在电力领域的广泛应用 - 真空确保能源供应的稳定性

在电力领域的广泛应用 - 真空确保能源供应的稳定性

在复杂的电网系统中,真空开关只是个小小的部件。但是,它们在确保电能全天候可靠运行方面发挥关键作用。
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从发电站到用电器具
当我们打开咖啡机或给智能手机充电时,我们通常不会想到那些为我们提供电能的高复杂基础设施。例如,在德国,一个超过 180 万公里的电网将电厂的能量输送给终端用电器具。220,000 或 380,000 伏特的高压电流流经电源线。 

对于原始区域配电,通常最初转换为 110,000 伏特。然后,送到小变电站电压处于 5 万至 1000 伏特的中压之间,最后电能以 230 伏特的低电压输送至城市和地方电网。由于其高能量需求,工业公司、医院、大型游泳池或广播塔往往有自己的变电站,这些变电站通常直接由中压电网供电。电网管理还确保生产和用电之间的平衡。在转换过程中,以及电流流动的持续调整中,需要不断启动无数开关。

有时,如果在黑暗中按下一个简单开关,就能看到一点闪光。当靠近触点或触点刚刚分离之后,这些闪光便会出现。电能使触点之间的空气电离;电能通过它传输一定距离,此距离比触点之间的距离还要长一些。小闪光就是很小的电弧。这一物理现象出现在家中开闭电灯开关时是无害的,而在高电压和超高压开关过程中会产生破坏性的力量。电弧温度可能超过 5000℃——在几分之一秒内就足以点燃大多数材料。

真空防止出现电弧

不过,触点引燃会立即危及整个连接电网的功能。此外,火苗还可以蔓延到其他开关或高压电站组件。因此,在高压开关制造过程中,空气已从中抽离。真空断路器会封装开关触点。在真空中,没有空气分子潜在被电离,成为电弧的载体。

但小电弧仍会出现,因为在高电压电流下,触点上的少量金属会蒸发。其特定类型的形状(带倾斜狭缝的圆柱形)与材料确保这些电弧只能形成低热量。此外,在真空中,它们仍然是孤立的,不会造成破坏。因此,排空开关壳体中的空气是电网稳定的重要前提。


发电站故障是导致停电的明显原因之一。当一台发电机发生故障时,其他发电站通常会在很短时间内提供更多电能,从而补偿故障。如果闪电击中中压电网的一部分,也会造成持续几秒的断电。如果电网大面积停电持续数分钟甚至数小时,能源专家将其称为"电网大停电"。这些情况属于全面电力故障。例如,一些可能触发停电的事件,包括倒下的树木切断了重要线路或短路。冬季极端天气也会带来严重后果。如果在长时间低温之后融化的雪或突降大雨会在电线上堆积成厚厚的冰,其重量会导致电线断裂,从而中断电能的输送。有时,受影响的电缆塔会侧翻,在最坏的情况下,会触发多米诺效应,引发其他电缆塔侧翻。但是,如果看看历史上最大型的停电事件,就会发现它们往往是由电网本身引起:过度波动或过载,或者是重要电网部件技术故障。

在欧洲,停电的频率用所谓的 SAIDI(系统平均中断持续时间指数)值来表示。它在中断时长与用电器具数量之间建立一个比率,表示每年总中断分钟数。2013 年,卢森堡的 SAIDI 值最低,为 10 分钟,紧随其后的是丹麦、瑞士和德国。


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