Наибольший пик исследований и разработок генераторных выключателей (ГВ) с вакуумными дугогасительными камерами (ВДК) пришелся на 1960– 1970-е гг. Широкое распространение возобновляемых источников в виде ветровых, солнечных, а впоследствии и атомных электростанций малой мощности (АСММ), имеющих диапазон мощностей до 300 МВт, способствует применению ГВ с ВДК.
Целью статьи является анализ проблем традиционных ГВ и возможности реализации гибридных ГВ с применением ВДК, а также анализ характеристик зарубежных ГВ с ВДК фирм Siemens и АВВ. Стандарты и характеристики ГВ разных производителей описаны в [1–10], литература [11–14] посвящена разработкам гибридных ГВ. Библиография [15–17] рассматривает комплектующие устройства и ВДК. Предыдущие исследования и разработки приведены в [18–22]. Библиография [23, 24] обобщает сведения по расчетным режимам, разработке и испытаниям ГВ.
Исследования и разработки генераторных выключателей (ГВ) в течение последних десятков лет проводятся как в России, так и за рубежом. Высокие массогабаритные и стоимостные показатели, а также высочайшие требования по надежности работы, коммутационному ресурсу этих выключателей заставляют вести поиски новых технических решений. Недостатки ГВ традиционных конструкций обусловлены тем, что к вакуумной дуговой камере (ВДК) или элегазовой камере одновременно предъявляются требования по малому сопротивлению в замкнутом состоянии и высокой пропускной способности по току, отключая который, нагретая камера должна выдержать переходное восстанавливающееся напряжение (ПВН). ВДК в силу Рис. 1. Типовое размещение ГВ в составе генераторного распределительного устройства (ГРУ или GCB) электростанции большей простоты и надежности нашли большее применение в качестве ГВ на токи до 12,5 кА, напряжения до 24 кВ с мощностью генераторов до 400 МВА. Для генераторов большей мощности по-прежнему наиболее предпочтительны элегазовые ГВ, хотя более сложны и дороги в эксплуатации.
Кроме того, из-за высокой стоимости генераторов камера и выключатель, несмотря на низкую вероятность, должны отключить ток близкого трехфазного короткого замыкания (КЗ), так же как и включение на близкое трехфазное КЗ. Отключение указанного КЗ сопровождается наличием апериодической составляющей, которая тем больше по амплитуде и длительности, чем ближе к выключателю место КЗ. При этом следует иметь в виду, что указанные режимы приводят к предельным воздействиям по току и напряжению к весьма дорогим и ответственным генераторам, имеющим относительно низкую электрическую прочность изоляции, а также ограниченную динамическую стойкость. На рис. 1 приведено типовое размещение ГВ в составе генераторного распределительного устройства (ГРУ или GCB) электростанции. ГРУ размещается в машинном зале между генератором и повышающим (сетевым) трансформатором, которые соединены короткими экранированными токопроводами. Ближе к сетевому трансформатору устанавливается вспомогательный трансформатор для питания собственных нужд мощностью до 5% мощности генератора. Из-за высокой мощности генератора и коротких токопроводов большого диаметра условия работы ГВ существенно отличаются в худшую сторону от сетевых и распределительных выключателей за счет больших номинальных токов, токов отключения КЗ, большего ПВН и скорости его восстановления после отключения тока.