روند توسعه GIS

بازتابی سازندهای تغییر دهنده ولتاژ بالا

به علت اقدامات کوچک‌سازی گرفته شده برای هر قطعه و بخش، و همچنین طرح کلی کوچک‌شده، اندازه سازندهای تغییر دهنده ولتاژ بالا به طور مداوم کاهش یافته است. تنوع گسترده‌ای از ترکیبات سازنده وجود دارد با روش‌های ترکیبی انعطاف‌پذیر و ساختارهای بسیار فشرده. سازندهای فلزی محصور گازی (GIS) شامل اکثر دستگاه‌های الکتریکی ولتاژ بالا و دستگاه‌های حفاظتی و آشکارسازی می‌باشد، که عملکرد دستگاه‌های الکتریکی اصلی جداگانه را در یک موجودیت یکپارچه می‌کند. بنابراین می‌توان گفت که سطح طراحی و تولید GIS نمایانگر سطح سازندهای فلزی محصور گازی است.

سازندهای فلزی محصور گازی (GIS) نوع جدیدی از دستگاه الکتریکی است که در اواسط دهه ۱۹۶۰ ظهور کرد. چون هم محصور و هم بازتابی است، مساحت زمین کمی دارد، فضای کمتری را اشغال می‌کند، از محیط خارج تأثیر نمی‌پذیرد، هیچ صدای یا تداخل رادیویی ایجاد نمی‌کند و عملکرد ایمن و قابل اعتمادی با کمترین کار تعمیر و نگهداری دارد، بنابراین توسعه قابل توجهی یافته است. از زمان معرفی آن، به طور مداوم به سمت ولتاژ بالاتر، ظرفیت بزرگتر و کوچک‌سازی پیش رفته است. از طریق سال‌ها تجربه عملیاتی در اندونزی و بهبودهای مداوم طراحی، GIS نه تنها در مورد ولتاژ بالاتر و ظرفیت بزرگتر پیشرفت کرده بلکه به طور مداوم نوآوری می‌کند.

ویژگی‌های اساسی و اصل خاموش‌کننده قوس الکتریکی گاز هگزافلوئورید سولفور (SF6)

در سال‌های اخیر، گاز SF6 به عنوان مedium خاموش‌کننده قوس برای برشکن‌ها توسعه سریعی یافته است. گاز SF6 ابتدا به عنوان یک گاز عایق‌ساز با قدرت عایق‌سازی چند برابر هوا شناخته شده بود. آن دارای قابلیت‌های بسیار قوی خاموش‌کننده قوس است و انتقال از یک قوس هدایت‌کننده به یک عایق‌ساز با سرعت بسیار بالا انجام می‌شود. بنابراین، در برشکن‌های ولتاژ بالا، گاز SF6 می‌تواند هم به عنوان medium خاموش‌کننده قوس و هم به عنوان medium عایق‌ساز عمل کند. مشخصات برجسته گاز SF6 عبارتند از:

ویژگی‌های اساسی عالی

گاز SF6 خالص یک گاز مرکب هالوژنی بی‌رنگ، بدون بو، غیر سمی و غیر قابل اشتعال است. در شرایط دما معمولی، یعنی در ۲۰°سیلسیوس و ۰.۱MPa، چگالی آن پنج برابر هوا است. ضریب انتقال حرارت گاز SF6، شامل اثرات محدب، ۱.۶ برابر هوا است.

ویژگی‌های گرمایی-شیمیایی خاص
آزمایش‌ها نشان می‌دهند که دمای تجزیه گاز SF6 کمتر از هوا است، در حالی که انرژی لازم برای تجزیه بیشتر است. در نتیجه، گاز SF6 در طول تجزیه مقدار زیادی از انرژی را جذب می‌کند، که تأثیر خنک‌کننده قوی بر قوس دارد. گاز SF6 تمایل به الکترون‌های آزاد دارد. بنابراین، در فضای داغ، در واقع فقط رسانایی بسیار کم یا حتی بدون رسانایی وجود خواهد داشت، در حالی که رسانایی حرارتی آن بسیار بالاست. گاز SF6 در محدوده دمای نسبتاً کم (۲۰۰۰-۲۵۰۰K) تجزیه سریع می‌کند. وقتی گاز SF6 در منطقه پوشش قوس تجزیه می‌شود، مقدار قابل توجهی گرما را از قوس جذب می‌کند، که به گاز SF6 قابلیت‌های خاموش‌کننده قوس بسیار خوبی می‌دهد. در گاز SF6، وقتی جریان قوس به صفر نزدیک می‌شود، فقط یک هسته قوس بسیار ریز دارای دمای بالا است و منطقه اطراف آن از لایه‌های غیررسانایی تشکیل شده است.

بنابراین، پس از عبور جریان از صفر، مقاومت عایقی فاصله قوس به سرعت بازیابی می‌شود و سرعت بالاتری از سرعت بازیابی ولتاژ دارد. در گاز SF6، حتی در سطوح جریان بسیار کم، یک هسته قوس بسیار ریز وجود دارد. این یک ویژگی بسیار مطلوب در میانبرداری برشکن است، زیرا نیاز به انتقال سریع از یک هادی خوب به یک عایق‌ساز وقتی جریان از صفر عبور می‌کند. دقیقاً به دلیل این ویژگی‌ها، حتی وقتی جریان‌های کوچک را می‌شکنیم، هسته قوس تا زمانی که جریان به صفر می‌رسد مداوم می‌ماند و همچنان می‌تواند به طور مداوم فشرده شود. این امر از میانبرداری اجباری، یعنی برش جریان، جلوگیری می‌کند و بنابراین رخداد ولتاژهای میانبرداری را کاهش می‌دهد.

الکترونگاتیویت قوی

الکترونگاتیویت به تمایل مولکول‌ها یا اتم‌های جدایش یافته برای تشکیل یون‌های منفی اشاره دارد. SF6 قابلیت قوی جذب الکترون دارد که به عنوان الکترونگاتیویت شناخته می‌شود. SF6 و مولکول‌ها و اتم‌های هالوژنی تولید شده از تجزیه آن الکترون‌های قوس را به طور قوی جذب می‌کنند و یون‌های منفی می‌سازند. چون جرم یون‌های منفی بسیار بیشتر از الکترون‌ها است، سرعت حرکت یون‌های منفی تحت تأثیر میدان الکتریکی بسیار کندتر از الکترون‌ها است. در حرکت میدان الکتریکی، یون‌های منفی به راحتی با یون‌های مثبت بازسازی می‌شوند و مولکول‌های خنثی می‌سازند. بنابراین، فرآیند ناپدید شدن رسانایی فضا بسیار سریع است. این پدیده تأثیری مشابه با یک توان خنک‌کننده بسیار قوی در فضای یونیزه دارد، که منجر به تغییر بسیار سریع رسانایی فضا در نزدیکی عبور جریان قوس از صفر می‌شود. این ویژگی، با ترکیب با ویژگی تشکیل هسته بسیار ریز قوس، ثابت زمانی قوس را به طور قابل توجهی کوتاه می‌کند. بنابراین، الکترونگاتیویت قوی به گاز SF6 قابلیت‌های عایق‌سازی بسیار خوبی می‌دهد.

نیازهای اساسی یک medium خاموش‌کننده قوس نه تنها قدرت عایق‌سازی بالا است بلکه مهم‌تر از آن، سرعت بازیابی قدرت عایق‌سازی بالا است. باید همچنین یک ویژگی مهم دیگر داشته باشد: ثابت زمانی گرمایی بسیار کوچک وقتی جریان قوس از صفر عبور می‌کند. گاز SF6 به عنوان یک medium خاموش‌کننده قوس این ویژگی‌ها را دارد. این ویژگی‌ها نه تنها به تأثیر خنک‌کننده ایزوانتروپیکی که توسط گرادیان فشار جریان گاز‌ها تشکیل می‌شود بستگی دارد، بلکه عمده‌ترین بخش آن به ویژگی‌های گرمایی-شیمیایی خاص و الکترونگاتیویت قوی گاز SF6 بستگی دارد، که به گاز SF6 قابلیت‌های خاموش‌کننده قوس بسیار قوی می‌دهند. دقیقاً به دلیل اینکه گاز SF6 دارای قابلیت‌های خاموش‌کننده قوس و عایق‌سازی بسیار خوبی است و ویژگی‌های شیمیایی آن پایدار و غیر سمی است، استفاده از گاز SF6 در زمینه‌هایی مانند انتقال و تبدیل برق، ترانسفورماتورها، گیره‌ها و میانبرها به طور مداوم گسترش یافته است.

سازندهای فلزی محصور گازی (GIS) بر اساس برشکن‌های SF6 توسعه یافته است. GIS برشکن‌ها، جداکننده‌ها، کلیدهای زمین، ترانسفورماتورهای جریان و ولتاژ، محافظ‌های ضدبلایی و میله‌های اتصال را در یک پوشش فلزی محصور می‌کند و آن را با گاز SF6 که دارای قابلیت‌های خاموش‌کننده قوس و عایق‌سازی بسیار خوبی است پر می‌کند، که به عنوان عایق بین فازها و با زمین عمل می‌کند. به دلیل بودن محصور و بازتابی، مساحت زمین کمی دارد و فضای کمتری را اشغال می‌کند، از محیط خارج تأثیر نمی‌پذیرد، هیچ صدای یا تداخل رادیویی ایجاد نمی‌کند، عملکرد ایمن و قابل اعتمادی دارد و کمترین کار تعمیر و نگهداری را نیاز دارد، بنابراین توسعه قابل توجهی یافته است.

ساختار GIS سه‌فاز محصور

در GIS سه‌فاز محصور، سه فاز اجزای مدار اصلی در یک پوشش خارجی مشترک زمین‌شده نصب شده‌اند و با دی‌الکتریک‌های رزین اپوکسی ریخته شده پشتیبانی و عایق می‌شوند. این نوع GIS دارای ساختار فشرده‌ای است، با تعداد کمتری از پوشش‌های خارجی که می‌تواند به طور قابل توجهی مواد را صرفه‌جویی کند. علاوه بر این، به دلیل کاهش تعداد نقاط ختم و کوتاه شدن طول ختم، نرخ نشت گاز کم است. همچنین می‌تواند جریان دورانی در طول عملیات را کاهش دهد و کار تعمیر و نگهداری را ساده‌تر کند. GIS سه‌فاز محصور دارای اندازه کلی نسبتاً کوچک، اجزای کمتر، خوردگی کمتر در پوشش‌های خارجی و چرخه نصب کوتاه است. اما معایب آن نیز شامل میدان الکتریکی داخلی نامتقارن، با تأثیر متقابل بین فازها است که آن را مستعد فلاشر بین فاز می‌کند.

نوع سه‌فاز محصور همچنین به عنوان نوع سه‌فاز در یک مخزن مشترک شناخته می‌شود. سه فاز خطوط اصلی از طریق دی‌الکتریک‌ها در داخل سیلندر ثابت شده‌اند و به صورت مثلثی مرتب شده‌اند. هر واحد عملکردی GIS از چندین کامپارتمان تشکیل شده است. تقسیم کامپارتمان باید نه تنها نیازهای عملیات معمولی را برآورده کند بلکه قادر به محدود کردن قوس در صورت وجود خطا داخلی باشد. کامپارتمان‌های مختلف اجازه می‌دهند فشار گاز متفاوتی داشته باشند. به عنوان مثال، کامپارتمان جداکننده، با توجه به تأثیر خاموش‌کننده قوس، نیاز به فشار گاز حدود ۰.۶ MPa دارد، در حالی که کامپارتمان‌های دیگر فشارهای نسبتاً کمتری دارند.

فناوری‌های کلیدی هوشمندسازی سازندهای تغییر دهنده ولتاژ بالا

محتوای فناورانه سازندهای تغییر دهنده ولتاژ بالای هوشمند بسیار گسترده است. فناوری‌های اصلی آن عبارتند از:

• هوشمندسازی عملیات بازکردن و بستن: نظارت و تشخیص وضعیت عملیاتی دستگاه‌های بازکردن و بستن؛

• هوشمندسازی کنترل ثانویه: استفاده از معماری توزیع شده، فناوری‌های شبکه‌ای و نظارت جامع برای دستیابی به جمع‌آوری سیگنال - فناوری حسگر، مانند حلقه‌های روجوسکی بدون هسته برای حسگرهای جریان و ولتاژ ترکیبی، حسگرهای سیاره و حسگرهای چگالی گاز؛

• نظارت بر عملکرد عایق: آشکارسازی تخلیه جزئی، آشکارسازی هدایت غیرعادی و آشکارسازی ذرات میکرو؛

• سیستم تشخیص خطا و تصمیم‌گیری: تحلیل سیگنال‌ها برای اتخاذ تصمیم و قضاوت؛

• سازگاری الکترومغناطیسی (EMC): عمدتاً سرکوب تداخل از مسیرهای کوپلینگ ضدتداخل، یعنی حذف یا تضعیف عوامل مختلفی که یک امپدانس مشترک متصل می‌شوند. روش‌ها شامل سایه‌گیری، جداسازی و فیلتر کردن هستند؛

• تحقیق و توسعه میکروکامپیوترهای تخصصی: توسعه مدارهای مجتمع و نرم‌افزارهای اختصاصی برای بهبود قابلیت استفاده، عملکرد زنده و سیستم عامل میکروکامپیوترها، و افزایش سطح عملکرد و قابلیت اطمینان سازندهای تغییر دهنده ولتاژ بالا.