На сегодняшний день в области высокого напряжения (ВН) единственной используемой технологией, за исключением нескольких особых случаев, является магнитное отключение в воздухе.
Рис. 34 : Динамика развития рынка выключателей для сетей среднего напряжения в Европе
Для очень высокого напряжения (СВН) в основном применяется, практически, только метод отключения в элегазе. В сетях среднего напряжения (СН), где могут использоваться все технологии, методы отключения в элегазе и в вакууме заменили отключение в воздухе по причине меньших затрат и большей компактности (см. рис. 34) и отключение в масле в силу большей надежности, безопасности и сокращения объема технического обслуживания (см. рис. 35). Технологии отключения в вакууме и в элегазе имеют сходные характеристики, и их свойства, соответственно, обуславливают выбор какой-либо из этих методик как наиболее адаптированной для определенного вида применения. В разных странах та или иная технология находят преимущественное применение, главным образом, в силу сложившихся традиций или выбора изготовителей оборудования.
Таблица 35 : Сравнительная таблица характеристик различных технологий отключения
| Масло | Воздух | Элегаз / вакуум |
Безопасность | Риск возникновения взрыва или пожара, при повышении давления (при многократных коммутационных операциях) вызывает повреждение. | Значительные внешние проявления (эмиссия горячего и ионизированного газа при отключениях). | Нет риска возникновения взрыва или внешних проявлений. |
Размеры | Относительно большие размеры устройства. | Установка, требующая больших расстояний (неограниченное отключение). | Небольшие. |
Обслуживание | Периодическая замена масла (необратимое разложение масла при каждом отключении). | По возможности, замена дугогасительных контактов. Периодическое техническое обслуживание механизма управления. | Не требуется для отключающих устройств. |
Чувствительность к воздействию окружающей среды | Свойства среды отключения могут ухудшаться под воздействием факторов окружающей среды (влажность, пыль и т.д.). | Нечувствительны: полностью запаянная герметичная камера. | |
Отключение | Большое время понижения давления приводит к необходимости снижения PdC, если есть риск возникновения последовательных отключений. | Очень медленный отвод горячего воздуха вызывает необходимость понижения номинала отключающей способности (PdC). | Элегаз и вакуум очень быстро восстанавливают свои электроизоляционные свойства: понижение номинала не требуется. |
Износостойкость | Посредственная. | Средняя. | Высокая. |
Ниже в таблице на рисунке 36 представлены соответствующие характеристики каждой из этих двух технологий.
□ Элегазовые и вакуумные выключатели являются устройствами общего назначения и могут использоваться для всех видов применения. Технологический прогресс в области производства вакуумных камер позволил получить очень надежные устройства, которые могут конкурировать с элегазовыми приборами.
Вакуумная технология удобнее в использовании при низком напряжении (меньше 7,2-12 кВ). С другой стороны, элегазовая технология позволяет обеспечивать лучшие характеристики отключения (напряжение или ток короткого замыкания).
□ Для обеспечения функций управления (контактор) (напряжение и ток умеренной силы, высокая требуемая износостойкость) очень широко применяется технология отключения в вакууме, несмотря на необходимость принятия мер защиты от перенапряжений. Напротив, данный метод почти не используется для отключения (функция отключения-изолирования) в силу экономических причин. В частности, высокая электрическая прочность элегаза после отключения позволяет сочетать в одном устройстве функции размыкания и разъединения, чего нельзя добиться при отключении в вакууме. На сегодняшний день большинство крупных производителей при изготовлении коммутационного оборудования используют обе технологии отключения в соответствии с их свойствами.
Таблица. 36 : Сравнительная таблица технологий отключения в элегазе и в вакууме
|
| Элегаз | Вакуум |
Виды | Двигатели, печи, линии и т.д. | Все. Больше подходит для обеспечения высоких характеристик отключения (I и U). | Все. Больше подходит для использования при низком напряжении и при очень быстрых процессах TVR. |
Выключатели, контакторы и т.д. | Все. | Не используются для обеспечения функций изолирования. | |
Характеристики | Износостойкость | Соответствующие всем текущим видам применения. | Могут быть очень высокими для некоторых текущих видов применения. |
Перенапряжения | Нет риска возникновения при слабом емкостном токе. | Для управления двигателями и конденсаторными батареями рекомендуется использовать устройство защиты от перенапряжений | |
Входная-выходная изоляция | Очень устойчивая, обеспечивающая функции изолирования. |
| |
Размеры |
| Очень компактное оборудование для использования в сетях низкого напряжения. | |
Эксплуатационная надежность | Потеря | При снижении до атмосферного давления (Patm) сохраняются до 80% рабочих характеристик. |
|
Техническое обслуживание | В сокращенном объеме для механизма управления. Возможность постоянного контроля давления газа. | В сокращенном объеме для механизма управления. Возможность, при необходимости, контроля состояния вакуума. | |
Количество повреждений | Очень малое (< 4/10 000), главным образом, связанное с приводом. | Очень малое, если обеспечивается контроль производства вакуумных камер выключателей. |
Каковы возможности использования других технологий отключения?
На протяжении нескольких десятилетий инженеры занимаются разработкой выключателей без электрической дуги или подвижных частей, с использованием, в частности, электронных элементов. Тиристоры позволяют создать отключающие устройства, характеристики которых близки к параметрам идеального выключателя, поскольку тиристоры отключают ток при его прохождении через нуль, кроме того, имеют исключительную износостойкость при нормальных условиях эксплуатации. К сожалению, помимо их значительной стоимости, статические элементы имеют некоторые недостатки: большое рассеяние тепла;
высокая чувствительность к перенапряжениям и току перегрузки;
возникновение тока утечки в состоянии блокировки; ограничение по напряжению обратной последовательности.
Эти особенности вызывают необходимость использовать вместе с данными устройствами:
радиаторы;
устройства для защиты от перенапряжений;
предохранители быстродействующие; прерыватели или разъединители; системы электронного управления.
Достигнут огромный прогресс в разработке полупроводниковых устройств (тиристоры, GTO (запираемые тиристоры), IGBT), которые широко используются в сетях низкого напряжения (НН) для различных видов применения, например для контакторов, когда требуется обеспечить максимально высокую коммутационную способность. В сетях высокого напряжения (ВН) тиристоры устанавливаются в автоматические устройства регулирования полного сопротивления, состоящие из дросселей и конденсаторов, в FACTS - Flexible Alternative Current Transmission System (Гибкая система передачи переменного тока), роль которых - оптимизация и стабилизация передающих сетей, и в Custom Power для распределительных сетей.
В сетях среднего напряжения (СН) эти устройства применяются очень редко, и статические выключатели по-прежнему используются в качестве прототипов, так как, помимо выше перечисленных их слабых сторон, для того, чтобы выдерживать номинальное напряжение, для этих устройств требуется последовательное подключение нескольких элементов.
В заключение следует отметить, что кроме совершенно особых видов применения, метод статического отключения в настоящее время не получил большого развития.
На сегодняшний день безальтернативным решением остается технология отключения с разрывом электрической дуги.
