EN
Vakum Kesiciler: Gerilim Spektrumunun Üst Sınırında Engel Kırma
Bir vakum arkının söndürülmesi sırasında neler olur: plazma arkının hızlı yeniden bağlantısı ve akımın hızla geri kazanılması
Vakum devre kesicisinin kontakları açıldığında, bir metal buharı iyonize olur ve bir plazma arkı oluşturur. Aşırı vakum seviyesinde (basınç < 10^-4 torr), yüklenmiş parçacıklar kontaklara vakum çökelmesi ile yapışır ve böylece plazma arku 1-5 ms içinde hızlıca yeniden oluşmasını sağlar. Bu aynı zamanda akım kılıfının, bir sonraki sistem gerilim darbesinden önce sisteme hızlı yalıtım sağlamasını da mümkün kılar; bu sayede akımın sıfıra düşmesi beklenen tam ilk anda arku güvenilir şekilde kontrol edilebilir ve arku oluşumu yönetilebilir. Vakum seviyesi, elektron akışı için ortalama serbest yol uzunluğunu SF6 gazına kıyasla yaklaşık 1000 kat artırır. Bu, vakum devre kesicilerinin elektrik akımının güvenli kesilmesinde gaz ve hava devre kesicilere göre üstün olmasının temel nedenidir.
15 ms’den düşük kesme hızı ve SF₆ ile hava kesicilere kıyasla daha iyi sıfır geçiş bastırma yeteneği.
Arıza kesimi açısından bakıldığında, vakum kesiciler arızaları 15 ms veya daha az sürede temizleyebilir; bu süre, SF6 veya hava kesmeli sistemlere kıyasla %30–50 daha hızlıdır. Vakum kesici bir vakum ortamında yer aldığı için kesme işlemini gerçekleştirebilme hızı karmaşık gaz akış mekanizmalarına bağlı değildir; ancak gaz yalıtkanlarında durum tam tersidir. 72,5 kV sınıfında vakum kesici teknolojisi, çoğu mühendisin ortalama olarak değerlendirdiği değerlerle karşılaştırıldığında, bu zahmetli TRV’ler (geçici gerilim geri dönüşleri) üzerinde SF6’ya kıyasla neredeyse üç kat daha iyi performans gösterir. Çoğu mühendis, geleneksel hava kesmeli mekanizmaların bir arkı güvenilir şekilde kesmeden önce en az 8 ila 10 akım sıfır geçişine ihtiyaç duyduğunu düşünür. Buna karşılık vakum kesicilerin tüm arkları (IEC 62271-100’e göre %99,8 ark söndürme oranı ile) 2 veya daha az sayıda akım sıfır geçişinde kesmesi beklenir. Gerçek yaşam koşullarında kullanılan %100 vakum kesici uygulamaları ayrıca önemli ölçüde daha düşük gerilim tepeleri göstermiştir. Gerçek yaşam testleri ayrıca, gaz yalıtkanlı vakum anahtarlarla karşılaştırıldığında yaklaşık %40 daha az gerilim tepesi oluştuğunu göstermiştir. Yüksek dielektrik dayanımı, kompakt ve güvenilir yüksek gerilim entegrasyonunu mümkün kılar.
Vakumun içsel dielektrik dayanımı (>30 kV/cm) ve 72,5–145 kV uygulamaları için ölçeklenebilir temas aralığı tasarımı
Vakum, 30 kV/cm’den fazla olan dikkat çekici bir dielektrik dayanımına sahiptir; bu da ek gazlar kullanmadan yüksek gerilim sistemlerinin verimli şekilde yalıtılmasını sağlar. Bu özellik, mühendislerin 72,5 kV ila 145 kV aralığındaki standart IEC boyutlu derecelendirmelerde temas aralığı mesafesini optimize etmesine olanak tanır. SF₆ kesicilere kıyasla vakum teknolojisi, sıcaklık, rakım ve nem gibi değişkenlere bakılmaksızın tutarlı performans sunması nedeniyle üstün durumdadır. Ayrıca vakum teknolojisi, gaz yönetimiyle ilgili endişeleri ortadan kaldırarak olumsuz koşullar altında güvenilir trafo merkezi işletimini mümkün kılar.
Yer ve ağırlık avantajları: GIS ve hibrit trafo merkezlerinde SF₆ kesicilere kıyasla %30–%40 daha az yer kaplar
Vakum, bileşenler arasındaki temas aralıklarını çok daha küçük tutmaya izin veren gerçekten yüksek dielektrik dayanıma sahiptir. Bu, daha küçük boyutlu kesicilere ve dolayısıyla daha kompakt toplam kesici sistemlerine yol açar. Elde edilen yer tasarrufu oldukça önemli düzeydedir. Vakum teknolojisi kullanan gaz yalıtımlı anahtarlama donanımları (GIS) kurulumları ile SF6 kullananlar kıyaslandığında genellikle %30 ila %40 oranında daha az alan kullanılır. Çalıştırma mekanizmaları da daha hafiftir; bazı durumlarda ağırlıkları %60 oranında azalabilir. Bu özellik özellikle hibrit trafo merkezleri için büyük bir avantaj sağlar çünkü baraların yönlendirilmesini ve yenileme işlemlerinin hızını iyileştirir. Avrupa genelinde yapılan şebeke yükseltmelerinde, birçok şirket standart 145 kV seviyesinde vakum teknolojisi uygulandıktan sonra yaklaşık %35 oranında ekstra alan kazandıklarını bildirmiştir.
Yüksek İşletim Döngüsüne Sahip Uzun Vadeli Güvenilirlik ve Az Bakım Gereksinimi
20.000’den fazla işletme < IEEE C37.09-2018’e göre %0,001 arızalı işlem oranı
Ortam etkilerinden etkilenmeyen ve tamamen sızdırmaz şekilde kapalı olan vakum kesiciler, IEEE C37.09-2018’e göre 20.000’den fazla mekanik işlem gerçekleştirebilir ve arıza oranı %0,001’in altındadır. Gaz kaçaklarına veya hareketli sızdırmazlık elemanlarına imkân vermediğinden dielektrik dayanımı, uzun yıllar boyunca korunur. Alan verileri, birçok elektrik dağıtım kuruluşunun 72,5 kV bileşenlerinin yenilenmesine kadar yaklaşık 30 yıl hizmet verdiğini göstermektedir. Buna karşılık, daha yeni tasarımlarda operatörler yaklaşık %40 oranında maliyet tasarrufu sağlamaktadır. Tekrarlanan kısa devre kesme işlemlerinde genellikle arızalanan hareketli parçaların ve kaymalı kontakların tasarım sınırlarının olmaması, bu tasarımların güvenilirliğini artırır.
Gaz yönetimi, nemle ilgili sorunlar veya toksik bozunma ürünlerine gerek yoktur—bu durum SF₆ sistemlerinin ana arıza modellerini ortadan kaldırır.
Vakum kesme sistemleri, basınçlı gaz sisteminin üç ana arıza noktasını atlar:
Gaz yönetimi yok: SF₆ yönetimi, sızıntı tespiti veya pahalı geri kazanım gazı yönetimi yok
Nem direnci: SF₆ kesici arızalarının başlıca nedenlerinden biri olan nemle ilgili dielektrik çöküşü önlenir.
Toksisite yok: Gaz sistemiyle kirlenen metal florür yan ürünlerinin oluşmaması
Sonuç olarak, şebeke işletmelerine ait vaka incelemeleri, bakım gereksinimlerinde %75’lik bir azalma olduğunu gösterdi. Ayrıca, EPA uyumluluk denetim raporlarında belirtilen yıllık ortalama 740.000 ABD Doları tutarındaki SF₆ emisyon cezalarından da kaçınmış oldular. Katı kontaklı tasarım, ayrıca gazlı kesicilerde birkaç kısa devre işleminden sonra meydana gelen kontak aşınması ve bozulmasını da önler.
Gelişen Gerilim Aralıkları: Orta Gerilimden Yüksek Gerilime
Dağıtım
Standartlaştırılmış vakumlu devre kesiciler, anma gerilimleri (12–145 kV) ve 145 kV şebeke kurulu sistemleri için kullanılır
Vakum devre kesicileri, son zamanlarda orta gerilim ve 145 kV yüksek gerilim sistemlerinde çalıştırılabilirliklerini artırmak amacıyla geliştirilmiştir. Kontakt malzemelerinin, vakumun, sızdırmazlık sisteminin ve elektromanyetik aktüasyonun geliştirilmesi, bu kesicilerin 145 kV tesislerinde kullanımını iyileştirmiştir. Çalışma kesme kapasiteleri maksimum 40 kA’ya kadar ulaşmaktadır (yani < 20 ms). Bu kesiciler, -40 ila +55 °C aralığındaki aşırı geniş sıcaklık koşullarında ve çevreye zarar veren gazların bulunmadığı durumlarda daha büyük birincil ekipman çözümlerinin yerini almaktadır.
245 kV için Vakum Kesici Teknolojisi: IEC 62271-100 Standartları ve Çoklu Kesici Seri-Kesici Geliştirmeleri
Üreticiler, çok kesimli seri kesici tasarımlarıyla 245 kV uygulamaları için vakum teknolojisini ticarileştiriyorlar. Esasen, gerilimin tek bir noktada yoğunlaşmak yerine birden fazla cihaz arasında eşit şekilde dağıtıldığı şekilde birden fazla vakum kesici birleştiriyorlar. Bu tasarımlar, son zamanlarda 245 kV / 50 kA kesme kapasitesi için IEC 62271-100 standartlarına uygun hâle gelmiştir; bu da sektör açısından önemli bir ilerlemedir. Prototip modellerden biri, akım akışını 2 elektriksel çevrimde kesmek üzere tasarlanmıştır ve bu nedenle geleneksel tek kesimli kesicilere kıyasla %40 daha hızlıdır. Ayrıca bu model, kesme akımını < 3 A seviyesine düşüren bakır-krom (Cu/Cr) kontak sistemlerini kullanmaktadır.
birkaç erken prototip model, geçen yıldan beri Avrupa güç şebekesine entegre edilmiştir. Çoğu sektör uzmanı, çevre endişelerinin öncelikli olduğu yüksek gerilim uygulamalarında vakum teknolojisinin nihayetinde SF6 gazının yerini alacağını düşünmektedir.
SSS
SF6 ve hava kesiciler sistemlerine kıyasla vakum devre kesicilerin kullanılmasının ana avantajı nedir?
Yüksek gerilim sistemleri söz konusu olduğunda vakum devre kesiciler, dielektrik dayanımın daha hızlı yenilenmesine sahiptir; bu da arkın daha hızlı söndürülmesine ve gerilim tepkelerinin azalmasına neden olur. Bu durum, vakum devre kesicilerin diğer sistemlere kıyasla çok daha yüksek bir verim düzeyinde çalışabilmesini sağlar.
Vakum kesici ünitelerin daha küçük boyutta olabilmesini sağlayan SF6 kesicilerin tasarımına dair ne söyleyebilirsiniz?
SF6 kesicilerin dielektrik dayanımı daha düşük olduğu için daha büyük kontak aralıklarına ihtiyaç duyarlar. Bu nedenle vakum kesici üniteler, SF6 kesicilere kıyasla yaklaşık %30–40 daha az yer kaplar.
Vakum kesiciler, 20.000’den fazla işlem ömrüne sahiptir ve bu nedenle arıza oranları düşüktür. Bu düşük arıza oranı, vakum kesicilerin yaklaşık 30 yıl boyunca sorunsuz çalışabilmesini sağlar. Bu düşük arıza oranı ve yüksek başarı oranı, vakum kesicilerin bakım ve onarım gereksinimlerinin azalması nedeniyle daha eski teknolojilere kıyasla yaklaşık %40 daha düşük maliyetle işletilebilmesini sağlar.
Vakum kesicileri SF6 kesicilere kıyasla çevre açısından bir avantajı var mı?
Elbette! Vakum kesiciler, gaz yönetim sistemlerine duyulan ihtiyacı ortadan kaldırır ve aynı zamanda nemden etkilenmez. Az miktarda veya hiç tehlikeli yan ürün oluşmaz. Bu nedenle SF6 sistemleriyle ilişkili çevresel maliyetlerin yanı sıra finansal maliyetler de azalır.