצבתם על תמיכה מבודדת בגובה מתאים, ניתן להשיג כל ערך מדורג מתח. התמיכה המבודדת היא ברוב המקרים עמוד_porcelain, והתמיכות המבודדות האורגניות המורכבות גם צמחו. חדר הכיבוי של הטנק מותקן בתוך טנק מתכת מחובר