Entwicklungstrends von GIS

Modularisierung von Hochspannungsschaltanlagen

Dank der Miniaturisierungsmaßnahmen für jedes Bauteil und jede Komponente sowie der insgesamt miniaturisierten Anordnung hat sich die Größe von Hochspannungsschaltanlagen ständig verringert. Es gibt eine Vielzahl von Schaltanlagenkombinationen mit flexiblen Kombinationsmöglichkeiten und sehr kompakten Strukturen. Gasisolierte Metallschaltanlagen (GIS) umfassen die meisten Hochspannungselektrorgeräte und Schutz- und Detektionsvorrichtungen, indem sie die Funktionen ursprünglich getrennter Elektrogeräte in einer Einheit integrieren. Daher kann man sagen, dass das Design- und Fertigungslevel von GIS das Niveau der gasisolierten Metallschaltanlagen repräsentiert.

Gasisolierte Metallschaltanlagen (GIS) sind ein neues elektrisches Gerät, das in den mittleren 1960er Jahren aufkam. Da sie sowohl abgeschlossen als auch modular sind, haben sie einen geringen Flächenbedarf, beanspruchen weniger Platz, werden nicht durch die Umwelt beeinflusst, erzeugen keinen Lärm oder Funkstörungen und verfügen über eine sichere und zuverlässige Betriebsweise mit geringem Wartungsaufwand, weshalb sie eine erhebliche Entwicklung erfahren haben. Seit ihrer Einführung entwickeln sie sich kontinuierlich in Richtung höherer Spannung, größerer Kapazität und Miniaturisierung. Durch jahrelange Betriebserfahrung in Indonesien und kontinuierliche Verbesserungen des Designs hat GIS nicht nur in Bezug auf höhere Spannung und größere Kapazität Fortschritte gemacht, sondern auch kontinuierlich innoviert.

Grundlegende Eigenschaften und Löschprinzip von Schwefelhexafluorid (SF6) Gas

In den letzten Jahren hat SF6-Gas als Bögenlöschmedium für Schaltgeräte eine schnelle Entwicklung erfahren. SF6-Gas war ursprünglich bekannt als Isoliergas mit einem Isolationsgrad, der mehrmals höher ist als der von Luft. Es besitzt extrem starke Bögenlöschfähigkeiten, und der Übergang von einem leitenden Bogen zu einem Isolator erfolgt mit sehr hoher Geschwindigkeit. Daher kann SF6-Gas in Hochspannungsschaltgeräten sowohl als Bögenlöschmedium als auch als Isolationsmedium dienen. Die bemerkenswertesten Eigenschaften von SF6-Gas sind wie folgt:

Hervorragende Grundlegende Eigenschaften

Reines SF6-Gas ist farblos, geruchlos, ungiftig und nicht brennbar. Unter Normalbedingungen, d.h. bei 20°C und 0,1 MPa, beträgt seine Dichte fünfmal die von Luft. Der Wärmeübertragungskoeffizient von SF6-Gas, einschließlich konvektiver Effekte, ist 1,6 Mal so hoch wie der von Luft.

Spezifische Thermochemische Eigenschaften
Versuche zeigen, dass die Zersetzungstemperatur von SF6-Gas niedriger ist als die von Luft, während die erforderliche Zerstellenergie höher ist. Als Ergebnis absorbiert SF6-Gas während der Zersetzung eine große Menge an Energie, was einen starken Kühlungseffekt auf den Bogen ausübt. SF6-Gas hat eine Affinität zu freien Elektronen. Daher gibt es im heißen Raum tatsächlich nur eine sehr geringe Leitfähigkeit oder gar keine, während seine thermische Leitfähigkeit ziemlich hoch ist. SF6-Gas zersetzt sich schnell innerhalb eines relativ niedrigen Temperaturbereichs (2000 - 2500K). Wenn SF6-Gas im Bogenumhüllungsbereich zersetzt wird, absorbiert es eine beträchtliche Menge an Wärme vom Bogen, wodurch SF6-Gas hervorragende Bögenlöschfähigkeiten erhält. In SF6-Gas hat der Bogenstrom, wenn er Null nähert, nur einen sehr dünnen Bogenkern mit hoher Temperatur, und sein umliegender Bereich besteht aus nichtleitenden Schichten.

Daher erholt sich die dielektrische Festigkeit des Bogenspalts nach dem Passieren des Stroms durch Null schnell und überschreitet die Steigerungsgeschwindigkeit der Wiederherstellungsspannung. In SF6-Gas bleibt sogar bei sehr niedrigen Stromstärken ein extrem feiner Bogenkern bestehen. Dies ist eine sehr wünschenswerte Eigenschaft bei der Unterbrechung von Schaltgeräten, da sie die Anforderung an einen schnellen Übergang von einem guten Leiter zu einem Isolator beim Passieren des Stroms durch Null erfüllt. Genau wegen dieser Eigenschaften bleibt der Bogenkern bei Unterbrechung kleiner Ströme bis zum Erreichen des Nullpunkts stetig und kann weiterhin kontinuierlich zusammengezogen werden. Dies verhindert eine gezwungene Stromunterbrechung, d.h. Stromabschneiden, und reduziert somit das Auftreten von Schaltüberspannungen.

Starke Elektronegativität

Elektronegativität bezieht sich auf die Tendenz von Molekülen oder dissoziierten Atomen, negative Ionen zu bilden. SF6 hat die starke Fähigkeit, Elektronen anzulocken, was als Elektronegativität bekannt ist. SF6 und die Halogenmoleküle und -atome, die durch seine Zersetzung entstehen, binden Elektronen im Bogen stark, wodurch negative Ionen gebildet werden. Da die Masse negativer Ionen viel größer ist als die von Elektronen, ist die Bewegungsgeschwindigkeit negativer Ionen unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes viel langsamer als die von Elektronen. Bei der Bewegung im elektrischen Feld rekombinieren negative Ionen leicht mit positiven Ionen, um neutrale Moleküle zu bilden. Daher ist der Verschwindungsprozess der räumlichen Leitfähigkeit extrem schnell. Dieses Phänomen hat die gleiche Wirkung wie eine sehr starke Kühlkapazität im Ionisationsraum, wodurch sich die räumliche Leitfähigkeit in der Nähe des Nullübergangs des Bogenstroms sehr schnell ändert. Diese Eigenschaft, kombiniert mit der Eigenschaft, dass der Bogen einen extrem feinen Kern bildet, verkürzt die Bogen-Zeitkonstante erheblich. Daher verleiht die starke Elektronegativität SF6 hervorragende Isolationseigenschaften.

Die grundlegenden Anforderungen an ein Bögenlöschmedium sind nicht nur eine hohe dielektrische Festigkeit, sondern vor allem eine hohe Wiederherstellungsgeschwindigkeit der dielektrischen Festigkeit. Es sollte auch eine weitere wichtige Eigenschaft aufweisen: eine sehr kleine thermische Zeitkonstante, wenn der Bogenstrom durch Null geht. SF6-Gas, als Bögenlöschmedium, hat diese Eigenschaften. Es verlässt sich nicht nur auf den isentropen Kühlungseffekt, der durch den Druckgradienten von Gasströmungen gebildet wird, sondern hauptsächlich auf die spezifischen thermochemischen Eigenschaften und die starke Elektronegativität von SF6-Gas, die SF6-Gas besonders starke Bögenlöschfähigkeiten verleihen. Genau weil SF6-Gas hervorragende Bögenlösch- und Isolationseigenschaften hat und seine chemischen Eigenschaften stabil und ungiftig sind, hat sich die Anwendung von SF6-Gas in Bereichen wie Energieübertragung und -umwandlung, Transformatoren, Sicherungen und Kontaktoren kontinuierlich erweitert.

Gasisolierte Metallschaltanlagen (GIS) wurden auf der Basis von SF6-Schaltgeräten weiterentwickelt. GIS umschließen Schaltgeräte, Trennschalter, Erdungsschalter, Strom- und Spannungswandler, Blitzableiter und Verbindungsbusleitern in einer Metallumhüllung und füllen sie mit SF6-Gas, das hervorragende Bögenlösch- und Isolationseigenschaften hat, als Isolation zwischen den Phasen und zur Erde. Aufgrund ihrer abgeschlossenen und modularen Natur nehmen sie wenig Platz und Raum ein, werden nicht durch die Umwelt beeinflusst, erzeugen keinen Lärm oder Funkstörungen, arbeiten sicher und zuverlässig und erfordern wenig Wartungsarbeiten, wodurch sie erhebliche Entwicklungen erreicht haben.

Struktur der dreiphasigen abgeschlossenen GIS

In einer dreiphasigen abgeschlossenen GIS sind die drei Phasen der Hauptkreiskomponenten in einer gemeinsamen geerdeten Außenumhüllung installiert und werden durch Harzgegossene Isolatoren gestützt und isoliert. Diese Art von GIS weist eine kompakte Struktur auf, mit einer reduzierten Anzahl von Außenumhüllungen, was Materialien erheblich sparen kann. Darüber hinaus führt die verringerte Anzahl von Abdichtstellen und die verkürzte Abdichtlänge zu einem geringen Gasleckraten. Zudem kann dies den Kreisstrom während des Betriebs reduzieren und die Wartungsarbeiten vereinfachen. Die dreiphasige abgeschlossene GIS hat eine vergleichsweise kleine Gesamtgröße, weniger Komponenten, weniger Verschleiß an Außenumhüllungen und einen kurzen Installationszyklus. Ihr Nachteil liegt jedoch in dem ungleichmäßigen inneren elektrischen Feld, mit gegenseitigem Phasen-Einfluss, was zu interphasen-Überbrückungen neigt.

Die dreiphasige abgeschlossene Art wird auch als dreiphasig-gemeinsamer Tanktyp bezeichnet. Die dreiphasigen Busleiter sind durch Isolatoren innerhalb des Zylinders in Dreiecksform angeordnet. Jede funktionelle Einheit der GIS besteht aus mehreren Abteilungen. Die Abteilungsteilung sollte nicht nur den normalen Betriebsanforderungen entsprechen, sondern auch im Falle eines internen Fehlers den Bogen begrenzen können. Verschiedene Abteilungen ermöglichen unterschiedliche Gasdrücke. Zum Beispiel erfordert die Trennschalterabteilung, unter Berücksichtigung des Bögenlösch-Effekts, einen Gasdruck von etwa 0,6 MPa, während andere Abteilungen relativ niedrigere Drücke haben.

Schlüsseltechnologien für die Intelligenz von Hochspannungsschaltanlagen

Der Technologiegehalt intelligenter Hochspannungsschaltanlagen ist extrem umfangreich. Ihre Haupttechnologien umfassen:

• Intelligente Schaltvorgänge: Überwachung und Diagnose des Betriebszustands von Öffnungs- und Schließvorrichtungen;

• Intelligente Sekundärsteuerung: Verwendung einer verteilten Architektur, Netzwerkverbundenheit und umfassender Überwachungstechnologie zur Signalakquise, wie Rogowski-Luftspulen für kombinierte Strom- und Spannungssensoren, Hubwegsensoren und Gasdichtesensoren;

• Überwachung der Isolationseigenschaften: Teilentladungsdetektion, Detektion von abnormaler Leitfähigkeit und Mikroteilchendetektion;

• Fehlerdiagnose- und Entscheidungssystem: Analyse von Signalen durch Signalanalyse, um Urteile und Entscheidungen zu treffen;

• Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV): Hauptsächlich Unterdrückung von Störungen aus Anti-Störkopplungswegen, das heißt, Eliminierung oder Abschwächung verschiedener Faktoren, die eine gekoppelte gemeinsame Impedanz bilden. Methoden umfassen Abschirmung, Isolierung und Filterung;

• Entwicklung spezieller Mikrocomputer: Entwicklung dedizierter integrierter Schaltkreise und Software, um die Anwendbarkeit, Echtzeitfähigkeit und Betriebssystem von Mikrocomputern zu verbessern und das Betriebniveau und die Zuverlässigkeit von Hochspannungsschaltanlagen zu erhöhen.