GIS:n kehityssuunnat

Korkean jännitteen kytkentälaitekomponenttien modulaarisuus

Jokaisen komponentin ja osan pienteenemistoimenpiteiden sekä kokonaisvaltaisen pienteenennetyn asettelun ansiosta korkean jännitteen kytkentälaitekomponenttien koko on jatkuvasti pienentynyt. Kytkentälaiteyhdistelmien valikoima on laaja, yhdistelytapoja on joustavia ja rakenteet ovat hyvin tiiviit. Kaasulevitetty metallinen suljettu kytkentälaite (GIS) kattaa suurimman osan korkeajännitteisistä sähkövälineistä ja suoja- ja havaintolaitteista, integroimalla aiemmin erillisten sähkövälineiden toiminnallisuuden yhteen kokonaisuuteen. Voidaan siis sanoa, että GIS:n suunnittelun ja tuotannon taso edustaa kaasulevitettyjen metallisten suljettujen kytkentälaitekomponenttien tasoa.

Kaasulevitetty metallinen suljettu kytkentälaite (GIS) on uusi sähköväline, joka ilmestyi keski-1960-luvulla. Koska se on sekä suljettu että modulaarinen, sen tilapinta-ala on pieni, se vie vähän tilaa, se ei ole altis ulkopuoliselle ympäristölle, se ei aiheuta melua tai radiohäiriöitä, ja sen toiminta on turvallista ja luotettavaa sekä huollon tarve on vähäinen, joten sille on ollut merkittävää kehitystä. Sen käyttöönotosta lähtien se on jatkuvasti kehittynyt kohti korkeampia jännitteitä, suurempaa kapasiteettia ja pienteenentymistä. Indonesiassa vuosien toimintakokemuksen ja jatkuvan suunnittelun parannusten myötä GIS on edistynyt paitsi korkeammassa jännitteessä ja suuremmassa kapasiteetissa, mutta myös jatkuvasti innovoinut.

Hepafluoridi (SF6) kaasun peruspiirteet ja kaasun kaassulkuun lopettamisen periaate

Viime vuosina SF6-kaasu on kokenut nopeaa kehitystä pistokeiden kaassulkukesta. SF6-kaasu oli alun perin tunnettu erittäin hyvänä eristyskaasuna, jonka eristysteho on useita kertoja ilmaa suurempi. Sillä on erittäin voimakas kaassulkuun lopettamisen kyky, ja johtavan kaaren muuttuminen eristimeksi tapahtuu erittäin nopeasti. Siksi korkeajännitteisissä pistokeissa SF6-kaasu voi toimia sekä kaassulkuun lopettavana mediaina että eristymediaina. SF6-kaasun huomattavimpia ominaisuuksia ovat seuraavat:

Erinomaiset peruspiirteet

Puhtaana SF6-kaasu on värittömästi, hajutonta, ei-myrkkyä eikä syttyvää halogeeniyhdiste. Normaalilla lämpötilalla, eli 20°C ja 0,1 MPa painetta, sen tiheys on viisi kertaa suurempi kuin ilma. SF6-kaasun lämpösiirtokerroin, mukaan lukien konvektiovaikutukset, on 1,6 kertaa suurempi kuin ilma.

Erikoiset termokemialliset ominaisuudet
Kokeet osoittavat, että SF6-kaasun hajoamislämpö on alhaisempi kuin ilma, vaikka hajoamiseen tarvittava energia on suurempi. Tämän seurauksena SF6-kaasu nauttii suuren määrän energiaa hajoamisen aikana, mikä aiheuttaa vahvan jäähdystehon kaarelle. SF6-kaasulla on affiniteetti vapaille elektroneille. Näin ollen kuumassa alueessa on itse asiassa vain hyvin pieni johtavuus tai ei lainkaan, mutta sen lämpöjohtavuus on erittäin suuri. SF6-kaasu hajoaa nopeasti suhteellisen alhaisessa lämpötilavälissä (2000-2500K). Kun SF6-kaasu hajoaa kaarsuojakameran alueella, se nauttii suuren määrän lämpöä kaaresta, mikä antaa SF6-kaasulle erinomaisen kaassulkuun lopettamisen kyvyn. SF6-kaasussa, kun kaaren virta lähestyy nollaa, vain hyvin ohut kaaren ydin on korkean lämpötilan, ja sen ympärillä on epäjohtavat kerrokset.

Näin ollen, kun virta kulkee nollan kautta, kaaren välisen avaruuden dielektrinen vahvuus palautuu nopeasti ja ylittää palautusjännitteen nousunopeuden. SF6-kaasussa hyvin ohut kaaren ydin säilyy edelleen hyvin alhaisilla virtoilla. Tämä on erittäin toivottava ominaisuus pistokeiden katkaisussa, sillä se täyttää vaatimuksen nopeasta siirtymästä hyvältä johtimesta eristimeksi, kun virta kulkee nollan kautta. Täsmälleen näiden ominaisuuksien takia, jopa pienien virtojen katkaisussa, kaaren ydin pysyy jatkuvana, kunnes virta saavuttaa nollan ja se voi edelleen jatkaa jatkuvaa supistumista. Tämä estää pakollisen virran katkeamisen, eli virran katkaisemisen, ja siten vähentää kytkemisen ylikirjoituksia.

Vahva elektronegatiivisuus

Elektronegatiivisuus tarkoittaa molekyylien tai irrotettujen atomien taipumusta muodostaa negatiivisia iooneja. SF6:lla on vahva kyky imeä elektronit, mikä tunnetaan elektronegatiivisuutena. SF6 ja sen hajoamisesta syntyneet halogeenimolekyylit ja atomit imevät vahvasti elekronit kaaresta, muodostaen negatiivisia iooneja. Koska negatiivisten ionien massa on paljon suurempi kuin elektronien, negatiivisten ionien liikkumisnopeus sähkökentässä on paljon hitaampi kuin elektronien. Sähkökentässä negatiiviset iot yhdistyvät helposti positiivisiin ioihin muodostaen neutraaleja molekyylejä. Siksi avaruuden johtavuuden katoamisprosessi on erittäin nopea. Tämä ilmiö on sama kuin erittäin vahva jäähdysteho ionisaation avaruudessa, mikä aiheuttaa erittäin nopean muutoksen avaruuden johtavuudessa kaaren virran nollakohdan lähellä. Tämä ominaisuus, yhdistettynä kaaren hyvin ohuen ytimen muodostumiseen, lyhentää huomattavasti kaaren aikavakioita. Näin ollen vahva elektronegatiivisuus antaa SF6:lle erinomaiset eristysominaisuudet.

Perusvaatimukset kaassulkuun lopettavalle mediaksi ovat ei ainoastaan korkea dielektrinen vahvuus, mutta ennen kaikkea korkea dielektrisen vahvuuden palautumisnopeus. Sen pitäisi myös omata toinen tärkeä ominaisuus: hyvin pieni lämpöaikavakio, kun kaaren virta kulkee nollan kautta. SF6-kaasu, kaassulkuun lopettavana mediavana, omistaa nämä ominaisuudet. Se perustuu ei ainoastaan isentropiseen jäähtymiseen, joka muodostuu kaasun virtauksien painegradientista, vaan pääasiassa SF6-kaasun erityisille termokemiallisille ominaisuuksille ja vahvalle elektronegatiivisuudelle, jotka antavat SF6-kaasulle erityisen vahvan kaassulkuun lopettamisen kyvyn. Täsmälleen siksi, että SF6-kaasulla on erinomaiset kaassulkuun lopettavat ja eristysominaisuudet, ja sen kemialliset ominaisuudet ovat vakaita ja ei-myrkkyjiä, SF6-kaasun sovellusala on jatkuvasti laajentunut alueilla, kuten sähkönsiirrossa ja -muunnoksessa, muuntajissa, sulkemislaiteissa ja kosketuskytkimissä.

Kaasulevitetty metallinen suljettu kytkentälaite (GIS) on kehitetty edelleen SF6-pistokeiden pohjalta. GIS sisältää pistokeet, erotinlaitteet, maanalaiset kytkimet, virta- ja jännitekäännöntä, suojalaitteet, ja yhdistävät busbarit metallisen suljetun kotelon sisällä, täynnä eristysominaisuuksiltaan erinomaista SF6-kaasua, joka toimii eristysaineena vaiheiden välillä ja maan suuntaan. Koska se on suljettu ja modulaarinen, se vie vähän tilaa, ei ole altis ulkopuoliselle ympäristölle, ei aiheuta melua tai radiohäiriöitä, toimii turvallisesti ja luotettavasti, ja vaatii vähän huollon työtä, joten sille on ollut merkittävää kehitystä.

Kolmen vaiheen suljetun GIS:n rakenne

Kolmen vaiheen suljetussa GIS:ssä päävirtaliikennekomponenttien kolme vaihetta on asennettu yhteiseen maanjäristykseen vastaavaan ulkokoteloon, tuettuna ja eristetty epoxy-resinan kaastettuilla eristimillä. Tämäntyyppinen GIS on tiivis, vähemmän ulkokoteloja, mikä säästää huomattavasti materiaaleja. Lisäksi, vähäisemmän tiivisteiden määrän ja lyhyemmän tiivistelevän pituuden vuoksi, kaasun vuoto on alhainen. Lisäksi se vähentää toiminnassa kiertovirtaa ja yksinkertaistaa huollon työtä. Kolmen vaiheen suljettu GIS on suhteellisen pieni kokonaismäärin, vähemmän komponentteja, vähemmän kulutusta ulkokoteloissa ja lyhyt asennusjakso. Kuitenkin sen heikkous on epätasainen sisäinen sähkökenttä, vaiheiden välinen vaikutus, mikä tekee sen alttiiksi vaiheiden väliselle sähköiskulle.

Kolmen vaiheen suljettua tyyppiä kutsutaan myös kolmen vaiheen yhteishenkilöautoon. Kolmen vaiheen busbarit on kiinnitetty putken sisään eristimien kautta, järjestetty kolmion muodossa. Jokainen GIS:n toimintoalue koostuu useista huoneistosta. Huoneiston jako ei ainoastaan täytä normaalin toiminnan vaatimukset, mutta myös rajoittaa kaarta sisäisen vian tapauksessa. Eri huoneistot sallivat eri kaasupainet. Esimerkiksi erotinhuoneiston, kaassulkuun lopettamisen vaikutuksen huomioiden, kaasupaine on noin 0,6 MPa, kun taas muissa huoneistoissa paine on suhteellisesti alhaisempi.

Keskeiset teknologiat korkean jännitteen kytkentälaitekomponenttien älykkäälle toiminnalle

Älykkäiden korkean jännitteen kytkentälaitekomponenttien teknologinen sisältö on erittäin laaja. Sen päätekniikat ovat:

• Kytkemisen älykkäisyys: Avaus- ja sulkemislaitteiden toimintatilan valvonta ja diagnostiikka;

• Toissijainen ohjausälykkäisyys: Hajoitetun arkkitehtuurin, verkkoyhteyden ja kattavan valvonnan tekniikan avulla signaalien nouto - sensoriteknologia, kuten Rogowskin air-cored toroidal coil -sensorit yhdistetyille virta- ja jännitesensorien, matkan sensorit ja kaasutiheyden sensorit;

• Eristysohjelman valvonta: Osittainen purkautumisen havaitseminen, poikkeavan johtavuuden havaitseminen ja mikropartikkelien havaitseminen;

• Virheen diagnosoiminen ja päätöksenteko -järjestelmä: Signaalien analysointi päätösten tekemiseksi ja toimintaan;

• Sähkömagneettinen yhteensopivuus (EMC): Pääasiassa häiriöiden hillitseminen anti-interference coupling reiteissä, eli poistaminen tai heikentäminen kaikenlaisia yhteisiä impedanssia muodostavia tekijöitä. Menetelmiä ovat suojelu, eristäminen ja suodatus;

• Erityistarkoitukseen suunniteltujen tietokoneiden tutkimus ja kehitys: Soveltamiskelpoisuuden, reaaliaikaisuuden ja toimintajärjestelmän parantamiseksi tietokoneissa, ja korkean jännitteen kytkentälaitekomponenttien toiminnan ja luotettavuuden parantamiseksi.