Udviklingstendenser for GIS

Modularisering af højspændingsafbrydere

På grund af de miniaturiserende foranstaltninger, der er taget for hver komponent og del, samt den samlede miniaturiserede layout, har størrelsen på højspændingsafbrydere konstant været i fald. Der findes en bred vifte af kombinationer af afbrydere, med fleksible kombinationsmetoder og meget kompakte strukturer. Gasisolerede metalindkapslede afbrydere (GIS) omfatter de fleste højspændingselkemiske apparater og beskyttelsesdetektionsenheder, ved at integrere funktionerne af oprindeligt separate elektriske apparater i én enhed. Således kan det siges, at design- og produktionsniveauet for GIS repræsenterer nudget for gasisolerede metalindkapslede afbrydere.

Gasisolerede metalindkapslede afbrydere (GIS) er et nyt type elektrisk enhed, der opstod midt i 1960'erne. Da det både er indkapslet og modulariseret, har det en lille fodaftryk, optager mindre plads, påvirkes ikke af den eksterne miljø, genererer ingen støj eller radiostøj, og har sikker og pålidelig drift med minimal vedligeholdelse, så det har set betydelig udvikling. Siden dets introduktion har det konstant udviklet sig mod højere spænding, større kapacitet, og miniaturisering. Gennem års erfaring med drift i Indonesien og kontinuerlige designforbedringer har GIS ikke kun fremskredet i henseende til højere spænding og større kapacitet, men også konstant innoveret.

Basisegenskaber og bukedævningsprincip for svovlhexafluorid (SF6) gas

I de seneste år har SF6-gas oplevet hurtig udvikling som bukedævningsmedium for brydere. SF6-gas var oprindeligt kendt som et isoleringsgas med flere gange så stærk isolationsstyrke som luft. Den har ekstremt stærke bukedævningskapaciteter, og overgangen fra en lederbuke til en isolator sker med meget høj hastighed. Derfor kan SF6-gas i højspændingsbrydere tjene både som bukedævningsmedium og isolationsmedium. De mest bemærkelsesværdige egenskaber hos SF6-gas er følgende:

Udmærkede basisegenskaber

Rent SF6-gas er farve-, lugt- og giftfrit, og ikke brandbar halogenforbindelsesgas. Under normale temperaturforhold, dvs. ved 20°C og 0,1 MPa, er dens densitet fem gange så stor som lufts. Varmeforsendelseskoefficienten for SF6-gas, inklusive konvektive effekter, er 1,6 gange så stor som lufts.

Specifikke termokemiske egenskaber
Eksperimenter viser, at nedbrydnings temperaturen for SF6-gas er lavere end for luft, mens den krævede nedbrydningsenergi er højere. Derved absorberer SF6-gas en stor mængde energi under nedbrydning, hvilket har en stærk køler effekt på buken. SF6-gas har affinitet til frie elektroner. Således vil der i den varme zone faktisk være kun en meget lille ledningsevne eller ingen ledningsevne overhovedet, dog har den en høj varmeforsendelsesevne. SF6-gas nedbrydes hurtigt inden for et relativt lavt temperaturområde (2000 - 2500K). Når SF6-gas nedbrydes i bukeområdet, absorberer den en betydelig mængde varme fra buken, hvilket giver SF6-gas udmærkede bukedævningskapaciteter. I SF6-gas, når bukestrommen nærmer sig nul, har kun en meget tynd bukekjerne høj temperatur, og dens område består af ikke-ledende lag.

Dermed genoprettes dielektriske styrken af bukeluften hurtigt efter at strømmen passer nul, og overstiger genopretningsstrømmens stigning. I SF6-gas findes en yderst fin bukekjerne selv ved meget lave strømniveauer. Dette er en højt ønskværdig egenskab i brydere, da det opfylder kravet om hurtig overgang fra en god leder til en isolator, når strømmen passer nul. Netop pga. disse egenskaber, bliver bukekernen ved med at være sammenhængende, indtil strømmen når nul, og kan stadig kontrahere kontinuerligt, selv når der afbrydes små strømme. Dette forhindrer tvungen strømafbrydning, dvs. strømbrydning, og reducerer dermed forekomsten af overspændinger under skift.

Stærk elektronegativitet

Elektronegativitet refererer til tendensen for molekyler eller dissoverede atomer til at danne negative ioner. SF6 har en stærk evne til at absorbere elektroner, som kaldes elektronegativitet. SF6 og halogenmolekyler og -atomer, der dannes ved dens nedbrydning, absorbere elektroner i buken stærkt, formende negative ioner. Da massen af negative ioner er meget større end elektronernes, er bevegelseshastigheden af negative ioner under påvirkning af et elektrisk felt meget langsommere end elektronernes. Under elektrisk feltbevægelse reorganiserer negative ioner let med positive ioner for at danne neutrale molekyler. Derfor er forsvindelsesprocessen for rumledningsevne yderst hurtig. Dette fænomen har samme effekt som en meget stærk køleevne i ioniseret rum, hvilket resulterer i en yderst hurtig ændring i rumledningsevnen nær nulpunktet for bukestrom. Denne egenskab, kombineret med egenskaben for buken at danne en yderst fin kerne, forkorter bukens tidkonstant betydeligt. Således giver den stærke elektronegativitet SF6 udmærkede isolationsegenskaber.

De grundlæggende krav til et bukedævningsmedium er ikke kun høj dielektrisk styrke, men endnu vigtigere, en høj genopretningshastighed af dielektrisk styrke. Det skal også have en anden kritisk egenskab: en meget lille varmefysisk tidskonstant, når bukestrommen passer nul. SF6-gas, som bukedævningsmedium, har disse egenskaber. Det påvirkes ikke kun af den isentropiske køleeffekt, der dannes af trykgradienten i gasstrømmer, men primært af de specifikke termokemiske egenskaber og den stærke elektronegativitet i SF6-gas, som giver SF6-gas særdeles stærke bukedævningskapaciteter. Netop fordi SF6-gas har udmærkede bukedævnings- og isolationsegenskaber, og dens kemiske egenskaber er stabile og ikke-giftige, har anvendelsen af SF6-gas i felter som strømforsyning og -transformation, transformatorer, sikringe, og kontakter konstant udvidet sig.

Gasisolerede metalindkapslede afbrydere (GIS) er blevet yderligere udviklet baseret på SF6-brydere. GIS indkapsler brydere, afkoblingskontakter, jordkontakter, strøm- og spændingsoverformere, lynbeskyttelsesapparater, og forbinder busbars inden for en metalindkapsling og fylder den med SF6-gas, som har udmærkede bukedævnings- og isolationsegenskaber, som isolation mellem faser og til jorden. På grund af dens indkapslede og modulariserede natur optager den en lille fodaftryk og mindre plads, påvirkes ikke af den eksterne miljø, genererer ingen støj eller radiostøj, driver sikkert og pålideligt, og kræver minimal vedligeholdelse, således har det opnået betydelig udvikling.

Struktur af tre-fase indkapslet GIS

I en tre-fase indkapslet GIS installeres tre fasers hovedkredsløbskomponenter i en fælles jordet ydre indkapsling, understøttet og isoleret af epoxihardskamferede isolatører. Denne type GIS har en kompakt struktur, med en reduceret antal ydre indkapslinger, hvilket kan betydeligt spare materialer. Desuden, på grund af den reducerede antal tætningspunkter og den forkortede tætningslængde, er gaslekkagehastigheden lav. Desuden kan det også reducere cirkulerende strøm under drift og forenkle vedligeholdelsesarbejde. Den tre-fase indkapslede GIS har en relativt lille samlet størrelse, få komponenter, mindre slitage på ydre indkapslinger, og en kort installationscyklus. Dog har den ulempe, at dens interne elektriske felt er ulige, med gensidig fase-fase påvirkning, hvilket gør den tilbøjelig til fase-fase flits.

Den tre-fase indkapslede type er også kendt som den tre-fase-fælles tanktype. De tre-fase busbars fastgøres i cylinderen gennem isolatører, arrangeret i en trekant. Hver funktionsenhed i GIS består af flere kompartimenter. Kompartimentsdivisionen skal ikke kun opfylde de normale driftskrav, men også kunne begrænse buken i tilfælde af en intern fejl. Forskellige kompartimenter tillader forskellige gaspresser. For eksempel, afskærmningskompartimentet, med hensyn til bukedævnings effekt, kræver en gaspres på ca. 0,6 MPa, mens andre kompartimenter har relativt lavere presser.

Nøgleteknologier for intelligente højspændingsafbrydere

Tekniske indholdet af intelligente højspændingsafbrydere er yderst omfattende. Dens hovedteknologier inkluderer:

• Intelligent afbrydning: Overvågning og diagnose af driftstillstanden for åbnings- og lukningsenheder;

• Sekundær kontrolintelligens: Brug af distribueret arkitektur, netværksforbundet teknologi, og omfattende overvågnings teknologi for at opnå signalhåndtering - sensor teknologi, såsom Rogowski-luftkernede toroidale spoler for kombineret strøm- og spændingssensorer, slaglængdesensorer, og gasdensitetssensorer;

• Overvågning af isolationsydelse: Lokal udladningsdetektion, detektion af anormal ledning, og mikro-partikeldetektion;

• Fejldiagnose- og beslutningssystem: Analysering af signaler gennem signalanalyse for at træffe domme og beslutninger;

• Elektromagnetisk kompatibilitet (EMC): Hovedsageligt undertrykkelse af støj fra anti-støj-koblingsbaner, altså eliminering eller svækning af diverse faktorer, der danner en koblet fælles impedans. Metoder inkluderer skjult, adskilt, og filtreret;

• Specialiseret mikroberegnings R & D: Udvikling af dedikerede integrerede kredsløb og software for at forbedre anvendelighed, realtidsgode, og operativsystem for mikroberegner, og forbedring af driftsniveau og pålidelighed for højspændingsafbrydere.