EN
Vakuové jističe: průlom na horním konci napěťového spektra
Co se děje během hasení vakuového oblouku: rychlé znovuspojení plazmového oblouku a rychlé obnovení proudu
Když se kontakty vakuového jističe rozepnou, kovová pára se ionizuje a vytvoří plazmový oblouk. Při extrémní úrovni vakua (tlak < 10⁻⁴ torr) se nabité částice usazují vakuovou depozicí na kontakty, čímž umožňují rychlé opětovné zapojení plazmového oblouku během 1–5 ms. To také umožňuje proudovému plášti poskytnout systému rychlou izolaci ještě před dalším napěťovým impulsem systému, což umožňuje spolehlivé řízení oblouku přesně v prvním okamžiku, kdy se očekává pokles proudu na nulu, a řízení vzniku oblouku. Úroveň vakua umožňuje přibližně 1000krát delší střední volnou dráhu pro pohyb elektronů než u plynu SF₆. To je základní důvod, proč jsou vakuové jističe lepší než plynové a vzduchové jističe při bezpečném přerušení elektrického proudu.
Rychlost přerušení pod 15 ms a lepší potlačení nulového průchodu než u alternativ s SF₆ a vzduchovým přerušením.
Pokud jde o přerušení poruchy, vakuumové přerušovače dokáží poruchu odstranit za 15 ms nebo méně, což je o 30–50 % rychlejší než u systémů se sírovým fluoridem (SF6) nebo vzduchovými přerušovači. Protože se vakuumový přerušovač nachází ve vakuu, rychlost, s jakou dokáže překonat přerušení, není ovlivněna složitými mechanismy proudění plynu, což je však případ plynových izolantů. U třídy napětí 72,5 kV dosahuje technologie vakuumových přerušovačů téměř trojnásobně lepších výsledků než SF6 při těch obtížných přechodových zotavených napětích (TRV), ve srovnání s tím, co většina inženýrů považuje za průměrné. Většina inženýrů považuje konvenční vzduchové přerušovače za zařízení, která vyžadují nejméně 8 až 10 průchodů nulovým proudem, než spolehlivě přeruší oblouk. Naopak se očekává, že vakuumové přerušovače přeruší všechny oblouky (až 99,8 % potlačení oblouku podle IEC 62271-100) do dvou průchodů nulovým proudem nebo méně. V reálných aplikacích vakuumových přerušovačů byly také pozorovány výrazně nižší napěťové špičky. Reálné zkoušky dále ukázaly, že počet napěťových špiček je přibližně o 40 % nižší než u plynem izolovaných vakuumových přepínačů. Vysoká dielektrická pevnost umožňuje kompaktní a spolehlivou integraci vysokého napětí.
Vlastní průrazná pevnost vakua (>30 kV/cm) a škálovatelný návrh vzdálenosti kontaktů pro aplikace v rozsahu 72,5–145 kV
Vakuum vykazuje vynikající průraznou pevnost vyšší než 30 kV/cm, což umožňuje účinnou izolaci vysokonapěťových systémů bez použití dodatečných plynů. Tato vlastnost umožňuje inženýrům optimalizovat vzdálenost mezi kontakty v rámci standardních IEC rozměrů pro napětí 72,5 kV až 145 kV. Na rozdíl od SF₆ jističů je vakuumová technologie lepší, protože zajišťuje stálý výkon bez ohledu na teplotu, nadmořskou výšku a vlhkost. Kromě toho vakuumová technologie eliminuje potíže s řízením plynu a umožňuje spolehlivý provoz rozvodny za nepříznivých podmínek.
Výhody prostoru a hmotnosti: o 30–40 % menší plošná náročnost v GIS a hybridních rozvodnách ve srovnání se SF₆ jističi
Vakuové prostředí má skutečně velmi vysokou průraznou pevnost, což umožňuje výrazně menší vzdálenosti mezi kontakty jednotlivých komponent. Výsledkem jsou menší přerušovače a tím i kompaktnější odpínače jako celek. Úspora prostoru je značná. Při porovnání instalací plynem izolovaného rozváděče (GIS), které využívají vakuovou technologii místo SF6, se obvykle dosahuje úspory prostoru přibližně o 30 až 40 %. Pohonné mechanismy jsou také lehčí – v některých případech až o 60 %. To je zvláště výhodné pro hybridní podstanice, neboť zlepšuje uspořádání sběrnice a zrychluje rekonstrukci. Při modernizacích sítí v Evropě mnoho společností uvádí, že po nasazení vakuové technologie na standardním napětí 145 kV získalo přibližně o 35 % více volného prostoru.
Dlouhodobá spolehlivost při vysokém zatěžovacím cyklu vysokého napětí a minimální údržba
Více než 20 000 provozních cyklů < 0,001 % poruchovost dle normy IEEE C37.09-2018
Vývěvní přerušovače, které jsou hermeticky uzavřené a nejsou ovlivněny svým okolím, mohou překročit 20 000 mechanických operací s poruchovostí nižší než 0,001 % podle normy IEEE C37.09-2018. Protože neexistují žádná místa pro únik plynu ani dynamická těsnění, dielektrická pevnost se udržuje po mnoho let provozu. Polní údaje ukazují, že mnoho energetických společností dosahuje přibližně 30 let provozu před výměnou komponentů napětí 72,5 kV. Naopak u novějších konstrukcí zažívají provozovatelé přibližně 40% úsporu nákladů. Zvýšenou spolehlivost těchto konstrukcí zajišťuje absence konstrukčně podmíněných pohyblivých částí a kluzných kontaktů, které se obvykle porouchají při opakovaných operacích odstraňování zkratů.
Žádná správa plynu, žádné problémy související s vlhkostí ani toxické rozkladné vedlejší produkty – odstraňuje hlavní režimy poruch systémů se SF₆.
Systémy vývěvního přerušení obejdou tři hlavní body poruch stlačeného plynového systému:
Žádné řízení plynu: Žádné řízení SF₆, detekce úniků ani nákladné recyklování plynu
Odolnost vůči vlhkosti: Dielektrický průraz související s vlhkostí, který je hlavní příčinou poruch vypínačů se SF₆, je předejít.
Nezvyšující toxickost: Žádné kontaminace plynového systému kovovými fluoridovými vedlejšími produkty
Výsledkem bylo, že studie případů u provozovatelů ukázaly snížení údržbových požadavků o 75 %. Navíc se vyhnuli průměrným ročním pokutám za emise SF₆ ve výši 740 000 USD, které jsou uvedeny v auditu dodržování předpisů EPA. Konstrukce s pevnými kontakty také předejde rozkladu způsobenému erozí kontaktů, ke kterému dochází u plynových vypínačů po několika krátkodobých zkratových operacích.
Vyvíjející se rozsahy napětí: Od středního napětí po vysoké napětí
Nasazení
Standardizované vakuové vypínače mají jmenovité napětí (12–145 kV) a instalace pro provozovatele s napětím 145 kV
Vakuové odpínače se v poslední době vyvíjely za účelem zlepšení jejich využití při provozu v systémech středního napětí a vysokého napětí 145 kV. Vývoj kontaktových materiálů, vakuového prostředí, těsnění a elektromagnetického ovládání zlepšil jejich použití v instalacích 145 kV. Mají provozní zkratovou odolnost až 40 kA (tj. < 20 ms). Tyto odpínače nahrazují větší řešení primárního zařízení v extrémně širokém rozsahu teplot od −40 do +55 °C a s ohledem na skutečnost, že neobsahují žádný ekologicky škodlivý plyn.
Technologie vakuových vypínačů pro 245 kV: norma IEC 62271-100 a vývoj řadových vypínačů s více vypínacími jednotkami
Výrobci komercializují technologii vakuových přerušovačů pro aplikace s napětím 245 kV s návrhy vícepřerušovacích sériových přerušovačů. V podstatě se jedná o sestavu několika vakuových přerušovačů, aby bylo napětí rovnoměrně rozděleno mezi více zařízení místo toho, aby bylo soustředěno na jednom místě. Tyto návrhy nedávno splnily požadavky normy IEC 62271-100 pro přerušovací schopnost 245 kV / 50 kA, což je pro průmysl významný průlom. Jeden z prototypových modelů je navržen tak, aby přerušil proud během 2 elektrických period, čímž je o 40 % rychlejší než tradiční jednopřerušovací přerušovače. Kromě toho tento model využívá kontaktové systémy z mědi a chromu (Cu/Cr), které snižují proud přerušení na méně než 3 A.
několik raných prototypových modelů bylo od loňského roku začleněno do evropské elektrizační sítě. Většina odborníků odvětví se domnívá, že vakuová technologie nakonec nahradí SF6 plyn v aplikacích vysokého napětí, kde mají přednost environmentální aspekty.
Často kladené otázky
Jaký je hlavní přínos použití vakuových jističů oproti systémům se sírovým hexafluoridem (SF6) a vzduchovými jističi?
U vysokonapěťových systémů mají vakuové jističe rychlejší obnovu dielektrické pevnosti, což vede k rychlejšímu zhasínání oblouku a snížení napěťových špiček. To znamená, že vakuové jističe mohou pracovat s výrazně vyšší účinností než ostatní systémy.
Co můžete říct o konstrukci jističů se sírovým hexafluoridem (SF6), která umožňuje vakuovým vypínačům menší rozměry?
Protože jističe se sírovým hexafluoridem (SF6) mají nižší dielektrickou pevnost, vyžadují větší vzdálenost mezi kontakty. V důsledku toho potřebují vakuové vypínače přibližně o 30–40 % méně místa než jističe se sírovým hexafluoridem (SF6).
Vakuové přerušovače mají životnost přes 20 000 provozních cyklů, a proto mají nízkou poruchovost. Tato nízká poruchovost znamená, že mohou bezporuchově fungovat přibližně po dobu 30 let. Nízká míra poruch a vysoká míra spolehlivosti znamenají, že vakuové přerušovače mohou mít náklady přibližně o 40 % nižší než starší technologie díky menší potřebě údržby a oprav.
Mají vakuové přerušovače vzhledem k životnímu prostředí výhodu oproti SF₆ přerušovačům?
Samozřejmě! Vakuové přerušovače eliminují potřebu systémů pro správu plynů a jsou také odolné vůči vlhkosti. Vzniká jich velmi málo či žádné nebezpečné vedlejší produkty. Díky tomu jsou nižší i environmentální náklady i finanční náklady spojené se systémy používajícími SF₆.