תנודות התפתחות של GIS

מודולריזציה של ציוד מתג מתח גבוה

בשל הצעדים המיניאטוריים שננקטו עבור כל רכיב וחלק, וכן התכנון המיניאטורי הכללי, גודל ציוד המתגים המתח גבוה המשיך להצטמצם. יש מגוון רחב של שילובים של ציוד מתגים, עם שיטות שילוב גמישות ומבנים מאוד קומפקטיים. ציוד מתגים מבודד בגז בקופסה מתכתית (GIS) כולל את רוב המכשירים החשמליים ומתקני הגנה זיהוי, שמשתלבים לתוך ישות אחת. לכן, ניתן לומר שהעיצוב והייצור של GIS מייצגים את רמת הציוד המבודד בגז בקופסה מתכתית.

ציוד המתגים מבודד בגז בקופסה מתכתית (GIS) הוא מכשיר חשמלי חדש שנוצר באמצע שנות ה-60. מאחר שהוא גם סגור וגם מודולרי, הוא דורש שטח קטן, תופס פחות מקום, אינו נפגע מהסביבה החיצונית, לא מפיק רעש או הפרעות רדיו, ופועל באופן בטוח ואמין עם שמירה מינימלית, ולכן הוא עבר פיתוח משמעותי. מאז הצגתו, הוא המשיך להתפתח לעבר מתח גבוה יותר, קיבולת גדולה יותר ומיניאטוריזציה. דרך שנים של ניסיון פעולה באינדונזיה ושיפורים מתמידים בתכנון, GIS התקדם לא רק במתח גבוה יותר וקיבולת גדולה יותר, אלא גם המשיך לחדש.

מאפיינים בסיסיים ועקרון כיבוי הקשת של גז פלואוריד סולפורי (SF6)

בשנים האחרונות, גז SF6 עבר פיתוח מהיר כאמצעי כיבוי קשת עבור מתגים. גז SF6 היה ידוע במקור כגז מבודד עם עוצמה מבודדת כמה פעמים גבוהה מאוויר. הוא يتمتعا בעוצמה חזקה מאוד לכיבוי קשת, והמעבר מקשת מולכת למבודד קורה במהירות רבה. לכן, במתגי מתח גבוה, גז SF6 יכול לשמש הן כאמצעי כיבוי קשת והן כאמצעי מבודד. המאפיינים הנוספים של גז SF6 הם כדלקמן:

מאפיינים בסיסיים מצוינים

גז SF6 טהור הוא גז חסר צבע, חסר ריח, לא רעיל ולא דליק. בתנאי טמפרטורה נורמליים, כלומר ב-20°C ו-0.1MPa, צפיפותו היא חמישה פעמים זו של אוויר. מקדם ההעברה החום של גז SF6, כולל השפעות קונבקטיביות, הוא 1.6 פעמים זה של אוויר.

מאפיינים תרמו-כימיים ספציפיים
ניסויים מראים שהטמפרטורה של הפירוק של גז SF6 נמוכה יותר מאשר זו של אוויר, בעוד האנרגיה הנדרשת לפירוק גבוהה יותר. כתוצאה מכך, גז SF6 סופג כמות גדולה של אנרגיה במהלך הפירוק, ומקבל השפעה קירור חזקה על הקשת. גז SF6 בעל אפיניות לחופשי אלקטרונים. לכן, במרחב החם, יהיה למעשה רק מוליכות מאוד קטנה או אין מוליכות בכלל, אך מוליכות החום שלו גבוהה מאוד. גז SF6 מתפרק במהירות בטווח טמפרטורות נמוך יחסית (2000 - 2500K). כאשר גז SF6 מתפרק באזור הכיסוי הקשת, הוא סופג כמות רבה של חום מהקשת, ונותן לגז SF6 יכולות כיבוי קשת מצוינות. בגז SF6, כאשר זרם הקשת מתקרב לאפס, רק ליבה דקה מאוד של הקשת היא בעלת טמפרטורה גבוהה, והאזור סביבה מורכב מслоמי לא מוליכים.

לכן, לאחר שהזרם עובר דרך אפס, חוזרת עוצמת המבודד של הפער הקשת במהירות ומעל למהירות ההחלפה של המתח המוחזר. בגז SF6, ליבה דקה מאוד של הקשת נשארת אפילו ברמות זרם נמוכות מאוד. זהו מאפיין מאוד מבוקש בהפסקת מתגים, שכן הוא עונה על הדרישה למעבר מהיר ממוליך טוב למבודד כשהזרם עובר דרך אפס. בדיוק בגלל מאפיינים אלה, אפילו בעת הפסקת זרמים קטנים, הליבה של הקשת נשארת רציפה עד שהזרם מגיע לאפס ויכולה עדיין להתכווץ באופן רציף. זה מונע הפסקת זרם כפויה, כלומר כיווץ זרם, ובכך מפחית את התפוצצות המתח בהפסקת מתגים.

אלקטרונגטיביות חזקה

אלקטרונגטיביות מתייחסת לנטייה של מולקולות או אטומים מפורקים ליצור איונים שליליים. ל-SF6 יש יכולת חזקה לספוג אלקטרונים, המוכרת כאלקטרונגטיביות. SF6 והמולקולות והאטומים של הפלואור המתקבלים מהפירוק שלו מספיגים חזק אלקטרונים בקשת, ויוצרים איונים שליליים. מאחר שהמסה של איונים שליליים הרבה יותר גבוהה מאשר זו של אלקטרונים, מהירות התנועה של איונים שליליים תחת השפעת שדה חשמלי היא הרבה יותר איטית מאשר זו של אלקטרונים. בתנועה בשדה חשמלי, איונים שליליים מתאחדים בקלות עם איונים חיוביים כדי ליצור מולקולות נייטרליות. לכן, תהליך ההיעלמות של המוליכות המרחבי הוא מאוד מהיר. תופעה זו היא כמו יכולת קירור חזקה מאוד בחלל היוניזציה, המביאה לשינוי מהיר מאוד במוליכות המרחבי ליד מעבר האפס של זרם הקשת. מאפיין זה, יחד עם מאפיין הקשת המרכזית הדקה מאוד, מפחית משמעותית את קבוע הזמן של הקשת. כך, האלקטרונגטיביות החזקה מעניקה ל-SF6 מאפייני מבודד מצוינים.

הדרישות הבסיסיות לאמצעי כיבוי קשת הן לא רק עוצמת מבודד גבוהה, אלא בעיקר מהירות החלמה גבוהה של עוצמת המבודד. הוא צריך להיות גם מאפיין חשוב נוסף: קבוע זמן תרמי מאוד קטן כשהזרם של הקשת עובר דרך אפס. גז SF6, כאחד מאמצעי כיבוי הקשת, הוא בעל מאפיינים אלה. הוא מתבסס לא רק על השפעת הקירור האדיאבטית הנוצרת על ידי גרדיאנט הלחץ של זרמי הגז, אלא בעיקר על המאפיינים התרמו-כימיים הספציפיים ועל האלקטרונגטיביות החזקה של גז SF6, המאפשרים לגז SF6 יכולות כיבוי קשת חזקות במיוחד. בדיוק בגלל שיש ל-SF6 מאפייני כיבוי קשת ומבודד מצוינים, והמאפיינים הכימיים שלו יציבים ולא רעילים, השימוש בגז SF6 בתחומים כמו העברת ואספקת חשמל, טרנספורמרים, פוזילים וקונטאקטורים המשיך להתפשט.

ציוד המתגים מבודד בגז בקופסה מתכתית (GIS) עבר פיתוח נוסף על בסיס מתגי SF6. GIS סוגרים את המתגים, המתגים המפרדים, מתגי השטף, המרתיקים והטרנספורמרים של הזרם והמתח, מעצירי הלהבות והחוטים המחברים בתוך קופסה מתכתית ומלאים אותה בגז SF6, המכיל יכולות מבודדות וכיבוי קשת מצוינות, המשמש כתווך בין הפאזה לקרקע. בשל הטיב הסגור והמודולרי שלו, הוא דורש שטח קטן ומקום קטן, אינו נפגע מהסביבה החיצונית, לא מפיק רעש או הפרעות רדיו, פועל באופן בטוח ואמין, ודורש שמירה מינימלית, ולכן עבר פיתוח משמעותי.

מבנה של GIS סגור של שלוש פאזות

ב-GIS סגור של שלוש פאזות, שלוש הפאזות של רכיבי המעגל הראשי מותקנים במעטפת חיצונית משותפת מוקשת, נתמכים ומבודדים באמצעות מבודדי אפוקסי מוצקים. סוג זה של GIS הוא בעל מבנה קומפקטי, עם מספר קטן של מעטפות חיצוניות, שיכול לחסוך באופן משמעותי בחומרים. בנוסף, עקב הפחתת מספר נקודות החסימה והאורך של החסימות, קצב הניקוז של הגז נמוך. בנוסף, הוא יכול גם להפחית את הזרם הסיבובי במהלך הפעילות ולפשט את עבודות השמירה. GIS סגור של שלוש פאזות הוא קטן מאוד בגודלו הכללי, עם מספר קטן של רכיבים, פחות שחיקה של המעטפות החיצוניות ומחזור התקנה קצר. עם זאת, недостатком является неравномерное внутреннее электрическое поле с взаимным фазовым влиянием, что делает его склонным к межфазному пробою.

סוג הסגור של שלוש הפאזות מכונה גם סוג הטנק המשותף של שלוש הפאזות. שלושת מוטות הפאזות מוצמדים לתוך הצינור באמצעות מבודדים, מונחים במבנה משולש. כל יחידה פונקציונלית של GIS מורכבת ממספר מחלקות. חלוקת המחלקות צריכה לקיים את דרישות הפעולה הנורמליות, אך גם להיות מסוגלת לצמצם את הקשת במקרה של תקלה פנימית. מחלקות שונות מאפשרות לחץ גז שונה. למשל, המחלקה של המתג המפריד, בהתחשב ביעילות כיבוי הקשת, דורשת לחץ גז של כ-0.6 MPa, בעוד שחלקות אחרות בעלות לחץ נמוך יחסית.

טכנולוגיות מפתח לחכמת ציוד המתגים מתח גבוה

התוכן הטכנולוגי של ציוד המתגים מתח גבוה חכם הוא מאוד רחב. הטכנולוגיות העיקריות שלו כוללות:

• חכמת פעולת המתגים: מעקב ודיאגנוזה של מצב הפעולה של מכשירי פתיחה וסגירה;

• חכמת הבקרה השנייה: שימוש בארכיטקטורת מבוזרת, טכנולוגיית רשת וטכנולוגיית מעקב מקיפה כדי להשיג איסוף אותות - טכנולוגיות חיישן, כגון תילי Rogowski ללא ליבה לשניחי זרם ומתח, חיישני שבירה וחיישני צפיפות גז;

• מעקב אחר ביצועי המבודד: זיהוי פרicone פליטה חלקית, זיהוי מוליכות חריגה וזיהוי חלקיקים מיקרוסקופיים;

• מערכת זיהוי תקלות והחלטה: ניתוח אותות כדי לקבל החלטות ולקחת החלטות;

• patibility (EMC): בעיקר מדכא התפרעות מנתיבי התפרעות אנטי-קופלינג, כלומר, משמיט או מחליש את כל הגורמים המרכיבים קומפטיביליות משותפת. שיטות כוללות מגן, בידוד וסינון;

• פיתוח מחשב מיקרו מיוחד: פיתוח מעגלים משולבים ותוכנות מוקדשים לשיפור התאימות, הביצועים בזמן אמת ומערכת ההפעלה של מחשב מיקרו, ותורם להעלות את רמת ההפעלה והאמינות של ציוד המתגים מתח גבוה.