روند توسعه GIS

مدولارسازی دستگاه‌های تغییر مسیر ولتاژ بالا

به دلیل اقدامات کوچک‌سازی گرفته شده برای هر جزء و قطعه، به علاوه طرح کلی کوچک‌شده، اندازه دستگاه‌های تغییر مسیر ولتاژ بالا به طور مداوم کاهش یافته است. ترکیبات مختلفی از دستگاه‌های تغییر مسیر وجود دارد، با روش‌های ترکیبی پرنقطه‌ای و ساختارهای بسیار فشرده. دستگاه‌های تغییر مسیر فلزی محصور شده با گاز (GIS) شامل بیشتر دستگاه‌های الکتریکی ولتاژ بالا و دستگاه‌های تشخیصی محافظتی است، که عملکرد دستگاه‌های الکتریکی جداگانه را در یک موجودیت تجمیع می‌کند. بنابراین می‌توان گفت که سطح طراحی و تولید GIS نمایانگر سطح دستگاه‌های تغییر مسیر فلزی محصور شده با گاز است.

دستگاه‌های تغییر مسیر فلزی محصور شده با گاز (GIS) نوع جدیدی از دستگاه الکتریکی است که در اواسط دهه ۱۹۶۰ ظاهر شد. چون هم محصور و هم مدولار است، مساحت زمین کوچکی دارد، فضای کمتری را می‌گیرد، تحت تأثیر محیط خارجی قرار نمی‌گیرد، هیچ صدای یا تداخل رادیویی ایجاد نمی‌کند و با عملکردی ایمن و قابل اعتماد و کارهای نگهداری کمی، توسعه قابل توجهی داشته است. از زمان معرفی آن، به طور مداوم به سمت ولتاژ بالاتر، ظرفیت بزرگتر و کوچک‌سازی حرکت کرده 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 کرده است.

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

در سال‌های اخیر، SF6 گاز به عنوان مedium خاموش‌کننده قوس برای دستگاه‌های قطع کننده مدار تکامل یافته است. SF6 گاز ابتدا به عنوان گاز عایق‌بندی با قدرت عایق‌بندی چند برابر هوای معروف بود. آن دارای قابلیت‌های خاموش‌کنندگی قوس بسیار قوی است، و انتقال از یک قوس هادی به یک عایق در سرعت بسیار بالا اتفاق می‌افتد. بنابراین، در دستگاه‌های قطع کننده مدار ولتاژ بالا، SF6 گاز می‌تواند هم به عنوان medium خاموش‌کننده قوس و هم به عنوان medium عایق‌بندی عمل کند. مهم‌ترین ویژگی‌های SF6 گاز عبارتند از:

ویژگی‌های اساسی عالی

SF6 گاز خالص رنگ‌بندی نشده، بدون بو، غیر سمی و غیر قابل اشتعال است. در شرایط دما معمولی، یعنی در ۲۰ درجه سانتیگراد و ۰٫۱MPa، چگالی آن پنج برابر چگالی هوا است. ضریب انتقال حرارت SF6 گاز، شامل اثرات جابجایی، ۱٫۶ برابر هوا است.

ویژگی‌های ترمودینامیکی خاص
آزمایش‌ها نشان می‌دهند که دمای تجزیه SF6 گاز کمتر از هوا است، در حالی که انرژی لازم برای تجزیه آن بیشتر است. در نتیجه، SF6 گاز در حین تجزیه مقدار زیادی از انرژی را جذب می‌کند، که تأثیر خنک‌کننده قوی بر قوس دارد. SF6 گاز تمایلی به الکترون‌های آزاد دارد. بنابراین، در فضای منطقه گرم، در واقع فقط رسانایی بسیار کم یا اصلاً رسانایی نخواهد بود، اما رسانایی حرارتی آن بسیار بالا است. SF6 گاز در محدوده دمای نسبتاً کم (۲۰۰۰-۲۵۰۰K) تجزیه سریع می‌کند. وقتی SF6 گاز در منطقه پوشش قوس تجزیه می‌شود، مقدار قابل توجهی گرما را از قوس جذب می‌کند، که به SF6 گاز قابلیت‌های خاموش‌کنندگی قوس بسیار خوبی می‌دهد. در SF6 گاز، وقتی جریان قوس به صفر نزدیک می‌شود، فقط یک هسته قوس بسیار ریز دارای دمای بالا است، و منطقه اطراف آن از لایه‌های غیررسانا تشکیل شده است.

بنابراین، پس از عبور جریان از صفر، مقاومت الکتریکی فاصله قوس به سرعت بازیابی می‌شود و سرعت افزایش ولتاژ بازیابی را فراتر می‌رود. در SF6 گاز، حتی در سطوح جریان بسیار کم، یک هسته قوس بسیار ریز باقی می‌ماند. این یک ویژگی بسیار مطلوب در قطع مدار است، زیرا نیاز به انتقال سریع از یک هادی خوب به یک عایق در زمان عبور جریان از صفر را برآورده می‌کند. دقیقاً به دلیل این ویژگی‌ها، حتی در زمان قطع جریان‌های کوچک، هسته قوس تا رسیدن جریان به صفر مداوم باقی می‌ماند و همچنان می‌تواند به طور مداوم فشرده شود. این امر از قطع اجباری جریان، یعنی قطع جریان، جلوگیری می‌کند و بنابراین از ایجاد ولتاژ بیش از حد در زمان تغییر مدار جلوگیری می‌کند.

الکترونگاتیویت قوی

الکترونگاتیویت به تمایل مولکول‌ها یا اتم‌های تجزیه شده برای تشکیل یون‌های منفی اشاره دارد. SF6 دارای قابلیت قوی جذب الکترون است، که به آن الکترونگاتیویت گفته می‌شود. SF6 و مولکول‌ها و اتم‌های هالوژن تولید شده از تجزیه آن به طور قوی الکترون‌های قوس را 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 ترکیب می‌شوند و مولکول‌های خنثی می‌سازند. بنابراین، فرآیند ناپدید شدن رسانایی فضا بسیار سریع است. این پدیده همان اثری دارد که یک ظرفیت 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، در ترکیب با ویژگی تشکیل هسته قوس بسیار ریز، ثابت زمانی قوس را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد. بنابراین، الکترونگاتیویت قوی به SF6 قابلیت‌های عایق‌بندی عالی می‌دهد.

نیازهای اساسی برای یک medium خاموش‌کننده قوس نه تنها قدرت عایق‌بندی بالا است، بلکه مهم‌تر از آن، سرعت بازیابی قدرت عایق‌بندی بالا است. باید همچنین یک ویژگی مهم دیگر داشته باشد: ثابت زمانی حرارتی بسیار کم در زمان عبور جریان قوس از صفر. SF6 گاز، به عنوان یک medium خاموش‌کننده قوس، این ویژگی‌ها را دارد. این ویژگی‌ها نه تنها به دلیل تأثیر خنک‌کننده ایزوتروپیکی که از گرادیان فشار جریان گاز ایجاد می‌شود، بلکه عمده به دلیل ویژگی‌های ترمودینامیکی خاص و الکترونگاتیویت قوی SF6 گاز است، که به SF6 گاز قابلیت‌های خاموش‌کنندگی قوس بسیار قوی می‌دهند. دقیقاً به دلیل اینکه SF6 گاز دارای قابلیت‌های خاموش‌کنندگی و عایق‌بندی عالی است و خصوصیات شیمیایی آن پایدار و غیر سمی است، استفاده از SF6 گاز در زمینه‌هایی مانند انتقال و تبدیل برق، ترانسفورماتورها، گذرگاه‌ها و سوئیچ‌ها به طور مداوم گسترش یافته است.

دستگاه‌های تغییر مسیر فلزی محصور شده با گاز (GIS) بر اساس دستگاه‌های قطع کننده مدار SF6 توسعه یافته‌اند. GIS دستگاه‌های قطع کننده مدار، جداکننده‌ها، سوئیچ‌های زمینی، ترانسفورماتورهای جریان و ولتاژ، محافظ‌های ضد سوپریم و میله‌های اتصال را در یک پوشش فلزی محصور می‌کند و آن را با SF6 گاز که دارای قابلیت‌های خاموش‌کنندگی و عایق‌بندی عالی است، پر می‌کند، که به عنوان عایق بین فازها و با زمین عمل می‌کند. به دلیل محصور بودن و مدولار بودن آن، مساحت زمین کوچکی دارد و فضای کمتری را می‌گیرد، تحت تأثیر محیط خارجی قرار نمی‌گیرد، هیچ صدای یا تداخل رادیویی ایجاد نمی‌کند، به صورت ایمن و قابل اعتماد عمل می‌کند و کارهای نگهداری کمی دارد، بنابراین توسعه قابل توجهی داشته است.

ساختار GIS سه‌فاز محصور

در GIS سه‌فاز محصور، سه فاز اجزای مدار اصلی در یک پوشش خارجی مشترک زمین‌شده نصب می‌شوند، که توسط عایق‌های رزین اپوکسی می‌شوند. این نوع GIS دارای ساختار فشرده است، با تعداد کمتری از پوشش‌های خارجی، که می‌تواند مواد را به طور قابل توجهی کاهش دهد. علاوه بر این، به دلیل کاهش تعداد نقاط خاتمه‌یابی و کوتاه شدن طول خاتمه‌یابی، نرخ نشت گاز کم است. همچنین می‌تواند جریان دورانی در طول عملکرد را کاهش دهد و کارهای نگهداری را ساده کند. GIS سه‌فاز محصور اندازه کلی کوچکتری دارد، اجزای کمتری دارد، سایش کمتری روی پوشش‌های خارجی دارد و چرخه نصب کوتاه است. با این حال، نقطه ضعیف آن میدان الکتریکی داخلی نامساوی است، با تأثیرات متقابل بین فازها، که آن را مستعد از بین رفتن بین فازی می‌کند.

نوع سه‌فاز محصور همچنین به عنوان نوع سه‌فاز در یک مخزن مشترک شناخته می‌شود. سه فاز خطوط اصلی در داخل استوانه از طریق عایق‌ها ثابت شده‌اند، به صورت مثلثی مرتب شده‌اند. هر واحد عملکردی GIS از چندین بخش تشکیل شده است. تقسیم بخش باید نه تنها نیازهای عملکرد معمولی را برآورده کند، بلکه قادر به محدود کردن قوس در صورت وجود خطا داخلی باشد. بخش‌های مختلف اجازه می‌دهند که فشار گاز متفاوت باشد. به عنوان مثال، بخش جداکننده، با توجه به تأثیر خاموش‌کنندگی قوس، نیاز به فشار گاز حدود ۰٫۶ MPa دارد، در حالی که بخش‌های دیگر فشارهای نسبتاً کمتری دارند.

فناوری‌های کلیدی برای هوشمندسازی دستگاه‌های تغییر مسیر ولتاژ بالا

محتوای فناوری دستگاه‌های تغییر مسیر ولتاژ بالای هوشمند بسیار وسیع است. فناوری‌های اصلی آن عبارتند از:

• هوشمندسازی عملیات تغییر مسیر: 监视和诊断开合装置的运行状态；

• ثانویه کنترل هوشمند: استفاده از معماری توزیع شده، فناوری شبکه‌ای و نظارت جامع برای به دست آوردن سیگنال - فناوری حسگر، مانند حلقه‌های روجوفسکی بدون هسته برای حسگرهای جریان و ولتاژ ترکیبی، حسگرهای سایه و حسگرهای چگالی گاز؛

• نظارت بر عملکرد عایق: تشخیص تخلیه جزئی، تشخیص هدایت غیرطبیعی و تشخیص ذرات میکرو؛

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

• سازگاری الکترومغناطیسی (EMC): عموماً کاهش تداخل از مسیرهای جفت‌شده ضد تداخل، یعنی حذف یا تضعیف عوامل مختلفی که یک میان‌مقاومت مشترک را تشکیل می‌دهند. روش‌ها شامل پوشش، جداسازی و فیلتر کردن هستند؛

• پژوهش و توسعه میکروکامپیوتر تخصصی: توسعه مدارهای مجتمع و نرم‌افزارهای اختصاصی برای بهبود قابلیت استفاده، عملکرد زنده و سیستم عملیاتی میکروکامپیوتر، و افزایش سطح عملکرد و قابلیت اطمینان دستگاه‌های تغییر مسیر ولتاژ بالا.