למה מפרקים חשמליים בvakuum של 12kV מצטיינים יותר מאשר SF6/שמן/אוויר: ניתוח פתרון כולל

למה מפסקים ואקום ב-12kV מנצחים על SF6/שמן/אוויר: ניתוח פתרון כולל

בשדות התפוצה של מתח בינוני (MV), במיוחד במגניטי חשמלי פנימי ב-12kV, מפסקים ואקום (VCBs) הופיעו כטכנולוגיית הדומיננטיות, והצליחו להשתחרר באופן משמעותי מהחלופות ההיסטוריות כגון מפסקים מסוג SF₆, מפסקים עם שמן מינימלי ומפסקים אוויריים. דוח זה מציג השוואה מפורטת בין מפסקים ואקום פנימיים ב-12kV למתחריהם ומדגיש את יתרונותיהם העיקריים.

​I. סקירת טכנולוגיות מתחרות עיקריות​

1. ​מפסקים מסוג SF₆
• ​ משתמש בגז זולף הקספלואוריד (SF₆) לדיכוי קשתות והישנות. SF₆ מציע תכונות דיאלקטריות ודיכוי קשתות יוצאות מן הכלל.
• ​יישום: היה בשימוש נרחב במערכות MV/HV, במיוחד עבור יישומים עם יכולת שבירה גבוהה או יישומים חיצוניים. עם זאת, חלק השוק שלו במערכות פנימיות ב-12kV הוחלף בעיקר על ידי VCBs בשל בעיות סביבתיות ובשל תחזוקה.
2. ​מפסקים עם שמן מינימלי
• ​ משתמש בשמן טרנספורמציה כאמצעי לדיכוי קשתות אך משתמש בכמות משמעותית פחות משני המגניטים המאכלסים.
• ​יישום: טכנולוגיה מרכזית לפני VCBs. החסרונות העיקריים כוללים סיכונים של שריפה, תחזוקה גבוהה זיהום סביבתי.
3. ​מפסקים אוויריים
• ​ מתבסס על רוחות אוויר דחוסות לדיכוי קשתות.
• ​יישום: בשימוש במערכות HV מוקדמות או ביישומים מיוחדים. עבור סצניות פנימיות ב-12kV, ACBs נחותים יותר מ-VCBs בתכולת שבירה, גודל ורעש.

​II. יתרונות מרכזיים של מפסקים ואקום פנימיים ב-12kV​

VCBs משפרים את המתחרים בנושאים שישה קריטיים:

1. ​דיכוי קשתות מעולה ואמינות​
• ​הפסקת ואקום: ואקום הוא אמצעי בידוד אידיאלי. דיכוי הקשת מתרחש בצורה יעילה בזרם אפס במחסום מבודד, עם שיקום דיאלקטרי מהיר. זה מבטיח אמינות גבוהה, במיוחד לחישובים תכופים.
• ​אין סיכון לאיתחול: בניגוד ל-SF₆ או שמן, הפסקת ואקום כמעט והורדת את הסיכון לאיתחול מחדש.
• ​תכולת שבירה גבוהה: מפסקים מודרניים ב-12kV מכסים טווח רחב של זרמים קצרים מרובים (Isc), מ-20kA עד 50kA+ (לדוגמה, ZN63/VBY-12: 40kA; VS1-12: 50kA), שמתאימים למפסקים מסוג SF₆ ומעבירים שמן/ACBs.
• ​חיים חשמליים ארוכים: נושא 30-50 הפסקות מלאות בזרם קצר (לדוגמה, VT19-12, VS1-12), соответствует требованиям класса E2 и превосходит масляные выключатели.
2. ​מצוינות סביבתית ואבטחת​
• ​פליטות GHG אפס: VCBs משתמשים בוואקום במקום SF₆ - גז חממה חזק עם GWP ~23,500× CO₂ -thus eliminating regulatory and disposal challenges.
• ​אין סיכון לשריפה: בניגוד למפסקים מבוססי שמן, מחסומי ואקום אינם מסוכנים לשילוב או לפיצוץ.
• ​פעולה לא טוקסית: לא יוצרת תוצרי לוואי טוקסיים במהלך ההפסקה (בניגוד לפירוק של SF₆).
3. ​תחזוקה מינימלית ואריכות ימים​
• ​עיצוב "ללא תחזוקה": מחסומי ואקום סגורים אינם דורשים תחזוקה פנימית לאורך חייהם (בדרך כלל תואם לאלסטיות מכנית). זה מנוגד באופן חמור למפסקים מסוג SF₆ (מעקב אחר הגז/הוספת גז) ומפסקים מבוססי שמן (החלפת שמן).
• ​חיים מכניים גבוהים: מנגנונים מופעלים על ידי קפיצים מגיעים ל-10,000-30,000 פעולות (M2 class), מקטינים את תחזוקת המכונה.
• ​בידוד מוצק: טכנולוגיות כמו עמודים מוקפים באפוקסי (לדוגמה, VS1-12) מגבירים את ההתנגדות לתפוח, לחות וקונדנסציה.
4. ​עיצוב קומפקטי ומגוון​
• ​שטח קטן: מחסומי ואקום קומפקטיים ומנגנונים מופעלים מאפשרים עיצובים יעילים בחלל.
• ​התקנה מגוונת: מנגנונים מופעלים משולבים תומכים בהקפות קבועות או נמשכות (לדוגמה, עבור KYN28A-12/GZS1, XGN switchgear).
• ​מודולריות: אספה פשוטה החלפת מרכיבים.
5. ​הפסקה מתקדמת ויעילות עלות​
• ​זרם חיתוך נמוך: מפחית את המתח הנוסף במהלך הפסקת זרם אינ덕טיבי.
• ​כיתה C2 להפסקת קיבולת: הסתברות נמוכה מאוד להתאוששות עבור בנקים של קבל.
• ​TCO נמוך: בעוד שהעלות הראשונית יכולה להתאים למפסקים מסוג SF₆, VCBs מציעים עלויות נמוכות לאורך החיים עקב תחזוקה מינימלית, ללא עלויות טיפול ב-SF₆, פרמיות ביטוח נמוכות (אין סיכון לשריפה) וחיים שירות ארוכים.
6. ​עמידות סביבתית​
• מבצע באופן אמין בתנאים סטנדרטיים (−15°C עד +40°C, ≤1,000m גובה). גרסאות עם בידוד מוצק מתקיימות בסביבות קשות (לדוגמה, לחות גבוהה, זיהום).

​III. תקציר השוואתי​

טבלה: מפסקים ואקום פנימיים ב-12kV לעומת מתחרים עיקריים

​IV. סיכום​

עבור תחנות חשמל פנימיות ב-12kV, מפסקים ואקום (VCBs) הם הטכנולוגיה המועדפת ללא ספק. האמינות הגבוהה שלהם, הביצועים הטובים, הפעולה ללא תחזוקה, הבטיחות הסביבתית (ללא סיכונים של SF₆/שמן/שריפה), העיצוב הקומפקטי והיעילות עלות לאורך החיים הצביעה אותם כטכנולוגיה הדומיננטית בrastructure חשמלית מודרנית.