Почему вакуумные выключатели на 12 кВ превосходят SF6/масло/воздух: комплексный анализ решения

Почему 12-киловольтные вакуумные выключатели превосходят SF₆/масло/воздух: комплексный анализ

В средневольтных (MV) системах распределения электроэнергии, особенно в 12-киловольтных шкафах, вакуумные выключатели (VCBs) стали доминирующей технологией, значительно превзойдя исторические альтернативы, такие как выключатели с SF₆, минимально-масляные выключатели и воздушные выключатели. Этот отчет предоставляет подробное сравнение 12-киловольтных внутренних VCBs с этими конкурентами, подчеркивая их ключевые преимущества.

​I. Обзор основных конкурирующих технологий​

1. ​Выключатели с SF₆
• ​Принцип работы: Использует гексафторид серы (SF₆) для тушения дуги и изоляции. SF₆ обладает отличными диэлектрическими и дугогасящими свойствами.
• ​Применение: Ранее широко использовались в MV/HV системах, особенно для высоких значений разрывной способности или наружных применений. Однако их доля рынка в 12-киловольтных внутренних системах была в основном заменена VCBs из-за экологических и эксплуатационных проблем.
2. ​Минимально-масляные выключатели
• ​Принцип работы: Использует трансформаторное масло в качестве среды для тушения дуги, но использует значительно меньше масла, чем более ранние объемные масляные конструкции.
• ​Применение: Были основной технологией до появления VCBs. Ключевые недостатки включают пожароопасность, высокую потребность в обслуживании и экологическое загрязнение.
3. ​Воздушные выключатели
• ​Принцип работы: Опирается на сжатые воздушные потоки для тушения дуги.
• ​Применение: Использовались в ранних HV системах или специфических применениях. Для 12-киловольтных внутренних сценариев, воздушные выключатели уступают VCBs по разрывной способности, размерам и уровню шума.

​II. Ключевые преимущества 12-киловольтных внутренних VCBs​

VCBs превосходят конкурентов по шести ключевым параметрам:

1. ​Превосходная дугогашение и надежность​
• ​Вакуумное прерывание: Вакуум является идеальным изолирующим материалом. Тушение дуги происходит эффективно при нулевом токе в герметичном прерывателе, с быстрым восстановлением диэлектрических свойств. Это обеспечивает высокую надежность, особенно при частых операциях.
• ​Отсутствие риска повторного зажигания: В отличие от SF₆ или масла, вакуумное прерывание практически исключает риск повторного зажигания.
• ​Высокая разрывная способность: Современные 12-киловольтные VCBs охватывают широкий диапазон номинальных короткозамкнутых токов (Isc), от 20 кА до 50 кА+ (например, ZN63/VBY-12: 40 кА; VS1-12: 50 кА), соответствующих выключателям с SF₆ и превышающих масляные и воздушные выключатели.
• ​Долгий электрический срок службы: Выдерживает 30-50 полных короткозамкнутых прерываний (например, VT19-12, VS1-12), удовлетворяет требованиям класса E2 и превосходит масляные выключатели.
2. ​Экологическая и безопасная эксплуатация​
• ​Нулевые выбросы парниковых газов: VCBs используют вакуум вместо SF₆ — мощного парникового газа с GWP ~23,500× CO₂, что исключает регуляторные и утилизационные проблемы.
• ​Отсутствие риска пожара: В отличие от масляных выключателей, вакуумные прерыватели не представляют риска пожара или взрыва.
• ​Безвредная эксплуатация: Не образует токсичных побочных продуктов при прерывании (в отличие от разложения SF₆).
3. ​Минимальное обслуживание и долговечность​
• ​«Безобслуживаемый» дизайн: Герметичные вакуумные прерыватели не требуют внутреннего обслуживания в течение всего срока службы (обычно соответствующего механической долговечности). Это резко контрастирует с выключателями с SF₆ (мониторинг и пополнение газа) и масляными выключателями (замена масла).
• ​Высокая механическая долговечность: Механизмы с пружинным приводом обеспечивают 10,000-30,000 операций (класс M2), снижая механическое обслуживание.
• ​Твердая изоляция: Технологии, такие как эпоксидные заливные стержни (например, VS1-12), повышают устойчивость к пыли, влаге и конденсации.
4. ​Компактный дизайн и гибкость​
• ​Маленький размер: Компактные вакуумные прерыватели и оптимизированные механизмы позволяют создавать пространственно эффективные конструкции.
• ​Универсальность установки: Интегрированные механизмы управления поддерживают фиксированные или выдвижные конфигурации (например, для KYN28A-12/GZS1, XGN шкафов).
• ​Модульность: Упрощенная сборка и замена компонентов.
5. ​Продвинутое прерывание и экономическая эффективность​
• ​Низкий ток обрезания: Минимизирует перенапряжение при коммутации индуктивных токов.
• ​Класс C2 для коммутации конденсаторов: Очень низкая вероятность повторного зажигания для конденсаторных батарей.
• ​Низкие общие затраты: Хотя первоначальные затраты могут быть сопоставимы с выключателями с SF₆, VCBs предлагают меньшие затраты на протяжении всего срока службы благодаря минимальному обслуживанию, отсутствию затрат на обработку SF₆, снижению страховых премий (отсутствие риска пожара) и продленному сроку службы.
6. ​Устойчивость к окружающей среде​
• Работает надежно в стандартных условиях (−15°C до +40°C, ≤1,000 м над уровнем моря). Конструкции с твердой изоляцией выдерживают суровые условия (например, высокую влажность, загрязнение).

​III. Сравнительный обзор​

Таблица: 12-киловольтные внутренние VCBs против ключевых конкурентов

​IV. Заключение​

Для 12-киловольтных внутренних систем распределения электроэнергии, вакуумные выключатели (VCBs) являются бесспорным выбором технологии. Их превосходное дугогашение, непревзойденная надежность, истинная безобслуживаемость, экологическая безопасность (отсутствие рисков SF₆, масла, пожара), компактный дизайн и экономическая эффективность на протяжении всего срока службы закрепили их доминирование в современной электрической инфраструктуре.