Развитие на тенденциите в ГИС

Модуляризиране на високонапрегнатата комутационна апаратура

Благодарение на мерките за миниатюризация, предприети за всеки компонент и част, както и за цялостната миниатюрнакомпоновка, размерът на високонапрегнатата комутационна апаратура е непрекъснато намалявал. Съществуват много различни комбинации от комутационна апаратура с гъвкави методи за комбиниране и много компактни структури. Газово изолираната метална затворена комутационна апаратура (GIS) обхваща повечето високонапрегнати електроуреди и защитни уреди за детекция, интегрирайки функциите на първоначално отделни электроуреди в един цял. Така може да се каже, че нивото на проектиране и производство на GIS представлява нивото на газово изолираната метална затворена комутационна апаратура.

Газово изолираната метална затворена комутационна апаратура (GIS) е нов тип електроуред, който възниква средата на 1960-те години. Тъй като е и затворена, и модулна, тя заема малко пространство, не се влияе от външната среда, не произвежда шум или радиопресякания и разполага с безопасна и надеждна работа с минимален поддръжка, така че е видяла значително развитие. От момента на въвеждането ѝ, тя непрекъснато се развива към по-висока напрегнатост, по-голяма капацитет и миниатюризация. Чрез години опит на Индонезия и непрекъснати подобрения в дизайна, GIS не само е напреднала в отношение на по-висока напрегнатост и по-голяма капацитет, но и непрекъснато иновира.

Основни характеристики и принцип на угасяване на дъга на шестфлуориден сулфур (SF6) газ

През последните години SF6 газът е бил бързо развит като средство за угасяване на дъга в прекъсвателни устройства. SF6 газът е известен първоначално като изолиращ газ със силна изолираща способност, няколко пъти по-голяма от тази на въздуха. Разполага с изключително силни способности за угасяване на дъга, а преходът от проводяща дъга към изолатор се случва с много висока скорост. Затова във високонапрегнатите прекъсвателни устройства SF6 газът може да служи както като средство за угасяване на дъга, така и като изолираща среда. Най-значителните характеристики на SF6 газа са следните:

Отлични основни свойства

Чистият SF6 газ е безцветен, безмиров, нетоксичен и негорим халогенен сложен газ. При нормални температурни условия, т.е. при 20°C и 0,1 МПа, неговата плътност е пет пъти по-голяма от тази на въздуха. Коefициентът на пренос на топлина на SF6 газа, включително конвективните ефекти, е 1,6 пъти по-голям от този на въздуха.

Специфични термохимични свойства
Експериментите показват, че температурата на декомпозиция на SF6 газа е по-ниска от тази на въздуха, докато необходимата енергия за декомпозиция е по-висока. В резултат на това, SF6 газът абсорбира голямо количество енергия при декомпозиция, оказвайки силен охладителен ефект върху дъгата. SF6 газът има афинитет към свободните електрони. Така, в горещата зона, всъщност ще има само много малка проводимост или изобщо няма проводимост, но неговата теплопроводимост е доста висока. SF6 газът се декомпозира бързо в сравнително ниски температурни диапазони (2000 - 2500K). Когато SF6 газът се декомпозира в областта на дъгата, той абсорбира значително количество топлина от дъгата, приделяйки на SF6 газа отлични способности за угасяване на дъга. В SF6 газа, когато токът на дъгата приближи до нула, само много тънката ядро на дъгата има висока температура, а околната му област се състои от непроводящи слоеве.

Следователно, след като токът премине през нула, диелектричната способност на пробоята на дъгата се възстановява бързо и надхвърля скоростта на възстановяване на напрежението. В SF6 газа, дори при много ниски нива на тока, се запазва много тънко ядро на дъгата. Това е много желана характеристика при прекъсването на прекъсвателните устройства, тъй като отговаря на изискването за бърз преход от добър проводник към изолатор, когато токът премине през нула. Именно благодарение на тези характеристики, дори при прекъсване на малки токове, ядрото на дъгата се запазва непрекъснато, докато токът достигне нула, и все още може да се свива непрекъснато. Това предотвратява принудително прекъсване на тока, т.е. отрязване на тока, и така намалява възникването на переключващи перенапрежения.

Силна електронегативност

Електронегативността се отнася до склонността на молекули или разпаднали се атоми да формират отрицателни иони. SF6 има силна способност да адсорбира електрони, известна като електронегативност. SF6 и халогенните молекули и атоми, произведени от неговата декомпозиция, силно адсорбират електрони в дъгата, формирайки отрицателни иони. Тъй като масата на отрицателните иони е много по-голяма от тази на електроните, скоростта на движение на отрицателните иони под влиянието на електрическото поле е много по-бавна от тази на електроните. В движението в електрическото поле, отрицателните иони лесно реадибират с положителните иони, формирайки неутрални молекули. Следователно процесът на изчезване на пространствената проводимост е изключително бърз. Този феномен има същия ефект като много силна охладителна способност в ионизираното пространство, което води до много бърза промяна на пространствената проводимост около нулевия момент на тока на дъгата. Тази характеристика, комбинирана с характеристиката на дъгата да формира много тънко ядро, значително намалява времевата константа на дъгата. Така силната електронегативност приделя на SF6 отлични изолиращи свойства.

Основните изисквания към средата за угасяване на дъга не са само висока диелектрична способност, но още по-важно, бърза скорост на възстановяване на диелектричната способност. Трябва да разполага и с друго важна характеристика: много малка термична времева константа, когато токът на дъгата премине през нула. SF6 газът, като среда за угасяване на дъга, разполага с тези характеристики. Той се основава не само на изентропния охладителен ефект, образуван от градиента на газовите потоци, но главно на специфичните термохимични свойства и силната електронегативност на SF6 газа, които приделят на SF6 газа особено силни способности за угасяване на дъга. Именно поради отличните способности за угасяване на дъга и изолация, както и стабилните и нетоксични химически свойства, приложението на SF6 газа в области като предаване и трансформация на енергия, трансформатори, предпазни пръстени, контактни уреди, постоянно се разширява.

Газово изолираната метална затворена комутационна апаратура (GIS) е била допълнително разработена върху SF6 прекъсвателни устройства. GIS затваря прекъсвателни устройства, ключове за разединяване, ключове за заземяване, трансформатори за ток и напрежение, предпазни пръстени и свързващи шини в метална обвивка и я пълни с SF6 газ, който има отлични способности за угасяване на дъга и изолация, служейки като изолация между фазите и към земята. Благодарение на своята затворена и модулна природа, тя заема малко пространство, не се влияе от външната среда, не произвежда шум или радиопресякания, работи безопасно и надеждно, и изисква минимален поддръжка, така че е постигнала значително развитие.

Структура на трифазна затворена GIS

В трифазна затворена GIS, трите фази на основните компоненти са инсталирани в общо заземена външна обвивка, поддържани и изолирани от епоксидно-резинови лити инсулатори. Този тип GIS разполага с компактна структура, с намален брой външни обвивки, което значително спестява материали. Освен това, поради намаления брой точки за герметизация и съкратената дължина на герметизацията, скоростта на утечка на газ е ниска. Освен това, тя може да намали циркулиращия ток при работа и да опрости поддръжката. Трифазната затворена GIS има относително малък общи размер, по-малко компоненти, по-малко износ на външните обвивки и кратък цикъл на инсталация. Обаче, недостатъкът ѝ е нееднаквото вътрешно електрическо поле, с взаимно влияние между фазите, което прави възможно фазово пробиване.

Трифазната затворена форма е известна също като трифазна в общ резервоар. Трифазните шини са закрепени в цилиндъра чрез инсулатори, разположени в триъгълен модел. Всяка функционална единица на GIS се състои от няколко камери. Делението на камерите трябва не само да удовлетворява изискванията за нормална работа, но и да може да ограничи дъгата в случай на вътрешна авария. Различните камери позволяват различни налягания на газа. Например, камерата на ключа за разединяване, с оглед на ефекта на угасяване на дъга, изисква налягане на газа около 0,6 МПа, докато другите камери имат относително по-ниски налягания.

Ключови технологии за интелигентността на високонапрегнатата комутационна апаратура

Технологичното съдържание на интелигентната високонапрегната комутационна апаратура е изключително широко. Нейните основни технологии включват:

• Интелигентна комутация: мониторинг и диагностика на оперативното състояние на устройствата за отваряне и затваряне;

• Интелигентно вторично управление: използване на разпределена архитектура, мрежови свързани технологии и комплексен мониторинг, за да се постигне събиране на сигнали – сензорни технологии, като например Роговски въздушни торусови спиралки за композитни сензори за ток и напрежение, сензори за ход, и сензори за газова плътност;

• Мониторинг на изолиращите свойства: детекция на локализирани разряди, детекция на аномална проводимост и микрочастична детекция;

• Система за диагностика на дефекти и вземане на решения: анализ на сигнали чрез анализ на сигнали, за да се направят оценки и решения;

• Електромагнитна съвместимост (EMC): основно подтискване на интерференцията от пътища на антиинтерференционно куплинг, т.е. елиминиране или ослабяване на различни фактори, които формират обща импеданс. Методите включват екраниране, изолация и филтриране;

• Разработка на специализирани микрокомпютри: разработка на специализирани интегрални схеми и софтуер, за да се подобри приложимостта, реалното време и операционната система на микрокомпютрите, и за да се увеличат нивата на работа и надеждност на високонапрегнатата комутационна апаратура.