GIS fejlesztési trendjei

Magas feszültségű kapcsolók moduláris szerkezete

A kisebb méretű alkatrészek és részletek, valamint az összességében miniaturizált elrendezés miatt a magas feszültségű kapcsolók mérete folyamatosan csökken. Széles skálán léteznek a kapcsolókombinációk, rugalmas kombinációs módokkal és nagyon kompakt szerkezetekkel. A gázizolált fémmagasszerkeletű kapcsoló (GIS) több magas feszültségű elektromos berendezést és védő-érzékelő eszközt is magában foglal, integrálva eredetileg különálló elektromos berendezések funkcióit egy egységbe. Így azt mondhatjuk, hogy a GIS tervezési és gyártási szintje jellemzi a gázizolált fémmagasszerkeletű kapcsolók szintjét.

A gázizolált fémmagasszerkeletű kapcsoló (GIS) egy új típusú elektromos berendezés, amely a 60-as évek közepén jött létre. Mivel zárt és moduláris szerkezetű, kis talajterületet foglal el, kevesebb helyet vesz igénybe, nem befolyásolja a külső környezet, nem okoz zajt vagy rádióinterferenciát, biztonságos és megbízható működést biztosít, kevés karbantartást igényel, ezért jelentős fejlődésre került. Az bevezetése óta folyamatosan fejlődik magasabb feszültség, nagyobb kapacitás és miniaturizáció felé. Indonéziában történő évek hosszú működési tapasztalata és folyamatos tervezési javításai révén a GIS nem csak a magasabb feszültség és nagyobb kapacitás, hanem a folyamatos innováció terén is előrehaladott.

Szénhexafluorid (SF6) gáz alapvető jellemzői és ívkitörlési elve

Az utóbbi években a SF6 gáz gyors fejlődésen ment keresztül mint ívkitörlő közeg körzetválasztókra. A SF6 gáz eredetileg ismert volt izoláló gázként, amelynek izolációs ereje többszörös volt a levegőéhez képest. Rendkívül erős ívkitörlő képességeket mutat, és a vezető ív izolátorba történő átalakulása nagyon gyorsan történik. Ezért a magas feszültségű körzetválasztókban a SF6 gáz mind ívkitörlő, mind izoláló közegként használható. A SF6 gáz legjellemzőbb tulajdonságai a következők:

Kiváló alapvető tulajdonságok

A tiszta SF6 gáz színtelen, illatlan, nem mérgező és nem égő halogének. Normál hőmérsékleten, azaz 20°C és 0,1MPa esetén sűrűsége ötszörös a levegőéhez képest. A SF6 gáz hőátvezető együtthatója, beleértve a konvektív hatásokat, 1,6-szerese a levegőéhez képest.

Specifikus termo-kémiai tulajdonságok
Kísérletek szerint a SF6 gáz bomláshőmérséklete alacsonyabb, mint a levegőé, miközben a bomlásra szükséges energia nagyobb. Ennek eredményeként a SF6 gáz nagy mennyiségű energiát absorbal a bomlás során, erős hűtőhatást gyakorol az ívre. A SF6 gáz hajlamos a szabad elektronok felé. Így a forró térföldekben csak nagyon kis vezetékenység vagy semmi vezetékenység van, de a hőátvezetési képessége rendkívül magas. A SF6 gáz gyorsan bomlik viszonylag alacsony hőmérsékleten (2000-2500K). Amikor a SF6 gáz bomlik az ív-körülötte lévő térben, nagy mennyiségű hőt vesz fel az ívből, ami a SF6 gáz kiváló ívkitörlő képességeinek adja az oka. A SF6 gázban, amikor az íváram közelít a nullához, csak egy nagyon vékony ívmag marad magas hőmérsékletű, míg a körülötte lévő terület nem vezető rétegekből áll.

Ezért, amikor az áram átmegy a nullán, az ívkapcsolat dielektrikus ereje gyorsan helyreáll, és meghaladja a helyreálló feszültség növekedési sebességét. A SF6 gázban még nagyon alacsony áramerősségnél is egy nagyon vékony ívmag marad. Ez egy nagyon kívánt tulajdonság a körzetválasztókban, mivel megfelel a gyors áttérésnek a jó vezetőből izolátorba, amikor az áram átmegy a nullán. Pontosan ez a tulajdonság miatt, akkor is, amikor kis áramot kell megszakítani, az ívmag folytonos marad, amíg az áram nullához nem ér, és továbbra is folyamatosan összeszűkül. Ez megakadályozza a kényszerített áramszerinti megszakítást, azaz az áramlevágást, és így csökkenti a kapcsolási túlfeszültségek bekövetkezésének esélyét.

Erős elektronegativitás

Az elektronegativitás a molekulák vagy szétválasztott atomok tendenciáját jelenti negatív ionok formálására. A SF6 erős képességgel bír az elektronok adszorpciójára, amit elektronegativitásnak nevezünk. A SF6 és a bomlás során keletkező halogének molekulái és atomai erősen adszorbálnak elektronokat az ívben, negatív ionok formálásával. Mivel a negatív ionok tömege sokkal nagyobb, mint az elektronoké, a negatív ionok mozgási sebessége az elektromos mezőben sokkal lassabb, mint az elektronoké. Az elektromos mezőben a negatív ionok könnyen reagálnak pozitív ionokkal, neutral molekulákat formálva. Így a térvezetkenység eltűnési folyamata nagyon gyors. Ez a jelenség ugyanolyan hatással van, mint egy nagyon erős hűtőképesség az ionizált térben, ami nagyon gyors változást okoz a térvezetkenységben az íváram nullához tartása mellett. Ez a jellemző, kombinálva azzal, hogy az ív nagyon vékony magot alkot, jelentősen rövidíti az ív időállandóját. Így az erős elektronegativitás a SF6-nak kiváló izolációs tulajdonságokat ad.

Egy ívkitörlő közeg alapvető követelményei nem csak a magas dielektrikus erejük, de a dielektrikus erejük gyors helyreállítási sebessége is. Továbbá, más kulcsfontosságú jellemző, hogy nagyon kis hőmérsékleti időállandójuk van, amikor az íváram átmegy a nullán. A SF6 gáz, mint ívkitörlő közeg, ezen jellemzőkkel rendelkezik. Nem csak a gázfolyamatok nyomásgörbéje által kialakított entropiamegmaradó hűtőhatásra támaszkodik, hanem főleg a SF6 gáz specifikus termo-kémiai tulajdonságaira és erős elektronegativitására, amelyek a SF6 gáznak különösen erős ívkitörlő képességeket adnak. Pontosan ezért, mivel a SF6 gáz rendkívüli ívkitörlő és izoláló tulajdonságokkal, stabil kémiai tulajdonságokkal és nem mérgező hatással rendelkezik, a SF6 gáz alkalmazása a villamosenergia átadásában, transzformátorokban, védőkben és kapcsolókban folyamatosan bővül.

A gázizolált fémmagasszerkeletű kapcsoló (GIS) tovább fejlesztették a SF6 körzetválasztókon alapulva. A GIS a körzetválasztókat, körzetválasztókat, földkapcsolókat, áram- és feszültségátalakítókat, villámügyengéket és kapcsolóbuszokat egy fémmagasszerkeletben zárja be, és SF6 gázzal tölti meg, amelynek kiváló ívkitörlő és izoláló tulajdonságai vannak, szolgálva fázisok és a föld közötti izolációként. Zárt és moduláris szerkezete miatt kis talajterületet foglal el, kevesebb helyet vesz igénybe, nem befolyásolja a külső környezet, nem okoz zajt vagy rádióinterferenciát, biztonságos és megbízható működést biztosít, és minimális karbantartást igényel, ezért jelentős fejlődésre került.

Háromfázisú zárt GIS szerkezete

A háromfázisú zárt GIS-ben a főkör alkatrészeinek három fázisa közös földes külső burkolóban van telepítve, epoxigumis lyukacsolt izolátorokkal támogatva és izolálva. Ez a GIS típus kompakt szerkezetű, kevesebb külső burkolóval, ami jelentősen megtakarít a anyagokban. Továbbá, a csökkent szellőzési pontok és a rövidebb szellőzési hossz miatt a gázszivárgás aránya alacsony. Ezenkívül csökkenti a működés során fellépő cirkuláló áramot, és egyszerűsíti a karbantartást. A háromfázisú zárt GIS relatíve kis méretű, kevesebb alkatrészes, kevesebb súrlódás a külső burkolókon, és rövid telepítési időszaka. Azonban hátránya, hogy a belső elektromos mező egyenletesen nincs, fázisok közötti kölcsönhatás lép fel, ami fázisközti üzemeltetési problémákat okozhat.

A háromfázisú zárt típusot más néven háromfázisú közös tank típusnak is nevezik. A háromfázisú buszok rögzítve vannak a hengerben izolátorokon keresztül, háromszög alakban rendezve. A GIS minden funkcionális egysége több szektorból áll. A szektorok osztása nem csak a normál működési követelményeknek kell megfelelnie, hanem képesnek kell lennie arra, hogy korlátozza az ívet, ha belső hiba lép fel. Különböző szektorokban különböző gáznyomások lehetnek. Például a körzetválasztó szektor, figyelembe véve az ívkitörlés hatását, körülbelül 0,6 MPa gáznyomást igényel, míg más szektorokban a nyomás relatíve alacsonyabb.

A magas feszültségű kapcsolók intelligens technológiáinak kulcsfontosságú elemi technológiái

Az intelligens magas feszültségű kapcsolók technológiai tartalma rendkívül széles. Főbb technológiái a következők:

• Kapcsoló művelet intelligencia: Nyitáskapcsoló berendezések működési állapotának monitorozása és diagnosztizálása;

• Másodlagos vezérlési intelligencia: Elosztott architektúra, hálózati technológia és teljes körű monitorozási technológia segítségével, mint például Rogowski-légmagú toroidális címkék, összetett áram- és feszültségszenzorok, útjelölő szenzorok és gáz sűrűségi szenzorok;

• Izolációs teljesítmény monitorozása: Részleges lehullás detektálása, atipikus vezetékenység detektálása, és mikro-részecskék detektálása;

• Hibadiagnosztika és döntésrendszer: Jelek elemzése jelanalízissel, döntések meghozatala és értékelése;

• Elektromágneses kompatibilitás (EMC): Főleg interferenciaellenes kötési utakon keresztül, azaz különböző tényezők, amelyek egy közös impedanciát alkotnak, kiküszöbölése vagy enyhítése. A módszerek közé tartozik a kitakarás, elkülönítés és szűrés;

• Speciális számítógépek R & D: Dedikált integrált áramkörök és szoftverek fejlesztése, hogy javítsa a számítógépek alkalmazhatóságát, valós idejű működését és operációs rendszerét, és növelje a magas feszültségű kapcsolók működési szintjét és megbízhatóságát.