Високовольтні вимикачі: елегаз чи вакуум

Важливим фактором розвитку сучасної світової електроенергетики є поновлюваність та екологічність. У світлі чого, до високовольтних вимикачів – значних ланок у системі передачі та розподілу електроенергії, пред’являються підвищені вимоги щодо безпеки та екологічної чистоти. Спробуємо розібратись, який із типів сучасних вимикачів має найбільші перспективи отримати роботу в електричних мережах майбутнього? Зокрема порівняємо два найбільш використовуваних вимикача – вакуумний та елегазовий. Який із цих типів вимикачів має найбільші перспективи бути застосованим в екологічно дружніх електричних мережах майбутнього?

 

Елегазові вимикачі

В елегазових вимикачах при відключенні потік газу відводить тепло з дуги і дозволяє досягти її зникнення при проходженні струму через нуль. Потік іонізованого елегазу між контактами відновлює діелектричну міцність проміжку, запобігаючи повторному запаленню дуги. Необхідність дуття визначає складність механізму, що керує та його вартість. Нові розробки у сфері гасіння електричної дуги в елегазі спрямовані на скорочення чи ліквідацію цього додаткового фактора вартості.

 

Вакуумні вимикачі

Дуга, що виникла у вакуумі гасне при першому проходженні струму через нуль, пари металу осідають на стінках дугогасної камери протягом мікросекунди, як наслідок у вакуумних вимикачах діелектрична міцність відновлюється дуже швидко. Вакуумним вимикачам знайшли широке застосування в електричних мережах від 6 до 35 кВ.

 

Застосування вакуумних вимикачів на напругу від 110 кВ та вище

Особливості форми дуги у вакуумі при високих напругах ускладнює її гасіння при переході через нуль. Інша проблема пов’язана з нелінійною залежністю напруги пробою від міжполюсної відстані. Як одне із рішень – кілька з’єднаних послідовно розривів.

Іншим аспектом, який необхідно взяти до уваги, підгорання та ерозія контактів, чим вища напруга, тим вища їхня ерозія та оплавлення. Матеріал робочої поверхні контактів вакуумного вимикача – суттєвий чинник у цьому питанні. В результаті досліджень різних типів комбінацій матеріалів для вакуумних електродів, були виділені Cu, Cu-Bi та Cu-Cr, безкисневий мідний сплав хрому, але Cu-Cr, здається, найкращий і досі. У цьому сплаві хром розділений у міді у вигляді дрібних зерен. Цей матеріал поєднує в собі гарні дугогасні характеристики з невеликим ризиком приварювання контактів.

 

Передсерійні моделі вакуумного високовольтного вимикача (VCB), розроблені для роботи під високою напругою.

У 1979 році в Японії був представлений високовольтний вимикач напругою 168 кВ/31,5 кА. Цей вимикач працював з подвійним розривом ланцюга, і навіть при високій пробивній напрузі, він був занадто дорогим і громіздким.

У 1989 році група дослідників з Китаю представила на розгляд вакуумний високовольтний вимикач з подвійним розривом ланцюга напругою 126кВ/3 l,5кА/l,25кА. Цей високовольтний вимикач був створений при використанні двох вакуумних переривників напругою 72,5кВ, об’єднаних у серію з подвійним розривом ланцюга.

У 2002 році в Японії компанія AE Power System Corporation розробили ще один вакуумний високовольтний вимикач і внесла покращення у зовнішній вигляд попереднього вимикача. Номінальна напруга цього вимикача становила 145кВ, з 40кА струмом короткого замикання та номінальним струмом 2кА. 

У 2003 році було створено вакуумний високовольтний вимикач з одинарним розривом ланцюга напругою 126кВ/40кА/2кА. 

У 2006 році створили першу передсерійну модель вакуумного високовольтного вимикача напругою 252кВ/40кА.

 

Порівняння елегазового і вакуумного високовольтних вимикачів

В нормальних умовах елегаз є інертним газом без запаху, незаймистий і не токсичний. Тим не менш, при температурі вище 1000С, елегаз розкладається на гази, включаючи газ S2F 10, який дуже токсичний.  На щастя, продукти розпаду швидко з’єднують після згасання дуги (при зниженні температури). Відповідно до електричної міцності, елегаз має кращі властивості, ніж вакуум. Тому елегаз використовується як ізоляційний матеріал і дугогасне середовище. Використання елегазу дозволяє робити електрообладнання компактнішого розміру і надає більше простору для пристрою. Це лежить в основі того, чому приблизно 50% загального обсягу елегазу є діелектриком у таких електричних прикладах, як високовольтні перемикчі. Елегаз міг стати чудовим дугогасним середовищем для високовольтного вимикача, якби він не був таким небезпечним для навколишнього середовища. Елегаз – це один із найнебезпечніших нагрітих газів на планеті.

Для порівняння уточнимо, що дугогасним середовищем у вакуумних високовольтних вимикачах виступає вакуум, він не становить загрози для навколишнього середовища. Насправді це звичайний скляний контейнер та металеві компоненти, тобто вторинна сировина.

 А тепер про переваги та недоліки вакуумних вимикачів. Однією з важливих переваг вакуумного високовольтного вимикача є легкість у створенні обладнання і невелика кількість компонентів, приблизно, на 50% менше, ніж у високовольтному елегазовому вимикачі, що призводить до збільшення терміну служби, з дуже високим числом робочих циклів. Крім того, невелика кількість компонентів та простота конструкції забезпечують компактний розмір та невелику вагу для вакуумного високовольтного вимикача, і, відповідно легке техобслуговування та інспекція. 

Ще однією з переваг високовольтного вакуумного вимикача є високий діелектричний опір після нульового значення струму.

Як зазначалось раніше, вакуумний вимикач не становить загрози для довкілля, що не можна сказати про елегазовий вимикач.

Попри значну кількість переваг є один важливий мінус вакуумного вимикача – вартість.

Елегазовий високовольтний вимикач коштує дешевше, що говорить не на користь конкурентоспроможності вакуумного. Потрібно провести багато досліджень з метою зниження витрат на вакуумний високовольтний вимикач, щоб вони стали економічною альтернативою елегазової технології.

Постійні вимоги до мережі електропередач збільшують їхню продуктивність, надійність і стійкість. Тому, важливо продовжувати розвивати технологію нових вимикачів, більш надійних, продуктивних, недорогих, які не становлять загрози для навколишнього середовища та людей.

 

Догори

Оставьте Ваши данные и наш
менеджер свяжется с Вами