Высоковольтный выключатель SF6 против высоковольтного вакуумного выключателя: почему SF6 преимущественно используется выше 725 кВ?

На более высоких уровнях напряжения (обычно 72,5 кВ и выше, особенно на 110 кВ, 220 кВ и уровнях УВН) преобладают выключатели SF6 (гексафторид серы), в то время как вакуумные выключатели (ВВ) используются реже. Это обусловлено физическими характеристиками изоляции и механизмами гашения дуги вакуума и газа SF6 при очень высоких напряжениях.

Основные причины можно свести к следующему:

1. Предельное напряжение одиночного прерывания и "эффект насыщения изоляции"

• Ограничение вакуумных выключателей: В вакууме прочность изоляции крайне высока при малом зазоре между контактами. Однако, когда зазор увеличивается для выдерживания более высокого напряжения, напряжение пробоя перестает увеличиваться линейно, что приводит к "эффекту насыщения". Если зазор становится слишком большим, микроскопическое высокое электрическое поле на поверхности контактов вызывает эмиссию поля, что приводит к пробою и потенциально генерирует вредные рентгеновские лучи. В результате коммерческий практический предел для одного вакуумного прерывателя обычно остается около 72,5 кВ до 145 кВ.

• Преимущество SF6: Газ SF6 имеет сильную электроотрицательность, быстро захватывая свободные электроны в дуге, образуя тяжелые отрицательные ионы, что позволяет дуговому зазору очень быстро восстанавливать свою изоляционную прочность после нулевого значения тока. По мере увеличения давления газа способность SF6 выдерживать напряжение увеличивается почти линейно. Современные выключатели SF6 легко достигают предела напряжения одиночного прерывания 252 кВ или даже 550 кВ.

Серия Rockwill RHD Выключатель SF6 170 кВ с металлическим баком

2. Механическая сложность и надежность работы

Для применения вакуумных выключателей на напряжении 220 кВ и выше необходимо соединять несколько вакуумных прерывателей последовательно. Это требует не только параллельных конденсаторов для выравнивания напряжения, чтобы предотвратить чрезмерное напряжение на любом одном зазоре, но и крайне точного механического передаточного механизма, обеспечивающего "абсолютную синхронизацию" открытия и закрытия всех последовательно соединенных зазоров. Более сложная механика приводит к повышению риска заедания или асинхронной работы.

В отличие от этого, выключатели SF6 на 220 кВ или даже 500 кВ часто требуют только одиночного или двойного прерывания, что значительно упрощает передаточный механизм и существенно повышает общую надежность оборудования.

3. Угроза перенапряжений при обрыве дуги

Вакуумные выключатели гасят дугу слишком "агрессивно". При прерывании малых индуктивных токов (например, для холостых трансформаторов или реакторов) дуга часто вынуждается погаснуть до того, как ток естественным образом достигнет нуля. Этот феномен называется обрывом тока. Обрыв может вызвать крайне высокие переключательные перенапряжения в сетях высокого напряжения, представляя серьезную угрозу изоляции системы.

Серия Rockwill RVD Выключатель вакуумный 72,5 кВ с металлическим баком

Выключатели SF6 имеют относительно мягкие характеристики гашения дуги, обычно погашая дугу точно в момент нулевого значения тока, что приводит к очень низким уровням обрыва и эффективно подавляет переключательные перенапряжения в системах высокого напряжения.

4. Теплоотвод и контроль температурного режима

Системы высокого напряжения часто пропускают очень высокие номинальные токи. Внутри прерывателя вакуумного выключателя вакуумная среда практически не имеет конвекции, поэтому тепло может выводиться только через проводящие стержни контактов, что делает контроль температуры при высоких токах очень сложным.

Газ SF6 имеет высокую молекулярную массу и высокую теплопроводность. Его сильная конвекция очень эффективно охлаждает контакты, генерирующие тепло, легко справляясь с длительными токами в несколько тысяч ампер.

5. Общая экономика и размеры

На средних и низких напряжениях (10 кВ – 35 кВ) одиночные вакуумные выключатели просты, не требуют обслуживания и дешевы, что дает им абсолютное преимущество.

Однако, на высоких напряжениях необходимость в нескольких последовательно соединенных зазорах делает высоковольтные вакуумные выключатели громоздкими и дорогими. Выключатели SF6, с их более простыми одиночными или двойными конфигурациями, имеют подавляющие преимущества как в управлении размерами, так и в производственных затратах.

Решение Rockwill: Использование зрелых исследовательских и разработочных возможностей для лидерства в новую эпоху экологически чистого высокого напряжения

В ответ на срочную глобальную потребность в энергосбережении и снижении выбросов в современных энергетических системах, Rockwill, опираясь на глубокие знания в области исследований и разработок, с гордостью представляет высоковольтный выключатель RVD-145 без SF₆. Это устройство использует экологичную газовую смесь g3, успешно преодолевая проблемы изоляции и гашения дуги при высоких напряжениях. Не делая никаких уступок по электрическим характеристикам, оно достигает до 99% сокращения углеродного следа. Благодаря компактному дизайну, структурно аналогичному существующим, продукт позволяет замену подстанций без переработки, универсальное обслуживание и равное общее владение на протяжении всего жизненного цикла. Rockwill предлагает высокоэкономически эффективное решение "бесшовного обновления" для зеленой декарбонизации высоковольтных сетей.
Отредактировано: Garca