Trendovi razvoja GIS

Modularizacija visokonaponskog prekidača

Zahvaljujući mjerama miniaturizacije svakog dijela i komponente, kao i ukupnoj miniaturiziranoj rasporedu, veličina visokonaponskog prekidača neprestano se smanjuje. Postoji širok spektar kombinacija prekidača, s fleksibilnim metodama kombiniranja i vrlo kompaktnim strukturama. Plinsko izolirani metalni oklopni prekidač (GIS) obuhvaća većinu visokonaponskih električnih uređaja i zaštitnih detektorskih uređaja, integrirajući funkcije originalno odvojenih električnih uređaja u jednu cjelinu. Stoga se može reći da nivo dizajna i proizvodnje GIS-a predstavlja nivo plinsko izoliranih metaličkih oklopnih prekidača.

Plinsko izolirani metalni oklopni prekidač (GIS) je novi tip električnog uređaja koji je pojavio sredinom 1960-ih. Budući da je zatvoren i modularan, ima mali otisak površine, zauzima manje prostora, ne ovisi o vanjskom okruženju, ne stvara buku ni radio interferenciju, a operira sigurno i pouzdano sa minimalnim održavanjem, doživio je značajan razvoj. Od svojeg uvođenja, neprestano se evoluira ka višem naponu, većoj kapacititetu i miniaturizaciji. Kroz godine iskustva u radu u Indoneziji i kontinuiranih poboljšanja dizajna, GIS nije samo napredovao u pogledu višeg napona i većeg kapaciteta, već je i neprestano inovirao.

Osnovne karakteristike i princip ugasevanja lukove šestfluorid sulfura (SF6) plina

U posljednjih godina, SF6 plin je doživio brz razvoj kao medij za ugasevanje lukova u prekidačima. SF6 plin je poznat kao izolacijski plin s izolacijskom čvrstoćom nekoliko puta većom od zraka. Posjeduje izuzetno jake sposobnosti za ugasevanje lukova, a prijelaz od vodljiveg luka na dielektrik nastupa na vrlo visokoj brzini. Stoga, u visokonaponskim prekidačima, SF6 plin može služiti kako kao medij za ugasevanje lukova, tako i kao izolacijski medij. Najznačajnije karakteristike SF6 plina su sljedeće:

Izvrste osnovne osobine

Čisti SF6 plin je bezbojan, bezmirisan, netoksican i nespaljivi halogeni spoj. Pod normalnim temperaturnim uvjetima, tj. 20°C i 0,1 MPa, njegova gustoća je pet puta veća od gustoće zraka. Koeficijent toplinskog prenosa SF6 plina, uključujući konvektivne učinke, iznosi 1,6 puta veći od zraka.

Specifične termohemijske osobine
Eksperimenti pokazuju da je temperatura dekompozicije SF6 plina niža od temperature zraka, dok je potrebna energija za dekompoziciju veća. Tako SF6 plin apsorbira veliku količinu energije tijekom dekompozicije, što rezultira snažnim hlađećim učinkom na luk. SF6 plin ima afinitet prema slobodnim elektronima. Stoga, u vrućem području, zapravo će postojati samo vrlo mala provodljivost ili uopće nema provodljivosti, ali njegova toplinska provodljivost je prilično visoka. SF6 plin brzo se dekomponira unutar relativno niske temperature (2000 - 2500K). Kada se SF6 plin dekomponira u području oklopne zone luka, apsorbira značajnu količinu topline od luka, što SF6 plinu daje izvrsne sposobnosti za ugasevanje luka. U SF6 plinu, kada se struja približi nuli, samo vrlo tanki srž luka ima visoku temperaturu, a njegovo okruženje sastoji se od neprovodljivih slojeva.

Stoga, nakon prolaska struje kroz nulu, dielektrička čvrstoća lukove razine brzo se oporavlja i premašuje brzinu oporavka napona. U SF6 plinu, vrlo tanki srž luka ostaje čak i na vrlo niskim razinama struje. Ovo je vrlo željena osobina kod prekidanja prekidača, jer ispunjava zahtjev za brzim prijelazom od dobrog provodnika na dielektrik kada struja prođe kroz nulu. Uporno zbog ovih osobina, čak i kada se prekinu male struje, srž luka ostaje neprekidnim dok struja ne doseže nulu i može se i dalje neprekidno skupljati. To sprečava prisilno prekidanje struje, tj. prekid struje, te smanjuje pojavu prekidnih prenapona.

Snažna elektronegativnost

Elektronegativnost se odnosi na tendenciju molekula ili raspadnutih atoma da formiraju negativne ionove. SF6 ima snažnu sposobnost apsorbiranja elektrona, koja se naziva elektronegativnost. SF6 i halogeni molekuli i atomi proizvedeni njegovom dekompozicijom snažno apsorbiraju elektrone u luku, formirajući negativne ionove. Budući da je masa negativnih ionova puno veća od mase elektrona, brzina gibanja negativnih ionova pod utjecajem električnog polja puno je sporija od brzine gibanja elektrona. U gibanju pod utjecajem električnog polja, negativni ionovi lako se ponovno kombiniraju s pozitivnim ionima formirajući neutralne molekule. Stoga je proces nestanka provodljivosti prostora izuzetno brz. Ovaj fenomen ima isti učinak kao i vrlo snažna hlađeća sposobnost u prostoru jonizacije, rezultirajući vrlo brzim promjenama provodljivosti prostora blizu nul-točke struje luka. Ova osobina, kombinirana s osobinom luka formiranja vrlo tanke srži, značajno skraćuje vremensku konstantu luka. Stoga snažna elektronegativnost dodjeljuje SF6 izvrsne izolacijske osobine.

Osnovni zahtjevi za medij za ugasevanje luka nisu samo visoka dielektrična čvrstoća, već još važnije, visoka brzina oporavka dielektrične čvrstoće. Također bi trebao imati još jednu ključnu osobinu: vrlo malu toplinsku vremensku konstantu kada struja luka prođe kroz nulu. SF6 plin, kao medij za ugasevanje luka, ima ove osobine. Ovisi ne samo o izentropskom hlađećem učinku formiranom gradijentom tlaka plinskih strujanja, već uglavnom o specifičnim termohemijskim osobinama i snažnoj elektronegativnosti SF6 plina, koje dodjeljuju SF6 plinu posebno snažne sposobnosti za ugasevanje luka. Uporno zbog izvrsnih sposobnosti za ugasevanje luka i izolaciju SF6 plina, te njegovih stabilnih i netoksinih hemijskih osobina, primjena SF6 plina u područjima poput prijenosa i transformacije električne energije, transformatora, prekidača i kontaktora neprestano se širi.

Plinsko izolirani metalni oklopni prekidač (GIS) razvijen je nadalje temeljem SF6 prekidača. GIS zatvara prekidače, disjunktore, masne prekidače, transformatore struje i napona, varistori, spojnice busbarova unutar metaličke omotača i ispuni je SF6 plinom, koji ima izvrsne osobine za ugasevanje luka i izolaciju, kao izolaciju među fazama i prema zemlji. Zbog svoje zatvorene i modularne prirode, zauzima mali otisak površine i manje prostora, ne ovisi o vanjskom okruženju, ne stvara buku ni radio interferenciju, operira sigurno i pouzdano, te zahtijeva minimalno održavanje, stoga je doživio značajan razvoj.

Struktura trofaznog zatvorenog GIS-a

U trofaznom zatvorenom GIS-u, tri faze glavnih komponenti su instalirane u zajedničkoj zemljišnoj spoljnoj omotači, podržane i izolirane epoksidno-resinskim litanim izolatorima. Ovaj tip GIS-a ima kompaktnu strukturu, smanjen broj spoljnih omotača, što značajno štedi materijale. Također, zbog smanjenog broja tačaka zatvaranja i skraćene dužine zatvaranja, stopa curenja plina je niska. Također može smanjiti cirkulacionu struju tijekom rada i pojednostaviti održavanje. Trofazni zatvoreni GIS ima relativno malu ukupnu veličinu, manje komponente, manje iznošenje spoljnih omotača i kratki ciklus instalacije. Međutim, njegov nedostatak je neravnomjerni unutarnji električni polje, uz međusobni utjecaj faza, što ga čini sklonim inter-faznim isparkama.

Trofazni zatvoreni tip također se naziva trofazni-zajednički-tank tip. Trofazne busbare su fiksirane unutar cilindra kroz izolatore, raspoređene u trokutastom obliku. Svaki funkcionalni modul GIS-a sastoji se od nekoliko odseka. Podela odseka treba zadovoljavati zahtjeve normalne operacije, ali također mora ograničiti luk u slučaju unutarnjeg greške. Različiti odseci dopuštaju različite plinske tlake. Na primjer, odsek disjunktora, uzimajući u obzir učinak gasenja luka, zahtijeva plinski tlak oko 0,6 MPa, dok ostali odseci imaju relativno niže tlake.

Ključne tehnologije inteligentnosti visokonaponskog prekidača

Tehnološko sadržanje inteligentnog visokonaponskog prekidača je izuzetno široko. Njegove glavne tehnologije uključuju:

• Inteligentnost upravljanja prekidanjem: Nadzor i dijagnostika stanja rada uređaja za otvaranje i zatvaranje;

• Inteligentnost sekundarnog upravljanja: Korištenje distribuirane arhitekture, mrežne povezanosti i kompleksne tehnologije nadzora za postizanje akvizicije signala - senzorska tehnologija, poput Rogowskijevih toroidnih bobina bez žice za kombinirane senzore struje i napona, senzori hoda i senzori gustoće plina;

• Nadzor izolacijske performanse: Detekcija djelomičnog ispuštanja, detekcija anormalne provodljivosti i detekcija mikročestica;

• Sistem dijagnostike grešaka i donošenja odluka: Analiza signala putem analize signala za donošenje sudova i odluka;

• Elektromagnetska kompatibilnost (EMC): Glavno suzbijanje interferencije putem anti-interferencijskih puteva spoja, tj. eliminacija ili oslabljanje raznih faktora koji formiraju spojnu zajedničku impedanciju. Metode uključuju ekraniranje, izolaciju i filtriranje;

• Posebna razvojna mikra računala: Razvoj posebnih integrisanih krugova i softvera za poboljšanje primjenjivosti, realnog vremena i operativnog sustava mikra računala, te poboljšanje rada i pouzdanosti visokonaponskog prekidača.