Impulsat de tranziția energetică globală și modernizările la scară largă ale rețelei,Întrerupător de circuit în vid(VCB) — unul dintre cele mai utilizate dispozitive de protecție în sistemele de alimentare cu energie — este în curs de transformare sistematică. Această evoluție mută VCB-urile dintr-o poziție dominantă în aplicații de medie tensiune către aplicații de înaltă tensiune și de la o simplă funcție de comutare către noduri de rețea inteligente. Industria recunoaște pe scară largă faptul că VCB-urile au intrat pe o a doua curbă de creștere caracterizată de alternative ecologice, integrare digitală și adaptabilitate extremă la mediu.

I. Factori de piață și tehnologie: VCB intră într-un nou ciclu de iterație

Avantajul principal al întrerupătoarelor de circuit în vid constă în mediul de întrerupere — vidul în sine — care oferă zero emisii de carbon, capacitate puternică de întrerupere, viață electrică lungă și funcționare fără întreținere. În domeniul de medie tensiune (12 kV–40,5 kV), VCB-urile au fost mult timp soluția dominantă. Cu toate acestea, la niveluri de tensiune mai ridicate (72,5 kV și mai sus), întreruptoarele SF₆ și-au menținut poziția de lider datorită performanței excelente de izolație. Deoarece SF₆ are un potențial de încălzire globală extrem de ridicat (de aproximativ 23.900 de ori mai mare decât CO₂), utilizarea sa se confruntă cu reglementări internaționale din ce în ce mai stricte și constrângeri de carbon.

Acest fundal oferă un impuls tehnic clar pentru extinderea tehnologiei întrerupătoarelor de circuit în vid în aplicațiile de transmisie de înaltă tensiune. Direcțiile curente de dezvoltare tehnică curentă includ: creșterea capacității de rezistență a tensiunii de întrerupere a întrerupătoarelor de vid cu o singură întrerupere, aplicarea tehnologiei în serie cu întreruperi multiple la 126 kV și mai mult și soluții hibride care combină izolarea ecologică cu gaz cu întreruperea în vid.

Comparația impactului asupra mediului al diferitelor medii de întrerupere

II. Tehnologie de vid de înaltă tensiune: de la „Trend” la „Validare de inginerie”

Aplicarea întrerupătoarelor cu vid la nivelurile de tensiune de transmisie necesită depășirea mai multor provocări tehnice cheie.

În primul rând, capacitatea de izolație a întrerupătoarelor cu vid. Pe măsură ce nivelurile de tensiune cresc, caracteristicile înainte de lovire ale spațiului de vid, starea suprafeței de contact și uniformitatea câmpului electric au un impact semnificativ amplificat asupra performanței izolației. Abordările tehnice obișnuite includ optimizarea structurilor de contact (cum ar fi contactele de câmp magnetic axial), îmbunătățirea nivelului de vid al întreruptorului și utilizarea structurilor de izolație compozite.

În al doilea rând, răspunsul de mare viteză al mecanismului de operare. Întreruptoarele cu vid de înaltă tensiune necesită de obicei timpi de întrerupere totale mai scurti, impunând cerințe mai mari asupra caracteristicilor mecanice ale mecanismului de acționare. Mecanismele cu arc, actuatoarele magnetice permanente și mecanismele de repulsie electromagnetică au fiecare propriile avantaje și dezavantaje în ceea ce privește deschiderea rapidă, viteza inițială de deschidere și controlul dispersiei.

În al treilea rând, partajarea tensiunii în conexiunile în serie cu întreruperi multiple. La niveluri de tensiune de 126 kV și peste, dificultatea tehnică și costul întrerupătoarelor de vid cu o singură întrerupere cresc semnificativ, făcând conexiunea în serie cu întreruperi multiple o opțiune de inginerie practică. Cu toate acestea, conexiunile în serie cu întreruperi multiple se confruntă cu provocări atât cu dezechilibre statice, cât și dinamice de distribuție a tensiunii, necesitând soluții precum condensatori de gradare sau tehnologia de control sincron.

Conform informațiilor din industrie disponibile public, mai mulți producători și instituții de cercetare naționale și internaționale de aparate de comutare au finalizat dezvoltarea prototipului la nivel de 126 kV și au intrat în faza de validare a ingineriei. Acest progres este considerat în industrie ca un pas substanțial către extinderea tehnologiei de comutare în vid în aplicații de înaltă tensiune.

Caracteristicile tehnice ale întreruptoarelor cu vid în funcție de nivelul de tensiune

III. Integrare inteligentă: VCB evoluează de la „Element de comutare” la „Nod de percepție”

În cadrul automatizării distribuției și al sistemelor inteligente de operare/întreținere, întreruptoarele de circuit în vid au un rol nou. VCB-urile tradiționale se concentrează pe izolarea defecțiunilor și protecția liniei. Noua generație de VCB integrate primar-secundar integrează profund funcțiile de detectare a curentului/tensiunii, colectarea energiei, monitorizarea stării, comunicarea și controlul protecției.

În mod specific, consensul tehnic al industriei include: design compact integrat al transformatoarelor electronice pentru instrumente cu întrerupătorul în vid; capacitatea controlerului de a identifica și elimina rapid defecțiunile de scurtcircuit (de obicei în câteva cicluri); suport pentru reînchidere automată rapidă; și capacitatea de înregistrare a erorilor și de comunicare la distanță.

În plus, odată cu creșterea cererii de integrare a rețelei de energie din surse regenerabile, este în creștere și cerința ca VCB-urile de a întrerupe componentele cu curent continuu ridicat. Curenții de scurtcircuit pe partea solară, eoliană și a sistemului de stocare a energiei conțin adesea o proporție semnificativă de componente DC, punând provocări tehnice dincolo de cele ale sistemelor AC tradiționale.

Module funcționale ale VCB-urilor inteligente integrate primar-secundar

Comparație între diferitele niveluri de integrare inteligentă

IV. Adaptabilitate extremă la mediu: Protecția ridicată la pătrundere devine cheia pentru produsele de exterior

Întreruptoarele cu vid montate pe stâlpi de exterior funcționează în medii complexe și variabile. Umiditatea, condensul, ceața de sare, temperaturile extreme și praful sunt cauze comune ale defecțiunii echipamentului. Printre acestea, degradarea izolației și coroziunea mecanismului cauzată de condens sunt cele mai proeminente probleme.

Abordând acest punct de durere, creșterea gradului general de protecție la pătrundere (IP) a devenit o direcție majoră de actualizare tehnică pentru VCB-urile de exterior în ultimii ani. Practicile de vârf în industrie au crescut gradul de protecție de la IP54 tradițional la IP67 sau chiar IP68. IP67 înseamnă că echipamentul poate rezista la scufundarea temporară în apă fără deteriorare, în timp ce IP68 înseamnă capacitatea de a funcționa în timp ce este scufundat continuu în condiții specificate.

Tehnologiile cheie pentru obținerea unor ratinguri IP ridicate includ: proiectarea interfeței de etanșare între întrerupător și carcasa mecanismului, tratarea rezistentă la coroziune a mecanismului de operare și optimizarea structurilor de etanșare între izolatorii bucșei și carcasă.

Comparație a VCB-urilor de exterior în funcție de gradul de protecție la intrare