Tendències en el Desenvolupament del SIG

Modularització dels aparells de commutació d'alta tensió

Degut a les mesures de miniaturització adoptades per a cada component i part, així com la disposició general miniaturitzada, la mida dels aparells de commutació d'alta tensió ha estat en continu decreixement. Hi ha una gran varietat de combinacions d'aparells de commutació, amb mètodes de combinació flexibles i estructures molt compactes. Els aparells de commutació metàl·lics tancats amb aïllament a gas (GIS) abasten la majoria dels electrodomèstics elèctrics d'alta tensió i els dispositius de detecció de protecció, integrant les funcions dels electrodomèstics elèctrics originalment separats en un sol cos. Així, es pot dir que el nivell de disseny i producció del GIS representa el nivell dels aparells de commutació metàl·lics tancats amb aïllament a gas.

Els aparells de commutació metàl·lics tancats amb aïllament a gas (GIS) són un nou tipus de dispositiu elèctric que va sorgir a mitjans dels anys 60. Com que és tant tancat com modular, té una superfície reduïda, ocupa menys espai, no està afectat per l'entorn extern, no genera soroll ni interferència radioelèctrica, i té un funcionament segur i fiable amb una manutençó mínima, així que ha vist un desenvolupament significatiu. Des de la seva introducció, ha evolucionat continuament cap a tensions més altes, capacitats més grans i miniaturització. Gràcies a anys d'experiència operativa a Indonèsia i millores contínues en el disseny, el GIS no només ha avançat en termes de tensions més altes i capacitats més grans, sinó que també ha innovat continuament.

Característiques bàsiques i principi d'extinció d'arc del gas hexafluorure de sòdium (SF6)

En els últims anys, el gas SF6 ha experimentat un desenvolupament ràpid com a medi d'extinció d'arc per a interruptors. El gas SF6 era originalment ben conegut com a gas aïllant amb una força aïllant diverses vegades superior a l'aire. Té capacitat d'extinció d'arc extremadament forta, i la transició d'un arc conductor a un aïllant ocorre a una velocitat molt alta. Per tant, en els interruptors d'alta tensió, el gas SF6 pot servir com a medi d'extinció d'arc i aïllant. Les característiques més remarquables del gas SF6 són les següents:

Propietats bàsiques excel·lents

El gas SF6 pur és incolor, inodore, no tòxic i no inflamable. En condicions normals de temperatura, és a dir, a 20°C i 0,1 MPa, la seva densitat és cinc vegades superior a la de l'aire. El coeficient de transferència de calor del gas SF6, inclosos els efectes convectius, és 1,6 vegades superior a l'aire.

Propietats termodinàmiques específiques
Els experiments mostren que la temperatura de descomposició del gas SF6 és inferior a la de l'aire, mentre que l'energia de descomposició requerida és més elevada. Com a resultat, el gas SF6 absorbeix una gran quantitat d'energia durant la descomposició, exercint un fort efecte refredant sobre l'arc. El gas SF6 té afinitat pels electrons lliures. Així, en l'espai de la zona calenta, hi haurà realment una conductivitat molt petita o cap conductivitat, però la seva conductivitat tèrmica és bastant alta. El gas SF6 es descompon ràpidament en un rang de temperatures relativament baix (2000-2500K). Quan el gas SF6 es descompon en la zona de cobertura de l'arc, absorbeix una quantitat substancial de calor de l'arc, dotant el gas SF6 d'excel·lents propietats d'extinció d'arc. En el gas SF6, quan la corrent de l'arc s'apropa a zero, només un núcleu d'arc molt fin existirà a una temperatura alta, i la seva àrea circumdant consisteix en capes no conductoras.

Com a conseqüència, després que la corrent passa per zero, la resistència dielèctrica de l'interval d'arc es recupera ràpidament i supera la velocitat d'augment de la tensió de recuperació. En el gas SF6, un núcleu d'arc extremadament fin persisteix fins a nivells de corrent molt baixos. Aquesta és una característica molt desitjable en la interrupció dels interruptors, ja que compleix el requisit d'una transició ràpida d'un bon conductor a un aïllant quan la corrent passa per zero. Precisament a causa d'aquestes característiques, fins i tot en la interrupció de corrents petites, el núcleu d'arc roman continu fins que la corrent arriba a zero i encara pot contractar-se de manera contínua. Això evita la interrupció forçada de la corrent, és a dir, el tall de corrent, i així redueix l'ocurrència de sobretensions de commutació.

Electronegativitat forta

L'electronegativitat fa referència a la tendència de les molècules o àtoms dissociats a formar ions negatius. El SF6 té una forta capacitat d'adsorció d'electrons, coneguda com a electronegativitat. El SF6 i les molècules i àtoms de halogeni generats per la seva descomposició adsorben fortement els electrons en l'arc, formant ions negatius. Com que la massa dels ions negatius és molt més gran que la dels electrons, la velocitat de moviment dels ions negatius sota l'efecte d'un camp elèctric és molt més lenta que la dels electrons. En el moviment elèctric, els ions negatius es recombinen fàcilment amb els ions positius per formar molècules neutres. Per tant, el procés de desaparició de la conductivitat espacial és extremadament ràpid. Aquest fenomen té el mateix efecte que una capacitat de refrigeració molt forta en l'espai d'ionització, resultant en un canvi molt ràpid de la conductivitat espacial prop del pas per zero de la corrent d'arc. Aquesta característica, juntament amb la característica de l'arc formant un núcleu extremadament fin, acurta considerablement la constant de temps de l'arc. Així, la forta electronegativitat dota el SF6 d'excel·lents propietats aïllants.

Els requisits bàsics d'un medi d'extinció d'arc no són només una força aïllant elevada, sinó, més importantment, una velocitat d'augment de la resistència dielèctrica elevada. També hauria de tenir una altra característica crucial: una constant de temps tèrmica molt petita quan la corrent d'arc passa per zero. El gas SF6, com a medi d'extinció d'arc, té aquestes característiques. No només depèn de l'efecte de refrigeració isentròpica format pel gradient de pressió de fluxos de gas, sinó principalment de les propietats termodinàmiques específiques i la forta electronegativitat del gas SF6, que doten el gas SF6 d'una capacitat d'extinció d'arc particularment forta. Precisament a causa de les excel·lents propietats d'extinció d'arc i aïllament del gas SF6, i la seva estabilitat química i no toxicitat, l'aplicació del gas SF6 en camps com la transmissió i transformació d'energia, transformadors, fusibles i contactors ha estat en continu expansió.

Els aparells de commutació metàl·lics tancats amb aïllament a gas (GIS) han estat més desenvolupats basant-se en els interruptors de circuit SF6. El GIS encerra interruptors, interruptors de desconexió, interruptors de terra, transformadors de corrent i tensió, paraigües de sobretensió i barres de connexió dins d'una bossa metàl·lica i la omple amb gas SF6, que té excel·lents propietats d'extinció d'arc i aïllament, servint com a aïllament entre fases i a terra. Degut a la seva naturalesa tancada i modular, ocupa una superfície reduïda i menys espai, no està afectat per l'entorn extern, no genera soroll ni interferència radioelèctrica, opera de manera segura i fiable, i requereix una manutençó mínima, així que ha assolit un desenvolupament significatiu.

Estructura del GIS tancat de tres fases

En un GIS tancat de tres fases, les tres fases dels components del circuit principal s'instal·len en una bossa exterior comuna a terra, suportades i aïllades per insuladors de resina epoxi fundida. Aquest tipus de GIS té una estructura compacta, amb un nombre reduït de bosses exteriors, el que pot economitzar significativament materials. A més, degut a la reducció del nombre de punts de sellat i la longitud de sellat, la taxa de filtració de gas és baixa. A més, també pot reduir la corrent cíclica durant l'operació i simplificar la tasca de manteniment. El GIS tancat de tres fases té una mida total relativament petita, menys components, menys desgast de les bosses exteriors i un cicle d'instal·lació curt. Tanmateix, el seu inconvenient és un camp elèctric intern desigual, amb influència mútua entre fases, fent-lo propens a flashovers inter-fase.

El tipus tancat de tres fases també es coneix com a tipus de tres fases en tanca comuna. Les barres de bus de tres fases són fixades dins del cilindre a través d'insuladors, disposades en un patró triangular. Cada unitat funcional del GIS consta de diversos compartiments. La divisió dels compartiments no només ha de complir els requisits d'operació normal, sinó que també ha de poder limitar l'arc en cas de falla interna. Diferents compartiments permeten diferents pressions de gas. Per exemple, el compartiment de l'interruptor de desconexió, considerant l'efecte d'extinció d'arc, requereix una pressió de gas d'aproximadament 0,6 MPa, mentre que altres compartiments tenen pressions relativament més baixes.

Tecnologies clau per a la intel·ligència dels aparells de commutació d'alta tensió

El contingut tecnològic dels aparells de commutació d'alta tensió intel·ligents és extremadament ampli. Les seves principals tecnologies inclouen:

• Intel·ligència de la operació de commutació: Monitorització i diagnòstic de l'estat d'operació dels dispositius d'obertura i tancament;

• Intel·ligència de control secundari: Utilitzant arquitectura distribuïda, tecnologia connectada en xarxa i tecnologia de monitorització integral per aconseguir la captació de senyals - tecnologia de sensors, com ara bobines toroidals d'aire Rogowski per a sensors compostos de corrent i tensió, sensors de carrera i sensors de densitat de gas;

• Monitorització del rendiment aïllant: Detecció de descàrregues parcials, detecció de conducció anormal i detecció de micro-partícules;

• Sistema de diagnòstic de falla i presa de decisions: Anàlisi de senyals per fer judicis i decisions;

• Compatibilitat electromagnètica (EMC): Principalment suprimint la interferència des de camins de couplatge anti-interferència, és a dir, eliminant o atenuant diversos factors que formen un impedància comuna acoblada. Mètodes inclosos blindatge, aïllament i filtratge;

• Recerca i desenvolupament de microordinadors especialitzats: Desenvolupant circuits integrats i programari dedicats per millorar l'aplicabilitat, el rendiment en temps real i el sistema operatiu dels microordinadors, i augmentar el nivell d'operació i la fiabilitat dels aparells de commutació d'alta tensió.