Kas daro vakuumo jungiklį būtinu aukštos įtampos taikymuose

VCB nepasiekiamos lankui gesinti skirtos savybės aukštos įtampos sąlygomis

Kaip vakuumo pertraukikliai pasiekia nulinės srovės nutraukimą ir greitą dielektrinės atsparumo atkūrimą

Vakuumo grandinės pertraukikliai, arba trumpai tariant VGP, veikia elektrinių lankų gesinimu labai greitai – paprastai per vieną ar du kartus, kai srovė pasiekia nulį, kas dažniausiai trunka mažiau nei dešimt milisekundžių. Kadangi vakuumo aplinkoje nėra jokių medžiagų, kurios galėtų jonizuotis, kai srovė sumažėja iki nulio, lankas praktiškai negali vėl susidaryti. Tai reiškia, kad pasiekiamas tikrasis nulinės srovės nutraukimas. Pats vakuumas atstatys savo elektrinio izoliavimo gebėjimą nepaprastai greitai – apie 10–20 kV mikrosekundėje. Tai žymiai geriau nei įprastinis oras ar net sieros heksafluorido dujos. Šių pertraukiklių kontaktai pagaminti iš specialių medžiagų, pvz., vario ir chromo lydinių. Šios medžiagos padeda kontroliuoti elektronų judėjimą lanko metu ir riboti metalo garų išsiskyrimą, todėl kontaktai nevartėja taip greitai. Dėl šių priežasčių šiuolaikiniai vakuumo grandinės pertraukikliai gali išlaikyti daugiau nei 100 000 operacijų be jokios priežiūros. Tai daro juos ypač vertingais staigaus energijos pertekliaus ir gedimų valdymui aukštos įtampos sistemose, kur patikimumas yra absoliučiai būtinas.

VCB prieš oro grandinės pertraukiklį (ACB) prieš SF6 pertraukiklį: dielektrinės tvirtumo palyginimas 10–35 kV įtampose

VCB užtikrina aukštesnę dielektrinę atsparumą vidutinės įtampos taikymo srityse dėl vakuumo aplinkos nepriklausomumo – skirtingai nei slėgio priklausomas SF6 arba atmosferos priklausomas oras. Ši nuoseklumas leidžia sukurti kompaktiškus, didelės patikimumo apsaugos įrenginius transformatorinėse ir pramonės elektrinėse, veikiančiose 10–35 kV įtampose.

Per Aukštosios įtampos inžinerijos ataskaitos (2024 m.) , vakuumo jungikliai pasiekia 98 % gedimų pašalinimo sėkmės rodiklį 35 kV įtamoje – jų patikimumo rodikliai viršija oro izoliacijos jungiklių rodiklius 32 %, o SF6 izoliacijos jungiklių – 17 %.

Kompaktiška ir mastelio keitimo galimybę užtikrinanti konstrukcija, kurią leidžia vakuumo jungiklių aukšta vidinė dielektrinė stiprybė

Vakuumo dielektrinė stiprybė (~40 kV/cm) ir jos poveikis vakuumo jungiklių dydžio sumažinimui visose įtampos klasėse

Vakuumas turi įspūdingą dielektrinę stiprybę – apie 40 kV vienam centimetrui. Tai maždaug 13 kartų geriau nei įprastinis oras ir apie penkis kartus stipresnė už SF6 dujas. Dėl šios pranašios savybės, kaip neseniai paskelbė IEEE Power Engineering Society, vakuumo jungikliai gali turėti kontaktus, kurie yra žymiai arčiau vienas kito lyginant su tradiciniais ACB ar SF6 modeliais. Vakuumo jungikliai veikia puikiai plačiame įtampų diapazone – nuo tik 1 kV iki 38 kV, tačiau vis tiek išlieka santykinai mažų gabaritų. Šios pranašumų sąlygos reiškia tikrus medžiagų taupymo naudą ir suteikia labai reikiamos lankstumo montavimo metu. Inžinieriams, dirbantiems senų elektros sistemų modernizavimu, šie kompaktiški matmenys daro didelį skirtumą, kai reikia dirbti siaurose vietose, kurios dažnai riboja įrenginių tipus, kurie iš tikrųjų gali būti įmontuoti esamuose objektuose.

Tikroji erdvės taupymo nauda: VCB integracija atitinkamuose IEC 62271-100 standartui 11 kV jungiklių skyduose

Praktikoje IEC 62271-100 standartui atitinkantys 11 kV jungiklių skydai su vakuumo jungikliais (VCB) užima 35 % mažiau grindų ploto nei senosios SF6 skydų sistemos – neprarandant apsaugos galimybių. Ši efektyvumas ypač svarbus miestuose esančiuose transformatoriniuose pastatuose, kur žemės kainos nuolat didėja.

Tokios matmenų naudos leidžia padidinti elektros energijos skirstymo tankį komercinėse zonose ir pramonės parkuose – kur žemės vertė viršija 740 tūkst. JAV dolerių už akrą (Ponemon Institute, 2023 m.). Dėl supaprastintos montavimo ir laidynimo procedūrų vieno vieneto įrengimo trukmė sutrumpėja 2–3 dienomis.

Ilgaamžė patikimumo ir žemos viso gyvavimo ciklo sąnaudos VCB

Visiškai sandarinami vakuumo pertraukikliai: vidutinis laikas iki gedimo > 100 000 operacijų ir minimalios techninės priežiūros reikalavimai

Vakuuminiai jungikliai (VCB) išsiskiria nepaprasta patikimumo ištverme laikui bėgant dėka visiškai hermetiškų vakuuminių pertraukiklių, kurie apsaugoti nuo drėgmės, dulkių dalelių ir oksidacijos poveikio. Tokia konstrukcija iš tikrųjų užtikrina įspūdingą vidutinį laiką tarp gedimų (MTBF), viršijantį 100 000 operacijų. Tai žymiai geriau nei senieji oru izoliuojami jungikliai (ACB) ir sieros šešiofluorido (SF6) jungikliai, kuriems reikia nuolatinės priežiūros – pvz., skysčių papildymo, kontaktų valymo ar dujų lygio tikrinimo. Dar didesnį VCB privalumą sudaro tai, kad jų priežiūra iš esmės apima tik periodines mechanines patikras reguliariai vykdomose techninėse apžiūrose. Tai praktikoje sumažina eksploatacijos sąnaudas maždaug 70 %. Atlikus gyvavimo ciklo sąnaudų analizę (LCCA), dauguma tyrimų rodo, kad, nors VCB pradinė kaina yra aukštesnė, jie paprastai atsipildo per tris–penkerius metus. Visiems tiems, kurie dirba su aukštosios įtampos sistemomis, kai įrangos ilgaamžiškumas yra svarbus, sistemos neveikimo laikas turi būti minimalus, o bendros sąnaudos – kontroliuojamos, VCB ilguoju laikotarpiu finansiškai yra racionaleresnis sprendimas.

VCB reikšminga vaidmenų didinant tinklo atsparumą ir gedimų apribojimą

VCB pagrįsti žiediniai pagrindiniai įrenginiai (RMU) miestuose aukštosios įtampos elektros energijos tiekimo sistemose: Jungtinės Karalystės nacionalinio tinklo atsparumo rodikliai

Žiedinės pagrindinės jungties įrenginiai (RMU), įrengti vakuumo grandinės pertraukikliais (VCB), tapo būtina šiandieninių miestų aukštosios įtampos skirstomųjų tinklų dalimi. Šie įrenginiai gali nutraukti gedimus per keliolika ciklo dalių ir greitai stabilizuoti tinklus, kai kyla problemų. Kodėl? Vakuumas pasižymi išskliausčiomis dielektrinės atstatymo savybėmis, todėl elektros tiekimo nutraukimai neplinta per didelėmis elektrinėmis apkrovomis apkrautus tankius rajonus. Analizuojant naujausius Jungtinės Karalystės Nacionalinio tinklo duomenis nuo 2020 m. pradžios, pastebima įdomi tendencija – miestuose, kur įdiegti RMU su VCB, vidutinis nutraukimų trukmė sumažėjo net 42 %. Kitas svarbus privalumas – mažas įrenginių dydis, todėl jie puikiai tinka montuoti ribotose transformatorinėse stotyse, kur vietos yra labai ribotos. Be to, kadangi jie beveik nereikalauja techninės priežiūros, jie lieka veikiantys net esant sunkioms orų sąlygoms, kurios kitus įrenginius padarytų neveikiančiais. Šiuo metu šie sistemos apima daugiau kaip 80 % visų miestų gedimų nutraukimų, todėl žymiai pagerina svarbius patikimumo rodiklius, tokius kaip SAIDI ir SAIFI. Miestų planuotojams, kurie siekia sukurti atsparią infrastruktūrą, tai reiškia geriau paslaugų kokybę tiek gyventojams, tiek verslo subjektams.