Ajendatuna ülemaailmsest energiaüleminekust ja suuremahulistest võrguuuendustest,Vaakumkaitselüliti(VCB) – üks elektrisüsteemides enim kasutatavaid kaitseseadmeid – on läbimas süstemaatilist ümberkujundamist. See areng viib VCB-d keskpinge domineerivalt positsioonilt kõrgepinge rakenduste poole ja lihtsast lülitusfunktsioonist intelligentsete võrgusõlmede poole. Tööstus tunnistab laialdaselt, et VCB-d on sisenenud teise kasvukõverale, mida iseloomustavad keskkonnasõbralikud alternatiivid, digitaalne integratsioon ja äärmuslik keskkonnaga kohanemisvõime.

I. Turu ja tehnoloogia mõjurid: VCB siseneb uude iteratsioonitsüklisse

Vaakumkaitselülitite põhieelis seisneb katkestavas keskkonnas – vaakumis endas –, mis ei tekita süsinikuheitmeid, pakub tugevat katkestusvõimet, pikka elektrilist eluiga ja hooldusvaba tööd. Keskpinge vahemikus (12 kV–40,5 kV) on VCB-d olnud pikka aega domineeriv lahendus. Kuid kõrgematel pingetasemetel (72,5 kV ja rohkem) on SF₆ kaitselülitid säilitanud oma liidripositsiooni tänu oma suurepärasele isolatsioonivõimele. Kuna SF₆-l on äärmiselt kõrge globaalse soojenemise potentsiaal (ligikaudu 23 900 korda suurem kui CO₂-l), on selle kasutamine silmitsi üha rangemate rahvusvaheliste eeskirjade ja süsinikupiirangutega.

See taust annab selge tehnilise tõuke vaakumkaitselülitite tehnoloogia laiendamiseks kõrgepingeülekande rakendustesse. Praegused peavoolu tehnilised arendussuunad on järgmised: ühe katkestusega vaakumkatkestite pingetaluvuse suurendamine, multi-break seeria tehnoloogia rakendamine 126 kV ja kõrgemal ning hübriidlahendused, mis ühendavad keskkonnasõbraliku gaasiisolatsiooni vaakumkatkestusega.

Erinevate katkestuskandjate keskkonnamõjude võrdlus

II. Kõrgepinge vaakumtehnoloogia: "trendist" kuni "tehnilise kontrollini"

Vaakumkaitselülitite rakendamine ülekande pingetasemetele nõuab mitme peamise tehnilise väljakutse ületamist.

Esiteks vaakumkatkestite isolatsioonivõime. Pingetasemete tõustes mõjutavad löögieelsed vaakumipilu, kontaktpinna seisundi ja elektrivälja ühtluse omadused oluliselt isolatsiooni jõudlust. Levinud tehnilised lähenemisviisid hõlmavad kontaktstruktuuride optimeerimist (nagu aksiaalsed magnetvälja kontaktid), katkestaja vaakumitaseme parandamist ja komposiitisolatsioonikonstruktsioonide kasutamist.

Teiseks, töömehhanismi kiire reageerimine. Kõrgepinge vaakumkaitselülitid nõuavad tavaliselt lühemat kogukatkestusaega, mis seab töömehhanismi mehaanilistele omadustele kõrgemad nõudmised. Vedrumehhanismidel, püsimagnetajamitel ja elektromagnetilistel tõukemehhanismidel on kiire avanemise, algse avanemiskiiruse ja hajutuse kontrolli osas oma eelised ja puudused.

Kolmandaks pinge jagamine mitme katkestuse jadaühendustes. Pingetasemel 126 kV ja üle selle suurenevad ühe katkestusega vaakumkatkestite tehnilised raskused ja maksumus märkimisväärselt, muutes mitme katkestuse jadaühenduse praktiliseks insenertehniliseks võimaluseks. Kuid mitme katkestuse jadaühendused seisavad silmitsi väljakutsetega nii staatilise kui ka dünaamilise pingejaotuse tasakaalustamatusega, mis nõuavad selliseid lahendusi nagu liigituskondensaatorid või sünkroonjuhtimistehnoloogia.

Avalikult kättesaadava tööstuse teabe kohaselt on mitmed kodumaised ja rahvusvahelised lülitusseadmete tootjad ja teadusasutused lõpetanud prototüübi arendamise 126 kV tasemel ning jõudnud inseneri valideerimise faasi. Seda edusamme peetakse tööstuses oluliseks sammuks vaakumlülitustehnoloogia laiendamisel kõrgepingerakendustesse.

Vaakumkaitselülitite tehnilised omadused pingetasemete järgi

III. Nutikas integratsioon: VCB areneb "lülituselemendist" "tajusõlmeks"

Jaotusautomaatika ja intelligentsete töö-/hooldussüsteemide raames on vaakumkaitselülitid saamas uut rolli. Traditsioonilised VCB-d keskenduvad rikete isoleerimisele ja liinikaitsele. Uue põlvkonna primaarsed ja sekundaarsed integreeritud VCB-d integreerivad sügavalt voolu/pinge tuvastamise, võimsuse kogumise, seisundi jälgimise, side ja kaitse juhtimisfunktsioonid.

Konkreetselt hõlmab tööstusharu tehniline konsensus järgmist: vaakumkatkestajaga elektrooniliste instrumentide trafode kompaktne integreeritud disain; kontrolleri võime kiiresti tuvastada ja kõrvaldada lühisvigu (tavaliselt mõne tsükli jooksul); kiire automaatse taassulgumise tugi; ning rikete salvestamise ja kaugsuhtluse võimalused.

Lisaks suureneb nõudluse suurenemisega taastuvenergia võrku integreerimise järele ka VCB-de nõue katkestada kõrge alalisvoolu komponente. Päikese-, tuule- ja energiasalvestussüsteemide poolel olevad lühisvoolud sisaldavad sageli märkimisväärset osa alalisvoolu komponentidest, mis kujutab endast tehnilisi väljakutseid, mis on suuremad kui traditsioonilised vahelduvvoolusüsteemid.

Primaarse-sekundaarse integreeritud nutikate VCB-de funktsionaalsed moodulid

Nutika integratsiooni erinevate tasemete võrdlus

IV. Äärmuslik kohanemisvõime keskkonnaga: välistingimustes kasutatavate toodete jaoks on võtmetähtsusega kõrge sissetungimise kaitse

Välispostile paigaldatavad vaakumkaitselülitid töötavad keerukates ja muutlikes keskkondades. Niiskus, kondensaat, soolane udu, äärmuslikud temperatuurid ja tolm on seadmete rikke tavalised põhjused. Nende hulgas on kõige olulisemad probleemid isolatsiooni lagunemine ja kondensatsioonist põhjustatud mehhanismide korrosioon.

Selle valupunktiga tegelemiseks on üldise sissepääsukaitse (IP) reitingu tõstmisest saanud viimastel aastatel välistingimustes kasutatavate VCB-de peamine tehniline uuendus. Valdkonna juhtivad tavad on tõstnud kaitsereitingud traditsiooniliselt IP54-lt IP67-le või isegi IP68-le. IP67 tähendab, et seade talub ajutist vette kastmist kahjustamata, samas kui IP68 tähendab võimet töötada kindlates tingimustes pidevalt vee all.

Peamised tehnoloogiad kõrge IP reitingu saavutamiseks on järgmised: katkestuslüliti ja mehhanismi korpuse vaheline tihendusliidese disain, töömehhanismi korrosioonikindel töötlemine ning läbiviigu isolaatorite ja korpuse vaheliste tihendusstruktuuride optimeerimine.

Välistingimustes kasutatavate VCB-de võrdlus sissepääsukaitse reitingu järgi