Miksi 12kV tyhjiöpäätteet ylittävät SF6/öljy/ilma: Kokonaisvaltainen ratkaisuanalyysi

Miksi 12 kV:n tyhjiövirtajärjestimet ylittävät SF₆-/öljy-/ilmavirtajärjestimet: Kokonaisvaltainen analyysi

Keskitensiossa (MV) sähköjakelussa, erityisesti 12 kV:n sisäisessä virtajohdossa, tyhjiövirtajärjestimet (VCB:t) ovat noussut vallitseviksi tekniikoiksi, merkittävästi ylittäen historialliset vaihtoehdot, kuten SF₆-virtajärjestimet, minimiöljyvirtajärjestimet ja ilmavirtajärjestimet. Tämä raportti tarjoaa yksityiskohtaisen vertailun 12 kV:n sisäisiä VCB:eja näitä kilpailijoita vastaan, korostamalla niiden keskeisiä etuja.

​I. Yleiskatsaus keskeisiin kilpaileviin teknologioihin​

1. ​SF₆-virtajärjestimet
• ​Toimintaperiaate: Käyttää heksafluoridi (SF₆) -kaasua kaaren tukahduttamiseen ja eristämiseen. SF₆ tarjoaa erinomaisia dielektrisiä ja kaaretukahduttamisen ominaisuuksia.
• ​Sovellus: Käytettiin laajasti MV/HV-järjestelmissä, erityisesti suurelle katkaisukapasiteetille tai ulkoisissa sovelluksissa. Sen markkinaosuus 12 kV:n sisäisissä järjestelmissä on kuitenkin pääasiassa korvattu VCB:eilla ympäristö- ja huoltokysymysten vuoksi.
2. ​Minimiöljyvirtajärjestimet
• ​Toimintaperiaate: Käyttää muuntajaöljyä kaaren tukahduttamiseen, mutta paljon vähemmän öljyä kuin aiemmat massiiviset öljyjärjestelmät.
• ​Sovellus: Pääteknologia ennen VCB:eja. Tärkeimpinä haittana olivat palo riskit, korkea huolto ja ympäristön saastuminen.
3. ​Ilmavirtajärjestimet
• ​Toimintaperiaate: Perustuu pakkaudun ilman tuhoamiseen kaarien tukahduttamiseksi.
• ​Sovellus: Käytettiin varhaisissa HV-järjestelmissä tai erikoissovelluksissa. 12 kV:n sisäisissä tilanteissa ACB:t ovat heikompia VCB:ihin verrattuna katkaisukapasiteettinsa, kokonsa ja melunsa vuoksi.

​II. 12 kV:n sisäisten VCB:eiden keskeiset edut​

VCB:t ylittävät kilpailijansa kuudessa kriittisessä ulottuvuudessa:

1. ​Erinomainen kaaretukahduttaminen ja luotettavuus​
• ​Tyhjiökatkaisu: Tyhjiö on ideaali eristämismateriaali. Kaaren tukahduttaminen tapahtuu tehokkaasti nollasuunnassa suljetussa katkaisussa, nopealla dielektrisellä toipumisella. Tämä takaa erityisen korkean luotettavuuden, erityisesti useita operaatioita varten.
• ​Ei uudelleen syttyminen: Toisin kuin SF₆ tai öljy, tyhjiökatkaisu poistaa lähes kokonaan uudelleen syttymisen riskin.
• ​Korkea katkaisukapasiteetti: Modernit 12 kV:n VCB:t kattavat laajan alueen nominalisoituun lyhytsirkuiterien katkaisukapasiteettiin (Isc), 20 kA:sta 50 kA+ (esim. ZN63/VBY-12: 40 kA; VS1-12: 50 kA), vastaavat SF₆ CB:eja ja ylittävät öljy/ACB:eja.
• ​Pitkä sähköinen elinkaari: Sietää 30–50 täyskapasiteettista lyhytsirkuiterien katkaisua (esim. VT19-12, VS1-12), täyttävät E2-luokan vaatimukset ja ylittävät öljyvirtajärjestimet.
2. ​Ympäristö- ja turvallisuuserityiset​
• ​Nolla kasvihuonekaasupäästöt: VCB:t käyttävät tyhjiötä sen sijaan, että SF₆ – voimakas kasvihuonekaasu, jonka GWP on ~23,500× CO₂ – mikä poistaa sääntely- ja hävittämishassintekijät.
• ​Ei paloriskiä: Toisin kuin öljypohjaiset CB:t, tyhjiökatkaisimet eivät aiheuta palo- tai räjähdysriskiä.
• ​Ei myrkyllisiä tuotteita: Ei tuota myrkyllisiä sivutuotteita katkaisun aikana (toisin kuin SF₆ hajoaminen).
3. ​Vähäinen huolto ja pitkä ikä​
• ​​Huoltoa vaatimaton suunnittelu: Suljetut tyhjiökatkaisimet eivät vaadi sisäistä huoltoa niiden elinkaarella (yleensä vastaavat mekaanista kestävyyttä). Tämä eroaa selkeästi SF₆ CB:eista (kaasun valvonta/täydentäminen) ja öljyvirtajärjestimistä (öljyn vaihto).
• ​Korkea mekaaninen elinkaari: Kevyttyjä mekanismeja saavutetaan 10 000–30 000 operaatiota (M2-luokka), mikä vähentää mekaanista huoltoa.
• ​Kiinteä eristys: Teknologiat, kuten epoksi-kuoriutetut pylväät (esim. VS1-12), parantavat vastusta pölylle, kosteudelle ja kondensaatiolle.
4. ​Kompakti suunnittelu ja joustavuus​
• ​Pieni pohjapiiri: Kompaktit tyhjiökatkaisimet ja optimoidut mekanismit mahdollistavat tilaeffektivisen suunnittelun.
• ​Asennusmonipuolisuus: Integroitujen toimintamekanismien avulla tuetaan kiinteä tai vetävä konfiguraatio (esim. KYN28A-12/GZS1, XGN-virtajohdossa).
• ​Modulaarisuus: Yksinkertaistettu kokoonpano ja komponenttien vaihto.
5. ​Edistyksellinen katkaisu ja kustannuseffektiivisyys​
• ​Alhainen leikkausvirta: Minimoi siirtymäylijännityksen induktiivisen virran katkaisun aikana.
• ​C2-luokan kapasitiivinen katkaisu: Erittäin alhainen uudelleen syttymisen todennäköisyys kondensaattoriverkolle.
• ​Alhainen kokonaiskustannus: Vaikka alkukustannukset voivat olla samankaltaisia SF₆ CB:eihin verrattuna, VCB:t tarjoavat pienemmät elinkaari kustannukset vähäisen huollon, SF₆-käsittelyn kustannusten puuttumisen, vähäisempien vakuutuskorkojen (ei paloriskiä) ja pidemmän käyttöajan ansiosta.
6. ​Ympäristökestävyys​
• Toimii luotettavasti normaalissa olosuhteissa (−15°C +40°C, ≤1 000 m korkeus). Kiinteä eristysvariantit kestävät kova-olosuhteita (esim. korkea kosteus, saasteet).

​III. Vertailuanalyysi​

Taulukko: 12 kV:n sisäinen VCB vs. keskeiset kilpailijat

​IV. Johtopäätös​

12 kV:n sisäisessä sähköjakelussa tyhjiövirtajärjestimet (VCB:t) ovat ehdottomasti valinta numero yksi. Niiden erinomainen kaaretukahduttaminen, vertaansa vailla oleva luotettavuus, todellinen huoltoa vaatimaton toiminta, ympäristö- ja turvallisuuserityiset (ei SF₆/öljy/paloriskiä), kompakti suunnittelu ja elinkaari kustannuseffektiivisyys ovat vahvistaneet niiden vallankumouksellisen aseman nykyaikaisessa sähköinfrastruktuurissa.