Vývojové trendy GIS

Modulární vysokonapěťové přepínací zařízení

Díky miniaturizaci každé součásti a části, stejně jako celkové miniaturizované dispozici, se velikost vysokonapěťového přepínacího zařízení neustále snižuje. Existuje široká škála kombinací přepínacích zařízení s flexibilními kombinačními metodami a velmi kompaktní strukturou. Plynově izolované kovové uzavřené přepínací zařízení (GIS) zahrnuje většinu vysokonapěťových elektrických přístrojů a ochranných detekčních zařízení, integruje funkce původně samostatných elektrických přístrojů do jednoho celku. Proto lze říci, že úroveň návrhu a výroby GIS reprezentuje úroveň plynově izolovaných kovových uzavřených přepínacích zařízení.

Plynově izolované kovové uzavřené přepínací zařízení (GIS) je nový typ elektrického zařízení, který vznikl v polovině 60. let 20. století. Jelikož je jak uzavřené, tak i modulární, má malou plochu zabíranou, zabírá méně místa, není ovlivněno vnějším prostředím, nevytváří žádný hluk ani radiové rušení a má bezpečnou a spolehlivou operaci s minimální údržbou, takže se významně rozvíjelo. Od svého zavedení se neustále vyvíjelo směrem k vyššímu napětí, větší kapacitě a miniaturizaci. Díky letům provozní zkušenosti v Indonésii a kontinuálním vylepšováním návrhu se GIS nejen rozvíjelo ve směru k vyššímu napětí a větší kapacitě, ale také nepřestávalo inovovat.

Základní charakteristiky a princip uhasení oblouku plynu šestiúhlého fluoridu síry (SF6)

V posledních letech došlo k rychlému rozvoji SF6 plynu jako středivého média pro vypínače. SF6 byl původně znám jako izolační plyn s izolační silou několikrát vyšší než vzduch. Má extrémně silné schopnosti uhasení oblouku a přechod od vodičového oblouku k izolátoru probíhá velmi rychle. Proto v vysokonapěťových vypínačích může sloužit SF6 plyn jak jako středivé médium, tak jako izolační médium. Nejvýraznější charakteristiky SF6 plynu jsou následující:

Vynikající základní vlastnosti

Čistý SF6 plyn je bezbarvý, bezzápachový, netoxický a nenehořlavý halogenovaný sloučeninový plyn. Za normálních teplotních podmínek, tj. při 20°C a 0,1 MPa, jeho hustota je pětkrát vyšší než hustota vzduchu. Tepelný přenosový koeficient SF6 plynu, včetně konvektivních efektů, je 1,6krát vyšší než tepelný přenosový koeficient vzduchu.

Specifické termodynamické vlastnosti
Experimenty ukazují, že teplota dekompozice SF6 plynu je nižší než teplota dekompozice vzduchu, zatímco energie potřebná k dekompozici je vyšší. V důsledku toho SF6 plyn během dekompozice absorbuje velké množství energie, což má silný chladicí efekt na oblouk. SF6 plyn má afinitu k volným elektronům. V horké oblasti tedy existuje pouze velmi malá vodivost nebo žádná vodivost vůbec, přičemž tepelná vodivost je poměrně vysoká. SF6 plyn se rychle dekomponuje v relativně nízkém teplotním rozmezí (2000-2500K). Když se SF6 plyn dekomponuje v oblasti obalového oblouku, absorbuje z oblouku velké množství tepla, což dodává SF6 plynu vynikající schopnosti uhasení oblouku. V SF6 plynu, když se proud blíží k nule, má pouze velmi tenký jádro oblouku vysokou teplotu, zatímco okolní oblast tvoří nevodičové vrstvy.

V důsledku toho po průchodu proudu nulou se dielektrická síla mezery oblouku rychle obnoví a přesáhne rychlost obnovy napětí. V SF6 plynu trvá extrémně tenké jádro oblouku i při velmi nízkých proudech. To je velmi požadovaná charakteristika při přerušování vypínačů, protože splňuje požadavek rychlého přechodu z dobrého vodiče na nevodič, když proud průchází nulou. Přesně díky těmto charakteristikám zůstává jádro oblouku spojité i při přerušování malých proudů, dokud proud nedosáhne nuly a stále se může stahovat. To brání nucenému přerušení proudu, tj. přerušení proudu, a tím snižuje výskyt přepínacích přetlaků.

Silná elektrofilní schopnost

Elektrofilní schopnost se týká tendence molekul nebo oddělených atomů k tvorbě negativních iontů. SF6 má silnou schopnost adsorbovat elektrony, což se nazývá elektrofilní schopnost. SF6 a halogenové molekuly a atomy vytvořené jeho dekompozicí silně adsorbují elektrony v oblouku, tvoříce negativní ionty. Protože hmotnost negativních iontů je mnohem větší než hmotnost elektronů, rychlost pohybu negativních iontů pod vlivem elektrického pole je mnohem pomalejší než rychlost pohybu elektronů. Během pohybu v elektrickém poli se negativní ionty snadno rekombinují s pozitivními ionty a tvoří neutrální molekuly. Proto proces zmizení vodivosti v prostoru je extrémně rychlý. Tento jev má stejný efekt jako velmi silná chladicí schopnost v ionizačním prostoru, což vedoucí k velmi rychlé změně vodivosti v prostoru poblíž průchodu obloukového proudu nulou. Tato charakteristika, spojená s charakteristikou formování extrémně tenkého jádra oblouku, významně zkracuje časovou konstantu oblouku. Tedy silná elektrofilní schopnost dodává SF6 vynikající izolační vlastnosti.

Základní požadavky na středivé médium nejsou pouze vysoká dielektrická síla, ale zejména rychlá obnova dielektrické síly. Mělo by také mít další klíčovou charakteristiku: velmi malou tepelnou časovou konstantu, když obloukový proud průchází nulou. SF6 plyn, jako středivé médium, má tyto charakteristiky. Spoléhá nejen na izentropický chladicí efekt vytvořený gradientem tlaku plynných toků, ale hlavně na specifické termodynamické vlastnosti a silnou elektrofilní schopnost SF6 plynu, které dodávají SF6 plynu významné schopnosti uhasení oblouku. Přesně proto, že SF6 plyn má vynikající středivé a izolační vlastnosti, a jeho chemické vlastnosti jsou stabilní a netoxické, se aplikace SF6 plynu v oblastech jako je přenos a transformace elektrické energie, transformátory, pojistky a kontaktory neustále rozšiřuje.

Plynově izolované kovové uzavřené přepínací zařízení (GIS) bylo dále vyvíjeno na základě vypínačů s SF6. GIS uzavírá vypínače, vypínací klece, zemnicové klece, proudové a napěťové transformátory, ochranné zapojení a propojovací sběrnice do kovového obalu a plní ho SF6 plyny s vynikajícími středivými a izolačními vlastnostmi, které slouží jako izolace mezi fázemi a k zemi. Díky své uzavřené a modulární povaze zabírá malou plochu a málo místa, není ovlivněno vnějším prostředím, nevytváří žádný hluk ani radiové rušení, funguje bezpečně a spolehlivě a vyžaduje minimální údržbu, takže dosáhlo významného rozvoje.

Struktura třífázového uzavřeného GIS

V třífázovém uzavřeném GIS jsou tři fáze hlavních okruhových komponent instalovány v běžném zemnícím vnějším obalu, podporovány a izolovány epoxidovými litinovými izolátory. Tento typ GIS má kompaktní strukturu s redukcí počtu vnějších obalů, což významně ušetří materiál. Navíc kvůli snížení počtu uzavíracích bodů a zkrácení délky uzavírání je množství unikajícího plynu nízké. Kromě toho může také snížit cirkulační proud během provozu a zjednodušit údržbu. Třífázové uzavřené GIS má relativně malé celkové rozměry, méně komponent, méně opotřebování vnějších obalů a krátký instalační cyklus. Jeho nevýhodou je nerovnoměrné vnitřní elektrické pole s vzájemným vlivem fází, což jej činí náchylným k inter-fázovým skoky.

Třífázový uzavřený typ je také znám jako třífázový společný nádržový typ. Tři fáze sběrnice jsou pevně uloženy v válcovém obalu prostřednictvím izolátorů, uspořádané v trojúhelníkovém tvaru. Každá funkční jednotka GIS se skládá z několika kompartmentů. Rozdělení kompartmentů by mělo splňovat nejen požadavky normálního provozu, ale také mělo by omezit oblouk v případě vnitřní poruchy. Různé kompartmenty umožňují různé plynné tlaky. Například kompartment vypínací klece, s ohledem na účinek uhasení oblouku, vyžaduje plynný tlak přibližně 0,6 MPa, zatímco ostatní kompartmenty mají relativně nižší tlaky.

Klíčové technologie pro inteligenci vysokonapěťového přepínacího zařízení

Technologický obsah inteligentního vysokonapěťového přepínacího zařízení je extrémně rozsáhlý. Jeho hlavní technologie zahrnují:

• Inteligentní přepínání: Monitorování a diagnostika stavu provozu zařízení pro otevírání a zavírání;

• Inteligentní sekundární kontrola: Použití distribuované architektury, síťově propojené technologie a komplexní monitorovací technologie pro získávání signálů - senzorové technologie, jako jsou Rogowské duté toroidální cívek pro kombinované proudové a napěťové senzory, tahové senzory a senzory hustoty plynu;

• Monitorování izolačních vlastností: Detekce částečných výbojů, detekce neobvyklého vedení a detekce mikročástic;

• Systém pro diagnostiku a rozhodování: Analýza signálů pomocí analýzy signálů k provedení rozhodnutí a rozhodování;

• Elektromagnetická kompatibilita (EMC): Hlavně potlačení rušení z antiinterferenčních kouplacích cest, tj. eliminace nebo oslabení různých faktorů, které tvoří kouplací společný impedancí. Metody zahrnují štítování, izolaci a filtrace;

• Specializovaný vývoj mikročípa: Vývoj specializovaných integrovaných obvodů a softwaru pro zlepšení použitelnosti, real-time výkonu a operačního systému mikročipů a zlepšení operační úrovně a spolehlivosti vysokonapěťového přepínacího zařízení.