Tendances de développement du SIG
Modularisation des équipements de haute tension
En raison des mesures de miniaturisation prises pour chaque composant et pièce, ainsi que de la disposition globale miniaturisée, la taille des équipements de haute tension n'a cessé de diminuer. Il existe une grande variété de combinaisons d'équipements, avec des méthodes de combinaison flexibles et des structures très compactes. Les équipements à isolation gazeuse sous enveloppe métallique (GIS) englobent la plupart des appareils électriques de haute tension et des dispositifs de protection et de détection, intégrant les fonctions des appareils électriques initialement séparés en un seul ensemble. Ainsi, on peut dire que le niveau de conception et de production du GIS représente le niveau des équipements à isolation gazeuse sous enveloppe métallique.
Les équipements à isolation gazeuse sous enveloppe métallique (GIS) sont un nouveau type d'appareil électrique apparu au milieu des années 1960. Étant à la fois enfermés et modulaires, ils occupent une surface réduite, prennent moins de place, ne sont pas affectés par l'environnement extérieur, ne génèrent ni bruit ni interférences radio, et offrent une opération sûre et fiable avec un entretien minimal, ce qui explique leur développement significatif. Depuis son introduction, il s'est continuellement développé vers des tensions plus élevées, des capacités plus importantes et une miniaturisation. Grâce à des années d'expérience opérationnelle en Indonésie et à des améliorations continues de la conception, le GIS n'a pas seulement progressé en termes de tension et de capacité plus élevées, mais a également continué d'innover.
Caractéristiques de base et principe d'extinction d'arc du gaz hexafluorure de soufre (SF6)
Ces dernières années, le gaz SF6 a connu un développement rapide en tant que moyen d'extinction d'arc pour les disjoncteurs. Le gaz SF6 était initialement bien connu comme un gaz isolant dont la résistance diélectrique est plusieurs fois supérieure à celle de l'air. Il possède des capacités d'extinction d'arc extrêmement puissantes, et la transition d'un arc conducteur à un isolant se produit à une vitesse très élevée. Par conséquent, dans les disjoncteurs de haute tension, le gaz SF6 peut servir à la fois de moyen d'extinction d'arc et de moyen isolant. Les caractéristiques les plus remarquables du gaz SF6 sont les suivantes :
Excellentes propriétés de base
Le gaz SF6 pur est incolore, inodore, non toxique et non inflammable. Dans des conditions normales, c'est-à-dire à 20°C et 0,1 MPa, sa densité est cinq fois supérieure à celle de l'air. Le coefficient de transfert thermique du gaz SF6, y compris les effets de convection, est 1,6 fois celui de l'air.
Propriétés thermochimiques spécifiques
Les expériences montrent que la température de décomposition du gaz SF6 est inférieure à celle de l'air, tandis que l'énergie de décomposition requise est supérieure. En conséquence, le gaz SF6 absorbe une grande quantité d'énergie lors de la décomposition, exerçant un effet de refroidissement puissant sur l'arc. Le gaz SF6 a une affinité pour les électrons libres. Ainsi, dans l'espace de la zone chaude, il n'y aura en réalité qu'une très faible conductivité ou aucune conductivité du tout, mais sa conductivité thermique est assez élevée. Le gaz SF6 se décompose rapidement dans une plage de températures relativement basse (2000 - 2500 K). Lorsque le gaz SF6 se décompose dans la zone de confinement de l'arc, il absorbe une quantité substantielle de chaleur de l'arc, conférant au gaz SF6 d'excellentes capacités d'extinction d'arc. Dans le gaz SF6, lorsque le courant de l'arc approche zéro, seul un noyau d'arc très fin a une température élevée, et sa zone environnante est constituée de couches non conductrices.
Par conséquent, après le passage du courant par zéro, la résistance diélectrique de l'intervalle d'arc se rétablit rapidement et dépasse la vitesse de remontée de la tension de récupération. Dans le gaz SF6, un noyau d'arc extrêmement fin persiste même à des niveaux de courant très bas. Cette caractéristique est hautement souhaitable dans l'interruption des disjoncteurs, car elle répond à l'exigence d'une transition rapide d'un bon conducteur à un isolant lorsque le courant passe par zéro. Précisément grâce à ces caractéristiques, même lors de l'interruption de petits courants, le noyau d'arc reste continu jusqu'à ce que le courant atteigne zéro et peut encore se contracter continuellement. Cela empêche l'interruption forcée du courant, c'est-à-dire le hachage du courant, et réduit ainsi l'occurrence de surtensions de commutation.
Électronegativité forte
L'électronegativité fait référence à la tendance des molécules ou des atomes dissociés à former des ions négatifs. Le SF6 a une forte capacité d'absorption d'électrons, appelée electronegativité. Le SF6 et les molécules et atomes halogénés produits par sa décomposition absorbent fortement les électrons dans l'arc, formant des ions négatifs. Comme la masse des ions négatifs est beaucoup plus grande que celle des électrons, la vitesse de mouvement des ions négatifs sous l'influence d'un champ électrique est beaucoup plus lente que celle des électrons. Dans le mouvement de champ électrique, les ions négatifs se recombinent facilement avec les ions positifs pour former des molécules neutres. Par conséquent, le processus de disparition de la conductivité spatiale est extrêmement rapide. Ce phénomène a le même effet qu'une capacité de refroidissement très forte dans l'espace d'ionisation, entraînant un changement très rapide de la conductivité spatiale près du passage par zéro du courant d'arc. Cette caractéristique, combinée à la caractéristique de l'arc formant un noyau extrêmement fin, raccourcit considérablement la constante de temps de l'arc. Ainsi, l'électronegativité forte confère au SF6 d'excellentes propriétés d'isolation.
Les exigences de base pour un milieu d'extinction d'arc ne sont pas seulement une résistance diélectrique élevée, mais surtout une vitesse de récupération élevée de la résistance diélectrique. Il doit également posséder une autre caractéristique cruciale : une constante de temps thermique très petite lorsque le courant d'arc passe par zéro. Le gaz SF6, en tant que milieu d'extinction d'arc, possède ces caractéristiques. Il ne repose pas seulement sur l'effet de refroidissement isentropique formé par le gradient de pression des flux de gaz, mais principalement sur les propriétés thermochimiques spécifiques et l'électronegativité forte du gaz SF6, qui confèrent au gaz SF6 des capacités d'extinction d'arc particulièrement puissantes. Précisément parce que le gaz SF6 possède d'excellentes propriétés d'extinction d'arc et d'isolation, et que ses propriétés chimiques sont stables et non toxiques, l'utilisation du gaz SF6 dans des domaines tels que la transmission et la transformation de l'énergie, les transformateurs, les fusibles et les contacteurs s'est continuellement élargie.
Les équipements à isolation gazeuse sous enveloppe métallique (GIS) ont été davantage développés sur la base des disjoncteurs SF6. Le GIS enclose les disjoncteurs, les interrupteurs sectionneurs, les interrupteurs de terre, les transformateurs de courant et de tension, les parafoudres et les busbars de connexion dans une enveloppe métallique et la remplit de gaz SF6, qui possède d'excellentes propriétés d'extinction d'arc et d'isolation, servant d'isolation entre les phases et vers la terre. En raison de sa nature fermée et modulaire, il occupe une surface réduite et prend moins de place, n'est pas affecté par l'environnement extérieur, ne génère ni bruit ni interférences radio, fonctionne de manière sûre et fiable, et nécessite un entretien minimal, ce qui lui a permis de connaître un développement significatif.
Structure du GIS triphasé fermé
Dans un GIS triphasé fermé, les trois phases des composants du circuit principal sont installées dans une enveloppe extérieure commune mise à la terre, supportées et isolées par des isolateurs moulés en résine époxy. Ce type de GIS présente une structure compacte, avec un nombre réduit d'enveloppes extérieures, ce qui permet de réaliser des économies significatives de matériaux. De plus, en raison de la diminution du nombre de points d'étanchéité et de la longueur d'étanchéité, le taux de fuite de gaz est faible. Il peut également réduire le courant de circulation pendant l'exploitation et simplifier les travaux de maintenance. Le GIS triphasé fermé a une taille globale relativement petite, moins de composants, moins d'usure des enveloppes extérieures et un cycle d'installation court. Cependant, son inconvénient est un champ électrique interne inégal, avec une influence mutuelle phase à phase, rendant susceptible de flashover interphase.
Le type triphasé fermé est également connu sous le nom de type triphasé à cuve commune. Les trois barres triphasées sont fixées à l'intérieur du cylindre par des isolateurs, disposées en forme de triangle. Chaque unité fonctionnelle du GIS est composée de plusieurs compartiments. La division des compartiments doit répondre aux exigences de fonctionnement normal, mais aussi être capable de limiter l'arc en cas de panne interne. Différents compartiments permettent différentes pressions de gaz. Par exemple, le compartiment de l'interrupteur sectionneur, en tenant compte de l'effet d'extinction d'arc, nécessite une pression de gaz d'environ 0,6 MPa, tandis que les autres compartiments ont des pressions relativement plus faibles.
Technologies clés pour l'intelligence des équipements de haute tension
Le contenu technologique des équipements de haute tension intelligents est extrêmement vaste. Ses principales technologies comprennent :
Intelligence de la commande de commutation : surveillance et diagnostic de l'état de fonctionnement des dispositifs d'ouverture et de fermeture ;
Intelligence de la commande secondaire : utilisation d'une architecture distribuée, de technologies de réseau et de surveillance globale pour acquérir des signaux - technologies de capteurs, telles que les bobines toriques à noyau d'air Rogowski pour les capteurs de courant et de tension composites, les capteurs de course et les capteurs de densité de gaz ;
Surveillance des performances d'isolation : détection de la décharge partielle, détection de la conduction anormale et détection de particules microscopiques ;
Système de diagnostic de défaut et de prise de décision : analyse des signaux pour effectuer des jugements et des décisions ;
Compatibilité électromagnétique (EMC) : principalement la suppression des interférences des voies de couplage anti-interférence, c'est-à-dire l'élimination ou l'affaiblissement de divers facteurs formant une impédance commune couplée. Les méthodes incluent le blindage, l'isolement et le filtrage ;
Recherche et développement de microordinateurs spécialisés : développement de circuits intégrés et de logiciels dédiés pour améliorer l'adaptabilité, la performance en temps réel et le système d'exploitation des microordinateurs, et renforcer le niveau de fonctionnement et la fiabilité des équipements de haute tension.
