اتجاهات تطور أنظمة المعلومات الجغرافية
تكييف المعدات الكهربائية ذات الجهد العالي
بسبب التدابير المصغرة التي اتخذت لكل مكون وجزء، وكذلك التخطيط المصغر الشامل، فإن حجم المعدات الكهربائية ذات الجهد العالي قد تقلص باستمرار. هناك مجموعة واسعة من تركيبات المعدات الكهربائية، مع طرق تركيب مرنة وهياكل متراصة للغاية. يشمل نظام التجهيزات الكهربائية المعزول بالغاز والمغلق بمعدن (GIS) معظم الأجهزة الكهربائية ذات الجهد العالي وأجهزة الكشف والحماية، مما يدمج وظائف الأجهزة الكهربائية المنفصلة في كيان واحد. لذا يمكن القول إن مستوى تصميم وإنتاج GIS يمثل مستوى أنظمة التجهيزات الكهربائية المعزولة بالغاز والمغلقة بمعدن.
ظهر نظام التجهيزات الكهربائية المعزول بالغاز والمغلق بمعدن (GIS) كجهاز كهربائي جديد في منتصف الستينيات. نظرًا لأنه مغلق ومتكيف، فإنه يتمتع بمساحة صغيرة، يستخدم مساحة أقل، غير متأثر بالبيئة الخارجية، لا ينتج ضوضاء أو تداخل راديو، ويتميز بأداء آمن ومعتمد يتطلب صيانة قليلة، لذا فقد شهد تطورًا كبيرًا. منذ ظهوره، استمر في التطور نحو جهد أعلى وسعة أكبر وتكييف. من خلال سنوات من الخبرة العملية في إندونيسيا وتحسينات التصميم المستمرة، لم يتطور GIS فقط من حيث الجهد العالي والسعة الكبيرة ولكنه استمر أيضًا في الابتكار.
الخصائص الأساسية ومبدأ إخماد القوس الكهربائي للغاز سلفور هكسافلوريده (SF6)
في السنوات الأخيرة، شهد غاز SF6 تطورًا سريعًا كوسط لإخماد القوس الكهربائي في المقاطع الكهربائية. كان غاز SF6 معروفًا في الأصل كغاز عازل بقوة عزل عدة مرات أعلى من الهواء. يتمتع بقدرات إخماد قوس كهربائي قوية جدًا، وتحدث الانتقال من قوس كهربائي موصل إلى عازل بسرعة عالية جدًا. لذا، في المقاطع الكهربائية ذات الجهد العالي، يمكن لغاز SF6 أن يعمل كوسط لإخماد القوس الكهربائي وكمتوسط عازل. الخصائص الأكثر بروزًا لغاز SF6 هي كما يلي:
الخصائص الأساسية الممتازة
غاز SF6 النقي هو غاز هالوجيني بلا لون ولا رائحة وغير سام وغير قابل للاشتعال. تحت ظروف درجة حرارة طبيعية، أي عند 20°C و 0.1MPa، فإن كثافته خمسة أضعاف كثافة الهواء. معامل نقل الحرارة لغاز SF6، بما في ذلك التأثيرات المحددة، هو 1.6 مرة أكثر من الهواء.
الخصائص الحرارية الكيميائية الخاصة
تظهر التجارب أن درجة حرارة التحلل لغاز SF6 أقل من الهواء، بينما الطاقة اللازمة للتحلل أعلى. نتيجة لذلك، يمتص غاز SF6 كمية كبيرة من الطاقة أثناء التحلل، مما يوفر تبريد قوي للقوس الكهربائي. لدى غاز SF6 قابلية على الإلكترونات الحرة. لذا، في منطقة الساخنة، سيكون هناك في الواقع توصيل كهربائي ضئيل جدًا أو لا يوجد توصيل على الإطلاق، ومع ذلك فإن قدرته على نقل الحرارة عالية جدًا. يتحلل غاز SF6 بسرعة ضمن نطاق درجة حرارة نسبيًا منخفض (2000 - 2500K). عندما يتحلل غاز SF6 في منطقة الغطاء القوسي، فإنه يمتص كمية كبيرة من الحرارة من القوس الكهربائي، مما يمنح غاز SF6 قدرات إخماد قوس كهربائي ممتازة. في غاز SF6، عندما يقترب تيار القوس من الصفر، يكون هناك فقط قلب قوس كهربائي رقيق ذو درجة حرارة عالية، والمحيط به طبقات غير موصلة.
وبالتالي، بعد مرور التيار عبر الصفر، تتراجع قوة العزل الكهربائي للثقب القوسي بسرعة وتتجاوز سرعة استعادة الجهد. في غاز SF6، يستمر قلب القوس الكهربائي الرقيق حتى عند مستويات التيار المنخفضة جدًا. هذه خاصية مرغوبة جدًا في انقطاع المقاطع الكهربائية، حيث تلبي مطلب الانتقال السريع من موصل جيد إلى عازل عندما يمر التيار عبر الصفر. بسبب هذه الخصائص، حتى عند انقطاع التيار الصغير، يستمر قلب القوس الكهربائي حتى يصل التيار إلى الصفر ويمكنه الاستمرار في الانكماش. هذا يمنع انقطاع التيار القسري، أي القطع القسري للتيار، وبالتالي يقلل من حدوث الجهد الزائد عند التحويل.
الإلكترونيا القوية
تشير الإلكترونيا إلى ميل الجزيئات أو الذرات المنفصلة إلى تشكيل أيونات سالبة. يتمتع غاز SF6 بقدرة قوية على امتصاص الإلكترونات، وهو ما يعرف بالإلكترونيا. يمتص غاز SF6 والجزيئات والذرات الهالوجينية المنتجة من تحلله الإلكترونات في القوس الكهربائي، مما يشكل أيونات سالبة. نظرًا لأن كتلة الأيونات السالبة أكبر بكثير من كتلة الإلكترونات، فإن سرعة حركة الأيونات السالبة تحت تأثير المجال الكهربائي أبطأ بكثير من سرعة حركة الإلكترونات. في حركة المجال الكهربائي، يسهل على الأيونات السالبة إعادة التركيب مع الأيونات الموجبة لتشكيل جزيئات محايدة. لذا، فإن عملية اختفاء التوصيل الكهربائي في الفضاء تكون سريعة جدًا. هذا الظاهرة لها نفس التأثير مثل قدرة تبريد قوية جدًا في فضاء الأيونات، مما يؤدي إلى تغيير سريع في التوصيل الكهربائي بالقرب من نقطة الصفر للتيار القوسي. هذه الخاصية، مجتمعة مع خاصية تكوين قلب قوس كهربائي رقيق، تقصر زمن الثبات القوسي بشكل كبير. وبذلك، تمنح الإلكترونيا القوية لغاز SF6 خصائص عزل ممتازة.
المتطلبات الأساسية لوسط إخماد القوس الكهربائي ليست فقط قوة عزل عالية ولكن، بشكل أكثر أهمية، سرعة استعادة قوة العزل عالية. يجب أن يمتلك أيضًا خاصية أخرى مهمة وهي ثابت حراري صغير جدًا عند مرور تيار القوس عبر الصفر. يمتلك غاز SF6، كوسط لإخماد القوس الكهربائي، هذه الخصائص. يعتمد ليس فقط على تأثير التبريد الأدياباتي الذي يشكله تدرج الضغط للتيارات الغازية ولكن بشكل أساسي على الخصائص الحرارية الكيميائية الخاصة والإلكترونيا القوية لغاز SF6، مما يمنح غاز SF6 قدرات إخماد قوس كهربائي قوية جدًا. بسبب خصائص إخماد القوس الكهربائي والعزل الممتازة لغاز SF6، واستقرار خصائصه الكيميائية وعدم سميته، فإن استخدام غاز SF6 في مجالات مثل نقل وتوزيع الطاقة، المحولات، المقاومات، والمقابس الكهربائية قد استمر في التوسع.
تطور نظام التجهيزات الكهربائية المعزول بالغاز والمغلق بمعدن (GIS) بشكل أكبر بناءً على مقاطع الدائرة الكهربائية SF6. يحتوي GIS على مقاطع الدائرة الكهربائية، المقاطع الفاصلة، المقاطع الأرضية، المحولات الكهربائية للتيار والجهد، مقاومات البرق، والحافلات المتصلة داخل غلاف معدني ويملؤه بغاز SF6، الذي يتمتع بخصائص إخماد قوس كهربائي وعزل ممتازة، يعمل كعزل بين المراحل والتربة. نظرًا لأنه مغلق ومتكيف، فإنه يستخدم مساحة صغيرة ومساحة أقل، غير متأثر بالبيئة الخارجية، لا ينتج ضوضاء أو تداخل راديو، يعمل بأمان ومعتمد، ويحتاج إلى صيانة قليلة، لذا فقد حقق تطورًا كبيرًا.
هيكل نظام GIS ثلاثي الطور المغلق
في نظام GIS ثلاثي الطور المغلق، يتم تثبيت المكونات الرئيسية الثلاثة في غلاف خارجي مشترك مُحمَّل بالأرض، مدعومة ومعزولة بواسطة العوازل المصبوبة من راتنج الإبوكسي. يتمتع هذا النوع من GIS بهيكل متراص، مع عدد أقل من الأغلفة الخارجية، مما يمكنه من توفير المواد بشكل كبير. بالإضافة إلى ذلك، بسبب تقليل نقاط الختم وقصر طول الختم، يكون معدل تسرب الغاز منخفضًا. بالإضافة إلى ذلك، يمكنه أيضًا تقليل التيار الدائري أثناء التشغيل وتبسيط أعمال الصيانة. يتمتع نظام GIS ثلاثي الطور بحجم عام صغير نسبيًا، وأجزاء أقل، وأقل ارتداء للأغلفة الخارجية، ودورة تركيب قصيرة. ومع ذلك، فإن عيبه هو عدم تساوي المجال الكهربائي الداخلي، مع تأثير متبادل بين الأطوار، مما يجعله عرضة للانفجار بين الأطوار.
يعرف نوع ثلاثي الطور المغلق أيضًا باسم نوع الثلاثة أطوار في خزان مشترك. يتم تثبيت ثلاثة خطوط الطور داخل الأسطوانة من خلال العوازل، مرتبة في نمط مثلث. يتكون كل وحدة وظيفية من GIS من عدة أقسام. يجب أن يتناسب تقسيم الأقسام ليس فقط مع متطلبات التشغيل العادية ولكن أيضًا يجب أن يكون قادرًا على تقييد القوس الكهربائي في حالة وجود عطل داخلي. تسمح الأقسام المختلفة بضغوط غاز مختلفة. على سبيل المثال، يحتاج قسم المقاطع الفاصلة، بالنظر إلى تأثير إخماد القوس الكهربائي، إلى ضغط غاز حوالي 0.6 MPa، بينما الأقسام الأخرى لديها ضغوط نسبية أقل.
التكنولوجيات الرئيسية لذكاء المعدات الكهربائية ذات الجهد العالي
محتوى التكنولوجيا للمعدات الكهربائية الذكية ذات الجهد العالي واسع جدًا. تتضمن التكنولوجيات الرئيسية:
ذكاء تشغيل المقاطع: مراقبة وتشخيص حالة التشغيل لأجهزة الفتح والإغلاق؛
ذكاء التحكم الثانوي: استخدام البنية التحتية الموزعة والتكنولوجيا المتصلة بالشبكة والتكنولوجيا الشاملة للمراقبة لتحقيق التقاط الإشارات - تقنية المستشعرات، مثل ملفات روغوفسكي الحلزونية بدون نواة لمستشعرات التيار والجهد، مستشعرات السكتة الدماغية، ومستشعرات كثافة الغاز؛
مراقبة أداء العزل: كشف التفريغ الجزئي، وكشف التوصيل غير الطبيعي، وكشف الجزيئات الدقيقة؛
نظام التشخيص والقرارات: تحليل الإشارات من خلال تحليل الإشارات لاتخاذ القرارات والحكم؛
التوافق الكهرومغناطيسي (EMC): يهدف بشكل أساسي إلى قمع التداخل من مسارات التوافق الكهرومغناطيسي المشتركة، أي إزالة أو تقليل العوامل المختلفة التي تشكل معاوقة مشتركة. تشمل الطرق العزل والعزل والتصفية؛
تطوير الكمبيوتر المصغر الخاص: تطوير الدوائر المتكاملة والبرمجيات المتخصصة لتحسين قابلية التطبيق والأداء الحقيقي وأنظمة التشغيل للميكروكومبيوتر، وتعزيز مستوى التشغيل والموثوقية للمعدات الكهربائية ذات الجهد العالي.
