Με γνώμονα την παγκόσμια ενεργειακή μετάβαση και τις αναβαθμίσεις του δικτύου μεγάλης κλίμακας, τοΔιακόπτης κενού(VCB)—μια από τις πιο ευρέως χρησιμοποιούμενες συσκευές προστασίας στα συστήματα ισχύος— υποβάλλεται σε συστηματικό μετασχηματισμό. Αυτή η εξέλιξη μετακινεί τα VCB από μια κυρίαρχη θέση στη μέση τάση προς τις εφαρμογές υψηλής τάσης και από μια απλή λειτουργία μεταγωγής σε έξυπνους κόμβους δικτύου. Ο κλάδος αναγνωρίζει ευρέως ότι τα VCB έχουν εισέλθει σε μια δεύτερη καμπύλη ανάπτυξης που χαρακτηρίζεται από φιλικές προς το περιβάλλον εναλλακτικές λύσεις, ψηφιακή ενοποίηση και εξαιρετική περιβαλλοντική προσαρμοστικότητα.

I. Προγράμματα οδήγησης αγοράς και τεχνολογίας: Το VCB εισέρχεται σε νέο κύκλο επανάληψης

Το βασικό πλεονέκτημα των αυτόματων διακοπτών κενού έγκειται στο μέσο διακοπής —το ίδιο το κενό— το οποίο προσφέρει μηδενικές εκπομπές άνθρακα, ισχυρή δυνατότητα διακοπής, μεγάλη διάρκεια ηλεκτρικής ζωής και λειτουργία χωρίς συντήρηση. Στο εύρος της μέσης τάσης (12kV–40,5kV), τα VCB ήταν από καιρό η κυρίαρχη λύση. Ωστόσο, σε υψηλότερα επίπεδα τάσης (72,5 kV και άνω), οι διακόπτες κυκλώματος SF6 έχουν διατηρήσει την ηγετική τους θέση λόγω της εξαιρετικής τους μόνωσης. Δεδομένου ότι το SF6 έχει εξαιρετικά υψηλό δυναμικό υπερθέρμανσης του πλανήτη (περίπου 23.900 φορές μεγαλύτερο από αυτό του CO₂), η χρήση του αντιμετωπίζει ολοένα και πιο αυστηρούς διεθνείς κανονισμούς και περιορισμούς εκπομπών άνθρακα.

Αυτό το υπόβαθρο παρέχει μια σαφή τεχνική ώθηση για την επέκταση της τεχνολογίας διακόπτη κενού σε εφαρμογές μετάδοσης υψηλής τάσης. Οι τρέχουσες κύριες κατευθύνσεις τεχνικής ανάπτυξης περιλαμβάνουν: αύξηση της ικανότητας αντοχής τάσης των διακοπτών κενού μονής διακοπής, εφαρμογή τεχνολογίας σειράς πολλαπλών διαλείψεων στα 126 kV και άνω και υβριδικές λύσεις που συνδυάζουν φιλική προς το περιβάλλον μόνωση αερίου με διακοπή κενού.

Σύγκριση Περιβαλλοντικών Επιπτώσεων Διαφορετικών Μέσων Διακοπής

II. Τεχνολογία κενού υψηλής τάσης: Από την "Τάση" στην "Επικύρωση Μηχανικής"

Η εφαρμογή διακοπτών κενού στα επίπεδα τάσης μετάδοσης απαιτεί την αντιμετώπιση πολλών βασικών τεχνικών προκλήσεων.

Πρώτον, η ικανότητα μόνωσης των διακοπτών κενού. Καθώς τα επίπεδα τάσης αυξάνονται, τα χαρακτηριστικά πριν από την πρόσκρουση του διακένου κενού, η κατάσταση της επιφάνειας επαφής και η ομοιομορφία του ηλεκτρικού πεδίου έχουν σημαντικά ενισχυμένο αντίκτυπο στην απόδοση της μόνωσης. Οι κοινές τεχνικές προσεγγίσεις περιλαμβάνουν τη βελτιστοποίηση των δομών επαφής (όπως οι επαφές αξονικού μαγνητικού πεδίου), τη βελτίωση του επιπέδου κενού του διακόπτη και τη χρήση σύνθετων δομών μόνωσης.

Δεύτερον, απόκριση υψηλής ταχύτητας του μηχανισμού λειτουργίας. Οι διακόπτες κενού υψηλής τάσης απαιτούν συνήθως μικρότερους συνολικούς χρόνους διακοπής, θέτοντας υψηλότερες απαιτήσεις στα μηχανικά χαρακτηριστικά του μηχανισμού λειτουργίας. Οι μηχανισμοί ελατηρίου, οι μόνιμοι μαγνητικοί ενεργοποιητές και οι μηχανισμοί ηλεκτρομαγνητικής απώθησης έχουν ο καθένας τα δικά του πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα όσον αφορά το γρήγορο άνοιγμα, την αρχική ταχύτητα ανοίγματος και τον έλεγχο διασποράς.

Τρίτον, κοινή χρήση τάσης σε συνδέσεις σειράς πολλαπλών διακοπτών. Σε επίπεδα τάσης 126 kV και άνω, η τεχνική δυσκολία και το κόστος των διακοπτών κενού μίας διακοπής αυξάνονται σημαντικά, καθιστώντας τη σύνδεση πολλαπλών διαλειμμάτων σε σειρά μια πρακτική επιλογή μηχανικής. Ωστόσο, οι συνδέσεις σειράς πολλαπλών διακοπτών αντιμετωπίζουν προκλήσεις με ανισορροπίες κατανομής τόσο στατικής όσο και δυναμικής τάσης, που απαιτούν λύσεις όπως πυκνωτές βαθμολόγησης ή τεχνολογία σύγχρονου ελέγχου.

Σύμφωνα με πληροφορίες του κλάδου που είναι διαθέσιμες στο κοινό, αρκετοί εγχώριοι και διεθνείς κατασκευαστές συσκευών διανομής και ερευνητικά ιδρύματα έχουν ολοκληρώσει την ανάπτυξη πρωτοτύπων σε επίπεδο 126 kV και έχουν εισέλθει στη φάση επικύρωσης της μηχανικής. Αυτή η πρόοδος θεωρείται στον κλάδο ως ένα ουσιαστικό βήμα προς την επέκταση της τεχνολογίας μεταγωγής κενού σε εφαρμογές υψηλής τάσης.

Τεχνικά Χαρακτηριστικά Διακοπτών Κενού ανά Επίπεδο Τάσης

III. Έξυπνη ενσωμάτωση: Το VCB εξελίσσεται από "Switching Element" σε "Perception Node"

Στο πλαίσιο του αυτοματισμού διανομής και των έξυπνων συστημάτων λειτουργίας/συντήρησης, οι διακόπτες κενού έχουν νέο ρόλο. Τα παραδοσιακά VCB επικεντρώνονται στην απομόνωση σφαλμάτων και στην προστασία γραμμής. Η νέα γενιά ενσωματωμένων VCB πρωτογενών-δευτερογενών ενσωματώνει σε βάθος λειτουργίες ανίχνευσης ρεύματος/τάσης, συλλογής ισχύος, παρακολούθησης κατάστασης, επικοινωνίας και ελέγχου προστασίας.

Συγκεκριμένα, η τεχνική συναίνεση του κλάδου περιλαμβάνει: συμπαγή ολοκληρωμένο σχεδιασμό μετασχηματιστών ηλεκτρονικών οργάνων με διακόπτη κενού. την ικανότητα του ελεγκτή να εντοπίζει και να εκκαθαρίζει γρήγορα σφάλματα βραχυκυκλώματος (συνήθως μέσα σε λίγους κύκλους). υποστήριξη για γρήγορο αυτόματο κλείσιμο. και δυνατότητες καταγραφής σφαλμάτων και απομακρυσμένης επικοινωνίας.

Επιπλέον, με την αυξανόμενη ζήτηση για ενσωμάτωση στο δίκτυο ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, αυξάνεται επίσης η απαίτηση για τα VCB να διακόπτουν εξαρτήματα υψηλής DC. Τα ρεύματα βραχυκυκλώματος στην πλευρά του ηλιακού, του ανέμου και του συστήματος αποθήκευσης ενέργειας περιέχουν συχνά σημαντικό ποσοστό εξαρτημάτων DC, θέτοντας τεχνικές προκλήσεις πέρα ​​από εκείνες των παραδοσιακών συστημάτων AC.

Λειτουργικές Ενότητες Πρωτοβάθμιας-Δευτεροβάθμιας Ολοκληρωμένων Έξυπνων VCB

Σύγκριση Διαφορετικών Επιπέδων Έξυπνης Ενοποίησης

IV. Εξαιρετική περιβαλλοντική προσαρμοστικότητα: Η προστασία υψηλής εισροής γίνεται κλειδί για προϊόντα εξωτερικού χώρου

Οι αυτόματοι διακόπτες κενού εξωτερικού χώρου λειτουργούν σε πολύπλοκα και μεταβλητά περιβάλλοντα. Η υγρασία, η συμπύκνωση, η ομίχλη αλατιού, οι ακραίες θερμοκρασίες και η σκόνη είναι κοινές αιτίες αστοχίας του εξοπλισμού. Μεταξύ αυτών, η υποβάθμιση της μόνωσης και η διάβρωση του μηχανισμού που προκαλείται από τη συμπύκνωση είναι τα πιο σημαντικά ζητήματα.

Αντιμετωπίζοντας αυτό το σημείο πόνου, η αύξηση της συνολικής βαθμολογίας προστασίας εισόδου (IP) έχει γίνει μια σημαντική κατεύθυνση τεχνικής αναβάθμισης για τα VCB εξωτερικού χώρου τα τελευταία χρόνια. Οι κορυφαίες πρακτικές του κλάδου έχουν αυξήσει τις αξιολογήσεις προστασίας από το παραδοσιακό IP54 σε IP67 ή ακόμα και IP68. Το IP67 σημαίνει ότι ο εξοπλισμός μπορεί να αντέξει την προσωρινή βύθιση στο νερό χωρίς ζημιά, ενώ το IP68 υποδηλώνει τη δυνατότητα λειτουργίας ενώ βυθίζεται συνεχώς υπό συγκεκριμένες συνθήκες.

Οι βασικές τεχνολογίες για την επίτευξη υψηλών αξιολογήσεων IP περιλαμβάνουν: σχεδιασμό διεπαφής στεγανοποίησης μεταξύ του διακόπτη και του περιβλήματος του μηχανισμού, ανθεκτική στη διάβρωση επεξεργασία του μηχανισμού λειτουργίας και βελτιστοποίηση των δομών στεγανοποίησης μεταξύ των μονωτών δακτυλίου και του περιβλήματος.

Σύγκριση εξωτερικών VCB με Βαθμολογία προστασίας εισόδου