Tendencias de Desarrollo de GIS

Modularización de los equipos de alta tensión

Debido a las medidas de miniaturización adoptadas para cada componente y pieza, así como a la disposición general miniaturizada, el tamaño de los equipos de alta tensión ha disminuido continuamente. Existe una amplia variedad de combinaciones de equipos, con métodos de combinación flexibles y estructuras muy compactas. El equipo de interruptor metálico aislado por gas (GIS) abarca la mayoría de los aparatos eléctricos de alta tensión y dispositivos de detección de protección, integrando las funciones de los aparatos eléctricos originalmente separados en un solo conjunto. Por lo tanto, se puede decir que el nivel de diseño y producción de GIS representa el nivel de los equipos de interruptor metálico aislado por gas.

El equipo de interruptor metálico aislado por gas (GIS) es un nuevo tipo de dispositivo eléctrico que surgió a mediados de la década de 1960. Dado que está tanto encapsulado como modular, tiene una huella pequeña, ocupa menos espacio, no se ve afectado por el entorno externo, no genera ruido ni interferencia radioeléctrica, y ofrece un funcionamiento seguro y confiable con poco mantenimiento, por lo que ha experimentado un desarrollo significativo. Desde su introducción, ha evolucionado constantemente hacia voltajes más altos, mayor capacidad y miniaturización. A través de años de experiencia operativa en Indonesia y mejoras continuas en el diseño, GIS no solo ha avanzado en términos de voltaje y capacidad más altos, sino que también ha innovado continuamente.

Características Básicas y Principio de Extinción de Arco del Gas Hexafluoruro de Azufre (SF6)

En los últimos años, el gas SF6 ha experimentado un rápido desarrollo como medio de extinción de arcos para interruptores. El gas SF6 era originalmente bien conocido como un gas aislante con una resistencia dieléctrica varias veces superior a la del aire. Posee una capacidad de extinción de arcos extremadamente fuerte, y la transición de un arco conductor a un aislante ocurre a una velocidad muy alta. Por lo tanto, en los interruptores de alta tensión, el gas SF6 puede servir tanto como medio de extinción de arcos como de aislamiento. Las características más notables del gas SF6 son las siguientes:

Excelentes Propiedades Básicas

El gas SF6 puro es un compuesto gaseoso halogenado incoloro, inodoro, no tóxico e ininflamable. En condiciones normales de temperatura, es decir, a 20°C y 0,1 MPa, su densidad es cinco veces la del aire. El coeficiente de transferencia de calor del gas SF6, incluyendo los efectos convectivos, es 1,6 veces el del aire.

Propiedades Termoquímicas Específicas
Los experimentos muestran que la temperatura de descomposición del gas SF6 es inferior a la del aire, mientras que la energía requerida para la descomposición es mayor. Como resultado, el gas SF6 absorbe una gran cantidad de energía durante la descomposición, ejerciendo un fuerte efecto de enfriamiento sobre el arco. El gas SF6 tiene afinidad por los electrones libres. Por lo tanto, en el espacio de la zona caliente, habrá en realidad una conductividad muy pequeña o ninguna conductividad en absoluto, pero su conductividad térmica es bastante alta. El gas SF6 se descompone rápidamente dentro de un rango de temperatura relativamente bajo (2000-2500K). Cuando el gas SF6 se descompone en la zona de envoltura del arco, absorbe una cantidad sustancial de calor del arco, dotando al gas SF6 de excelentes propiedades de extinción de arcos. En el gas SF6, cuando la corriente del arco se acerca a cero, solo un núcleo de arco muy fino tiene una temperatura alta, y su área circundante consiste en capas no conductoras.

Por lo tanto, después de que la corriente pasa por cero, la resistencia dieléctrica del espacio de arco se recupera rápidamente y supera la velocidad de aumento de la tensión de recuperación. En el gas SF6, un núcleo de arco extremadamente fino persiste incluso a niveles de corriente muy bajos. Esta es una característica muy deseable en la interrupción de interruptores, ya que satisface el requisito de una rápida transición de un buen conductor a un aislante cuando la corriente pasa por cero. Precisamente debido a estas características, incluso al interrumpir corrientes pequeñas, el núcleo del arco permanece continuo hasta que la corriente llega a cero y aún puede contraerse continuamente. Esto evita la interrupción forzada de la corriente, es decir, el corte de corriente, y, por lo tanto, reduce la ocurrencia de sobretensiones de conmutación.

Fuerte Electronegatividad

La electronegatividad se refiere a la tendencia de las moléculas o átomos disociados a formar iones negativos. El SF6 tiene una fuerte capacidad de adsorción de electrones, lo que se conoce como electronegatividad. El SF6 y las moléculas y átomos de halógenos producidos por su descomposición adsorben fuertemente electrones en el arco, formando iones negativos. Dado que la masa de los iones negativos es mucho mayor que la de los electrones, la velocidad de movimiento de los iones negativos bajo la influencia de un campo eléctrico es mucho más lenta que la de los electrones. En el movimiento en el campo eléctrico, los iones negativos se recombina fácilmente con iones positivos para formar moléculas neutras. Por lo tanto, el proceso de desaparición de la conductividad espacial es extremadamente rápido. Este fenómeno tiene el mismo efecto que una capacidad de enfriamiento muy fuerte en el espacio de ionización, resultando en un cambio muy rápido en la conductividad espacial cerca del cruce por cero de la corriente del arco. Esta característica, junto con la característica de formación de un núcleo de arco extremadamente fino, reduce significativamente la constante de tiempo del arco. Así, la fuerte electronegatividad dota al SF6 de excelentes propiedades aislantes.

Los requisitos básicos para un medio de extinción de arcos no solo son una alta resistencia dieléctrica, sino, más importante, una alta velocidad de recuperación de la resistencia dieléctrica. También debe poseer otra característica crucial: una constante térmica temporal muy pequeña cuando la corriente del arco pasa por cero. El gas SF6, como medio de extinción de arcos, tiene estas características. No solo depende del efecto de enfriamiento isotérmico formado por el gradiente de presión de los flujos de gas, sino principalmente de las propiedades termoquímicas específicas y la fuerte electronegatividad del gas SF6, que dotan al gas SF6 de capacidades de extinción de arcos particularmente fuertes. Precisamente porque el gas SF6 tiene excelentes propiedades de extinción de arcos y aislamiento, y sus propiedades químicas son estables y no tóxicas, la aplicación del gas SF6 en campos como la transmisión y transformación de energía, transformadores, fusibles y contactores ha estado expandiéndose continuamente.

El equipo de interruptor metálico aislado por gas (GIS) se ha desarrollado aún más basándose en interruptores de circuito SF6. El GIS encierra interruptores de circuito, interruptores de seccionamiento, interruptores de tierra, transformadores de corriente y tensión, pararrayos y barras de conexión dentro de un recinto metálico y lo llena con gas SF6, que tiene excelentes propiedades de extinción de arcos y aislamiento, sirviendo como aislamiento entre fases y a tierra. Debido a su naturaleza encapsulada y modular, ocupa una huella pequeña y menos espacio, no se ve afectado por el entorno externo, no genera ruido ni interferencia radioeléctrica, opera de manera segura y confiable, y requiere poco mantenimiento, logrando así un desarrollo significativo.

Estructura de GIS trifásico cerrado

En un GIS trifásico cerrado, las tres fases de los componentes del circuito principal se instalan en un recinto exterior común a tierra, soportados e aislados por aisladores de resina epoxi fundida. Este tipo de GIS tiene una estructura compacta, con una reducción en el número de recintos exteriores, lo que puede ahorrar significativamente materiales. Además, debido a la disminución en el número de puntos de sellado y la longitud de sellado, la tasa de fuga de gas es baja. Además, también puede reducir la corriente circulante durante la operación y simplificar el trabajo de mantenimiento. El GIS trifásico cerrado tiene un tamaño general relativamente pequeño, menos componentes, menos desgaste en los recintos exteriores y un ciclo de instalación corto. Sin embargo, su desventaja es el campo eléctrico interno desigual, con influencia mutua entre fases, lo que lo hace propenso a flashover interfase.

El tipo trifásico cerrado también se conoce como el tipo trifásico en tanque común. Las barras trifásicas se fijan dentro del cilindro a través de aisladores, dispuestas en un patrón triangular. Cada unidad funcional del GIS consta de varios compartimentos. La división de los compartimentos no solo debe cumplir con los requisitos de operación normal, sino que también debe poder limitar el arco en caso de fallo interno. Diferentes compartimentos permiten diferentes presiones de gas. Por ejemplo, el compartimento del interruptor de seccionamiento, considerando el efecto de extinción de arcos, requiere una presión de gas de aproximadamente 0,6 MPa, mientras que otros compartimentos tienen presiones relativamente más bajas.

Tecnologías Clave para la Inteligencia de los Equipos de Alta Tensión

El contenido tecnológico de los equipos de alta tensión inteligentes es extremadamente extenso. Sus principales tecnologías incluyen:

• Inteligencia de Operación de Conmutación: Monitoreo y diagnóstico del estado de operación de los dispositivos de apertura y cierre;

• Inteligencia de Control Secundario: Uso de arquitectura distribuida, tecnología de red y tecnología de monitoreo integral para lograr la adquisición de señales - tecnología de sensores, como bobinas toroidales de aire Rogowski para sensores compuestos de corriente y tensión, sensores de carrera y sensores de densidad de gas;

• Monitoreo del Rendimiento de Aislamiento: Detección de descargas parciales, detección de conducción anormal y detección de partículas microscópicas;

• Sistema de Diagnóstico de Fallas y Toma de Decisiones: Análisis de señales a través del análisis de señales para tomar decisiones y hacer juicios;

• Compatibilidad Electromagnética (EMC): Principalmente suprimir la interferencia de las rutas de acoplamiento anti-interferencia, es decir, eliminar o debilitar diversos factores que forman un impedancia común acoplada. Los métodos incluyen blindaje, aislamiento y filtrado;

• Desarrollo de Microcomputadoras Especializadas: Desarrollar circuitos integrados y software dedicados para mejorar la aplicabilidad, el rendimiento en tiempo real y el sistema operativo de las microcomputadoras, y aumentar el nivel de operación y la confiabilidad de los equipos de alta tensión.