Dėl pasaulinio energijos perėjimo ir didelio masto tinklo atnaujinimo,Vakuuminis grandinės pertraukiklis(VCB) – vienas iš plačiausiai naudojamų apsaugos įrenginių elektros sistemose – sistemingai transformuojamas. Ši evoliucija perkelia VCB iš dominuojančios padėties vidutinės įtampos srityje prie aukštos įtampos įrenginių ir nuo paprastos perjungimo funkcijos prie išmaniųjų tinklo mazgų. Pramonė plačiai pripažįsta, kad VCB įžengė į antrąją augimo kreivę, kuriai būdingos ekologiškos alternatyvos, skaitmeninė integracija ir ypatingas prisitaikymas prie aplinkos.

I. Rinkos ir technologijų veiksniai: VCB pradeda naują iteracijos ciklą

Pagrindinis vakuuminių grandinės pertraukiklių pranašumas slypi pertraukiančioje terpėje – pačiame vakuume – kuri išskiria nulinę anglies emisiją, stiprią pertraukimo galimybę, ilgą elektros tarnavimo laiką ir nereikalaujantį priežiūros. Vidutinės įtampos diapazone (12 kV–40,5 kV) VCB ilgą laiką buvo dominuojantis sprendimas. Tačiau esant aukštesnei įtampai (72,5 kV ir daugiau), SF₆ grandinės pertraukikliai išlaikė savo lyderio pozicijas dėl puikių izoliacijos savybių. Kadangi SF₆ turi itin didelį visuotinio atšilimo potencialą (maždaug 23 900 kartų didesnį nei CO₂), jo naudojimas susiduria su vis griežtesniais tarptautiniais reglamentais ir anglies dioksido apribojimais.

Šis pagrindas suteikia aiškų techninį postūmį išplėsti vakuuminių grandinės pertraukiklių technologiją į aukštos įtampos perdavimo programas. Šiuolaikinės pagrindinės techninės plėtros kryptys yra šios: vienos pertraukos vakuuminių pertraukiklių atsparumo įtampai didinimas, kelių pertraukų serijos technologijos taikymas esant 126 kV ir aukštesnei įtampai bei hibridiniai sprendimai, jungiantys ekologišką dujų izoliaciją su vakuuminiu pertraukimu.

Įvairių pertraukimo terpių poveikio aplinkai palyginimas

II. Aukštos įtampos vakuuminė technologija: nuo „tendencijos“ iki „inžinerinio patvirtinimo“

Taikant vakuuminius grandinės pertraukiklius perdavimo įtampos lygiams, reikia įveikti keletą pagrindinių techninių iššūkių.

Pirma, vakuuminių pertraukiklių izoliacijos galimybė. Didėjant įtampos lygiui, vakuuminio tarpo charakteristikos prieš streiką, kontaktinio paviršiaus būklė ir elektrinio lauko vienodumas turi žymiai sustiprintą įtaką izoliacijos našumui. Įprasti techniniai metodai apima kontaktų struktūrų (pvz., ašinių magnetinio lauko kontaktų) optimizavimą, pertraukiklio vakuumo lygio gerinimą ir sudėtinių izoliacinių konstrukcijų naudojimą.

Antra, greitas veikimo mechanizmo atsakas. Aukštos įtampos vakuuminiams grandinės pertraukikliams paprastai reikalingas trumpesnis bendras pertraukimo laikas, todėl darbo mechanizmo mechaninėms charakteristikoms keliami didesni reikalavimai. Spyruokliniai mechanizmai, nuolatinės magnetinės pavaros ir elektromagnetinio atstūmimo mechanizmai turi savų privalumų ir trūkumų, susijusių su greitu atidarymu, pradiniu atidarymo greičiu ir sklaidos valdymu.

Trečia, įtampos pasidalijimas kelių pertraukų serijos jungtyse. Esant 126 kV ir aukštesnei įtampai, vienos pertraukos vakuuminių pertraukiklių techniniai sunkumai ir kaina žymiai padidėja, todėl kelių pertraukų serijos jungtis yra praktiška inžinerinė galimybė. Tačiau kelių pertraukų serijos jungtys susiduria su iššūkiais tiek dėl statinio, tiek dėl dinaminio įtampos paskirstymo disbalanso, todėl reikalingi sprendimai, tokie kaip rūšiavimo kondensatoriai arba sinchroninio valdymo technologija.

Remiantis viešai prieinama pramonės informacija, keli vietiniai ir tarptautiniai skirstomųjų įrenginių gamintojai ir tyrimų institucijos baigė 126 kV lygio prototipų kūrimą ir pradėjo inžinerinio patvirtinimo etapą. Ši pažanga pramonėje laikoma svarbiu žingsniu siekiant išplėsti vakuuminio perjungimo technologiją į aukštos įtampos įrenginius.

Vakuuminių jungiklių techninės charakteristikos pagal įtampos lygį

III. Išmanioji integracija: VCB vystosi iš „Perjungimo elemento“ į „Suvokimo mazgą“

Paskirstymo automatizavimo ir išmaniųjų eksploatavimo / priežiūros sistemų sistemoje vakuuminiai grandinės pertraukikliai tampa nauju vaidmeniu. Tradiciniai VCB daugiausia dėmesio skiria gedimų izoliacijai ir linijos apsaugai. Naujos kartos pirminės ir antrinės integruotos VCB giliai integruoja srovės / įtampos jutimo, galios paėmimo, būklės stebėjimo, ryšio ir apsaugos valdymo funkcijas.

Konkrečiai, pramonės techninis sutarimas apima: kompaktišką integruotą elektroninių prietaisų transformatorių su vakuuminiu pertraukikliu konstrukciją; valdiklio gebėjimas greitai nustatyti ir pašalinti trumpojo jungimo gedimus (paprastai per kelis ciklus); greito automatinio užsidarymo palaikymas; ir gedimų registravimo bei nuotolinio ryšio galimybės.

Be to, didėjant atsinaujinančios energijos tinklų integravimo paklausai, didėja ir VCB reikalavimas nutraukti didelės nuolatinės srovės komponentus. Trumpojo jungimo srovėse saulės, vėjo ir energijos kaupimo sistemų pusėje dažnai yra didelė nuolatinės srovės komponentų dalis, todėl kyla techninių iššūkių, kurie yra didesni nei tradicinėse kintamosios srovės sistemose.

Pirminio-antrinio integruotų išmaniųjų VCB funkciniai moduliai

Įvairių lygių išmaniosios integracijos palyginimas

IV. Ypatingas prisitaikymas prie aplinkos: didelė apsauga nuo įsiskverbimo tampa pagrindiniu lauko gaminių elementu

Lauke montuojami vakuuminiai automatiniai jungikliai veikia sudėtingoje ir kintančioje aplinkoje. Drėgmė, kondensatas, druskos rūkas, ekstremalios temperatūros ir dulkės yra dažnos įrangos gedimo priežastys. Tarp jų svarbiausios problemos yra izoliacijos pablogėjimas ir mechanizmų korozija, kurią sukelia kondensatas.

Siekiant išspręsti šią problemą, bendrojo įsiskverbimo apsaugos (IP) įvertinimo padidinimas pastaraisiais metais tapo pagrindine lauko VCB techninio atnaujinimo kryptimi. Pramonėje pirmaujanti praktika padidino apsaugos reitingus nuo tradicinio IP54 iki IP67 ar net IP68. IP67 reiškia, kad įranga gali atlaikyti laikiną panardinimą į vandenį nepažeisdama, o IP68 reiškia galimybę veikti nuolat panardinant tam tikromis sąlygomis.

Pagrindinės technologijos, leidžiančios pasiekti aukštus IP reitingus, apima: sandarinimo sąsajos tarp pertraukiklio ir mechanizmo korpuso dizainą, korozijai atsparų veikimo mechanizmo apdorojimą ir sandarinimo konstrukcijų tarp įvorės izoliatorių ir korpuso optimizavimą.

Lauko VCB palyginimas pagal apsaugos nuo patekimo reitingą