Tendencias de desenvolvemento do SIG

Modularización de equipos de conmutación de alta tensión

Debido ás medidas de miniaturización adoptadas para cada componente e parte, así como ao deseño compacto global, o tamaño dos equipos de conmutación de alta tensión está diminuíndo continuamente. Hai unha gran variedade de combinacións de equipos de conmutación, con métodos de combinación flexibles e estruturas moi compactas. Os equipos de conmutación metálicos aislados a gas (GIS) abarcan a maioría dos electrodomésticos eléctricos de alta tensión e os dispositivos de detección protexidos, integrando as funcións de electrodomésticos eléctricos orixinalmente separados nunha única entidade. Polo tanto, pódese dicir que o nivel de deseño e produción de GIS representa o nivel de equipos de conmutación metálicos aislados a gas.

Os equipos de conmutación metálicos aislados a gas (GIS) son un novo tipo de dispositivo eléctrico que surxiron na metade dos anos 60. Como están tanto encerrados como modularizados, teñen unha peza de terreo pequena, ocupan menos espazo, non se ven afectados polo ambiente externo, non xeran ruido nin interferencia radioeléctrica, e caracterízanse por un funcionamento seguro e fiable co mínimo de traballo de manutención, polo que experimentaron un desenvolvemento significativo. Desde a súa introdución, evolucionou continuamente cara a maiores voltaxes, capacidades máis grandes e miniaturización. A través de anos de experiencia operativa en Indonesia e melloras continuas no deseño, GIS non só avanzou en termos de maiores voltaxes e capacidades máis grandes, senón tamén innovou de forma continua.

Características Básicas e Principio de Apagado do Arco do Gás Hexafluoruro de Azufre (SF6)

Nos últimos anos, o gás SF6 experimentou un rápido desenvolvemento como medio de apagado de arcos para interruptores. O gás SF6 era orixinalmente ben coñecido como un gás aislante cunha forza de aislamento varias veces superior á do aire. Ten capacidades extremadamente fortes de apagado de arcos, e a transición dun arco conductor a un aislante ocorre a unha velocidade moi alta. Polo tanto, nos interruptores de alta tensión, o gás SF6 pode servir tanto como medio de apagado de arcos como medio aislante. As características máis notables do gás SF6 son as seguintes:

Excelentes Propiedades Básicas

O gás SF6 puro é incoloro, inodoro, non tóxico e non inflamable. A temperatura normal, isto é, a 20°C e 0,1 MPa, a súa densidade é cinco veces a do aire. O coeficiente de transferencia de calor do gás SF6, incluíndo os efectos convectivos, é 1,6 veces o do aire.

Propiedades Termoquímicas Específicas
Os experimentos mostran que a temperatura de descomposición do gás SF6 é inferior á do aire, mentres que a enerxía de descomposición necesaria é maior. Como resultado, o gás SF6 absorbe unha gran cantidade de enerxía durante a descomposición, exerceindo un forte efecto de refrigeración sobre o arco. O gás SF6 ten afinidade polos electróns libres. Polo tanto, no espazo da zona cálida, só haxa unha conductividade moi pequena ou ningunha conductividade en absoluto, pero a súa conductividade térmica é bastante alta. O gás SF6 descompóuse rapidamente nun rango de temperaturas relativamente baixas (2000 - 2500K). Cando o gás SF6 se descompón na área de envoltura do arco, absorbe unha cantidade substancial de calor do arco, dotando ao gás SF6 de excelentes capacidades de apagado de arcos. No gás SF6, cando a corrente do arco se aproxima a cero, só un núcleo de arco moi fino ten unha alta temperatura, e a súa área circundante consiste en capas non conductoras.

Consecuentemente, despois de que a corrente pasa a través de cero, a resistencia dieléctrica da brecha do arco recupérase rapidamente e supera a velocidade de subida da tensión de recuperación. No gás SF6, un núcleo de arco extremadamente fino persiste incluso a niveis de corrente moi baixos. Esta é unha característica altamente deseada na interrupción de interruptores, xa que cumple co requisito dunha transición rápida dun bom condutor a un aislante cando a corrente pasa a través de cero. Precisamente debido a estas características, mesmo ao interromper correntes pequenas, o núcleo do arco permanece continuo ata que a corrente chega a cero e aínda pode contraerse de forma continua. Isto prevén a interrupción forzada da corrente, é dicir, o corte de corrente, e así reduce a ocorrência de sobretensiones de conmutación.

Forte Electronegatividade

A electronegatividade refírese á tendencia das moléculas ou átomos dissociados para formar íons negativos. O SF6 ten unha forte capacidade de adsorber electróns, coñecida como electronegatividade. O SF6 e as moléculas e átomos haloxenos producidos pola súa descomposición adsorben fortemente electróns no arco, formando íons negativos. Xa que a masa dos íons negativos é moito maior que a dos electróns, a velocidade de movemento dos íons negativos baixo a influencia dun campo eléctrico é moito máis lenta que a dos electróns. No movemento eléctrico, os íons negativos recombínanse facilmente cos íons positivos para formar moléculas neutras. Polo tanto, o proceso de desaparición da conductividade espacial é extremadamente rápido. Este fenómeno ten o mesmo efecto que unha capacidade de refrigeración moi forte no espazo de ionización, resultando nun cambio moi rápido na conductividade espacial preto do cruce a cero da corrente do arco. Esta característica, combinada coa característica de formación dun núcleo de arco extremadamente fino, acorta significativamente a constante de tempo do arco. Así, a forte electronegatividade dota ao SF6 de excelentes propiedades aislantes.

Os requisitos básicos para un medio de apagado de arcos non son só unha forza dieléctrica alta, senón, máis importante aínda, unha velocidade de recuperación da forza dieléctrica alta. Tamén debe posuír outra característica crucial: unha constante de tempo térmica moi pequena cando a corrente do arco pasa a través de cero. O gás SF6, como medio de apagado de arcos, posúe estas características. Non se basea só no efecto de refrigeración isentrópico formado polo gradiente de presión dos fluxos de gas, senón principalmente nas propiedades termoquímicas específicas e na forte electronegatividade do gás SF6, que dotan ao gás SF6 de capacidades de apagado de arcos particularmente fortes. Precisamente porque o gás SF6 ten excelentes propiedades de apagado de arcos e aislamiento, e as súas propiedades químicas son estables e non tóxicas, a aplicación do gás SF6 en campos como a transmisión e transformación de enerxía, transformadores, fusibles e contactores está expandíndose continuamente.

Os equipos de conmutación metálicos aislados a gas (GIS) foron desenvolvidos adicionalmente a partir de interruptores de circuito SF6. O GIS encerra interruptores de circuito, interruptores de conexión, interruptores de terra, transformadores de corrente e tensión, pararrayos e barras de conexión dentro dunha carcasa metálica e a enche de gás SF6, que ten excelentes propiedades de apagado de arcos e aislamiento, servindo como aislante entre fases e a terra. Debido á súa natureza encerrada e modular, ocupa unha peza de terreo pequena e menos espazo, non se ve afectado polo ambiente externo, non xera ruido nin interferencia radioeléctrica, funciona de forma segura e fiable, e require un mínimo de traballo de manutención, polo que logrou un desenvolvemento significativo.

Estrutura de GIS Encerrado Trifásico

Nun GIS encerrado trifásico, as tres fases dos compoñentes do circuito principal instálanse nunha mesma carcasa exterior comum, soportadas e aisladas por aisladores fundidos de resina epoxi. Este tipo de GIS caracterízase por unha estrutura compacta, con un número reducido de carcasas exteriores, que pode ahorrar significativamente materiais. Ademais, debido á diminución do número de puntos de estanqueidade e a lonxitude de estanqueidade, a taxa de fuga de gas é baixa. Ademais, tamén pode reducir a corrente de circulación durante o funcionamento e simplificar o traballo de manutención. O GIS encerrado trifásico ten un tamaño global relativamente pequeno, menos compoñentes, menos desgaste nas carcasas exteriores e un ciclo de instalación curto. No entanto, o seu inconveniente é o campo eléctrico interno desigual, coa influencia mutua fase a fase, facendo que sexa propenso a fallos interfasia.

O tipo encerrado trifásico tamén é coñecido como o tipo trifásico en tanque común. As barras trifásicas fixánse dentro do cilindro a través de aisladores, dispostas nun patrón triangular. Cada unidade funcional do GIS consiste en varios compartimentos. A división dos compartimentos non só debe cumprir os requisitos de funcionamento normal, senón tamén ser capaz de limitar o arco en caso de fallo interno. Diferentes compartimentos permiten diferentes presións de gas. Por exemplo, o compartimento do interruptor de conexión, considerando o efecto de extinción de arco, require unha presión de gas de aproximadamente 0,6 MPa, mentres que outros compartimentos teñen presións relativamente menores.

Tecnoloxías Clave para a Intelixencia dos Equipos de Conmutación de Alta Tensión

O contido tecnolóxico dos equipos de conmutación de alta tensión inteligentes é extremadamente amplio. As súas principais tecnoloxías inclúen:

• Operación de Conmutación Intelixente: Monitorización e diagnóstico do estado de funcionamento dos dispositivos de apertura e pechado;

• Control Secundario Intelixente: Utilizando unha arquitectura distribuída, tecnoloxía conectada en rede e tecnoloxía de monitorización comprehensiva para lograr a adquisición de sinais - tecnoloxía de sensores, como espiras toroidais de aire Rogowski para sensores compósitos de corrente e tensión, sensores de curso e sensores de densidade de gas;

• Monitorización do Rendemento de Aislamento: Detección de descargas parciais, detección de conducción anómala e detección de partículas microscópicas;

• Sistema de Diagnóstico de Fallos e Tomada de Decisión: Analizando sinais a través do análise de sinais para facer xuízos e decisións;

• Compatibilidade Electromagnética (EMC): Principalmente suprimindo a interferencia a través de camiños de acoplamento anti-interferencia, é dicir, eliminando ou debilitando varios factores que forman un impedancia común acoplada. Os métodos inclúen blindaxe, aislamento e filtrado;

• Desenvolvemento de Microordenadores Especializados: Desenvolvendo circuitos integrados e software dedicados para mellorar a aplicabilidade, rendemento en tempo real e sistema operativo de microordenadores, e mellorando o nivel de funcionamento e a fiabilidade dos equipos de conmutación de alta tensión.