Tendencje rozwojowe GIS

Modularizacja wysokonapięciowego sprzętu przełącznikowego

Dzięki miniaturyzacji poszczególnych komponentów i części, jak również zastosowaniu skomplikowanej, ale kompaktowej struktury, rozmiary wysokonapięciowego sprzętu przełącznikowego stale się zmniejszają. Istnieje szeroki wybór kombinacji sprzętu przełącznikowego, które mogą być łączone w elastyczny sposób, tworząc bardzo zwarte konstrukcje. Gazowy, metalowy, hermetyczny sprzęt przełącznikowy (GIS) obejmuje większość wysokonapięciowych urządzeń elektrycznych i urządzeń ochronnych, integrując funkcje pierwotnie oddzielnych urządzeń w jednym systemie. Można więc powiedzieć, że poziom projektowania i produkcji GIS odzwierciedla poziom gazowego, metalowego, hermetycznego sprzętu przełącznikowego.

Gazowy, metalowy, hermetyczny sprzęt przełącznikowy (GIS) to nowy typ urządzenia elektrycznego, który pojawił się w połowie lat 60. XX wieku. Jego zamknięta i modułowa konstrukcja zapewnia mały wymiar, niewielkie zużycie przestrzeni, niezależność od warunków zewnętrznych, brak hałasu i zakłóceń radiowych, bezpieczne i niezawodne działanie oraz minimalną konieczność konserwacji, co przyczyniło się do jego znacznego rozwoju. Od momentu wprowadzenia na rynek, GIS ciągle ewoluuje w kierunku wyższych napięć, większych mocy i dalszej miniaturyzacji. Dzięki wieloletniemu doświadczeniu w Indonezji i ciągłym poprawkom konstrukcyjnym, GIS nie tylko osiągnął wyższe napięcia i większe mocy, ale także ciągle innowuje.

Podstawowe cechy i zasada gaszenia łuku przez gaz szesciufluoroetan (SF6)

W ostatnich latach gaz SF6 szybko rozwijał się jako środek do gaszenia łuków w przerywaczach. Gaz SF6 był początkowo znany jako gaz izolacyjny o kilkukrotnie większej sile izolacyjnej niż powietrze. Posiada on ekstremalnie silne właściwości gaszące, a przejście od przewodzącego łuku do izolatora zachodzi z bardzo dużą prędkością. Dlatego w wysokonapięciowych przerywaczach gaz SF6 może pełnić rolę zarówno środka do gaszenia łuku, jak i środka izolacyjnego. Najbardziej charakterystyczne cechy gazu SF6 są następujące:

Wyjątkowe podstawowe właściwości

Czysty gaz SF6 jest bezbarwnym, bezwonny, nietoksycznym i niepalnym halogenem. W normalnych warunkach, tj. przy 20°C i 0,1 MPa, jego gęstość wynosi pięć razy więcej niż gęstość powietrza. Współczynnik przepływu ciepła gazu SF6, wliczając efekty konwekcyjne, wynosi 1,6 raza więcej niż powietrza.

Specyficzne właściwości termochemiczne
Doświadczenia pokazują, że temperatura rozkładu gazu SF6 jest niższa niż powietrza, natomiast energia potrzebna do rozkładu jest wyższa. W rezultacie gaz SF6 absorbuje dużą ilość energii podczas rozkładu, co powoduje silny efekt chłodzący na łuk. Gaz SF6 ma afinitę do wolnych elektronów. W związku z tym, w strefie gorącej, istnieje tylko bardzo mała przewodność lub żadna w ogóle, a jego przewodność ciepła jest dość wysoka. Gaz SF6 rozkłada się szybko w stosunkowo niskim zakresie temperatur (2000-2500K). Gdy gaz SF6 rozkłada się w obszarze okrywającym łuk, absorbuje dużą ilość ciepła z łuku, co nadaje gazowi SF6 wyjątkowe właściwości gaszące. W gazie SF6, gdy prąd łuku zbliża się do zera, tylko bardzo cienki rdzeń łuku ma wysoką temperaturę, a jego otoczenie składa się z nieprzewodzących warstw.

W rezultacie, po przejściu prądu przez zero, dielektryczna wytrzymałość luki odzyskuje się szybko i przekracza prędkość wzrostu napięcia odzyskującego. W gazie SF6, nawet przy bardzo niskich prądach, utrzymuje się bardzo cienki rdzeń łuku. Jest to bardzo pożądana cecha w przerwaniu przerywacza, ponieważ spełnia wymóg szybkiego przejścia od dobrego przewodnika do izolatora, gdy prąd przechodzi przez zero. Dokładnie dzięki tym cechom, nawet przy przerwaniu małych prądów, rdzeń łuku pozostaje ciągły aż do momentu, gdy prąd osiąga zero, i nadal może się skurczyć. To zapobiega wymuszonemu przerwaniu prądu, czyli przecięciu prądu, co redukuje występowanie przepięć przelaczeniowych.

Silna elektro_negatywność

Elektro_negatywność to tendencja cząsteczek lub rozdzielonych atomów do formowania jonów ujemnych. SF6 ma silną zdolność do adsorpcji elektronów, co nazywane jest elektro_negatywnością. SF6 i halogenowe cząsteczki i atomy powstałe w wyniku jego rozkładu silnie adsorbują elektrony w łuku, tworząc jony ujemne. Ponieważ masa jonów ujemnych jest znacznie większa niż elektronów, prędkość ruchu jonów ujemnych pod wpływem pola elektrycznego jest znacznie mniejsza niż elektronów. W ruchu w polu elektrycznym, jony ujemne łatwo rekombinują z jonami dodatnimi, tworząc cząsteczki obojętne. W rezultacie proces zniknięcia przewodności przestrzennej jest niezwykle szybki. Ten zjawisko ma ten sam efekt, co bardzo silna zdolność chłodząca w przestrzeni jonizacji, co powoduje bardzo szybką zmianę przewodności przestrzennej w pobliżu zerowania prądu łuku. Ta cecha, połączona z cechą tworzenia przez łuk bardzo cienkiego rdzenia, znacznie skraca stałą czasową łuku. W ten sposób silna elektro_negatywność enduje gazowi SF6 doskonałe właściwości izolacyjne.

Podstawowe wymagania dla środka do gaszenia łuku to nie tylko wysoka siła dielektryczna, ale co ważniejsze, szybka prędkość odzyskiwania siły dielektrycznej. Powinno to posiadać również inną kluczową cechę: bardzo małą termiczną stałą czasową, gdy prąd łuku przechodzi przez zero. Gaz SF6, jako środek do gaszenia łuku, ma te cechy. Polega on nie tylko na izentropowym efekcie chłodzącym utworzonym przez gradient ciśnienia przepływów gazu, ale głównie na specyficznych właściwościach termochemicznych i silnej elektro_negatywności gazu SF6, które endują gazowi SF6 szczególnie silne właściwości gaszące. Dokładnie dlatego, że gaz SF6 ma doskonałe właściwości gaszące i izolacyjne, a jego właściwości chemiczne są stabilne i nietoksyczne, zastosowanie gazu SF6 w dziedzinach takich jak przesył i transformacja energii, transformatory, przewody bezpiecznikowe i kontakty, jest ciągle rozszerzane.

Gazowy, metalowy, hermetyczny sprzęt przełącznikowy (GIS) został dalej rozwinięty na podstawie przerywaczy SF6. GIS obejmuje przerywacze, odłączniki, przełączniki ziemne, transformatory prądu i napięcia, ograniczniki przepięć, oraz łączące tory busowe w metalowej obudowie, która jest wypełniona gazem SF6, mającym doskonałe właściwości gaszące i izolacyjne, służącym jako izolacja między fazami i do ziemi. Dzięki swojej zamkniętej i modułowej naturze, zajmuje mały obszar i niewiele miejsca, jest niezależny od warunków zewnętrznych, nie generuje hałasu ani zakłóceń radiowych, działa bezpiecznie i niezawodnie, wymaga minimalnej konserwacji, co przyczyniło się do jego znacznego rozwoju.

Konstrukcja trójfazowego zamkniętego GIS

W trójfazowym zamkniętym GIS, trzy fazy głównych elementów obwodowych są montowane w wspólnym ziemnym zewnętrznej obudowie, wspartej i izolowanej przez izolatory zlewkowe z żywicy epoksydowej. Ten typ GIS ma zwartą konstrukcję, z mniejszą liczbą zewnętrznych obudów, co znacznie oszczędza materiały. Ponadto, ze względu na zmniejszoną liczbę punktów szczelności i krótszą długość szczelności, wskaźnik przecieku gazu jest niski. Dodatkowo, może to również zmniejszyć prąd obiegowy podczas działania i uproszczyć prace konserwacyjne. Trójfazowy zamknięty GIS ma stosunkowo mały całkowity rozmiar, mniej elementów, mniej zużycia zewnętrznych obudów i krótki cykl montażu. Jednak jego wadą jest nierównomierne pole elektryczne wewnątrz, z wzajemnym wpływem między fazami, co powoduje skłonność do przepięć międzypołówkowych.

Trójfazowy zamknięty typ jest również znany jako typ trójfazowy w jednym zbiorniku. Trójfazowe tory busowe są zamocowane w cylindrze za pomocą izolatorów, ułożone w trójkątny układ. Każda funkcjonalna jednostka GIS składa się z kilku komór. Podział na komory powinien nie tylko spełniać wymagania dotyczące normalnego działania, ale także ograniczać łuk w przypadku wewnętrznego uszkodzenia. Różne komory umożliwiają różne ciśnienia gazu. Na przykład, komora odłącznika, biorąc pod uwagę efekt gaszenia łuku, wymaga ciśnienia gazu około 0,6 MPa, podczas gdy inne komory mają względnie niższe ciśnienia.

Kluczowe technologie inteligentnych wysokonapięciowych urządzeń przełączniczych

Zawartość technologiczna inteligentnych wysokonapięciowych urządzeń przełączniczych jest niezwykle szeroka. Ich główne technologie obejmują:

• Inteligentne operacje przełączania: monitorowanie i diagnostyka stanu pracy urządzeń otwierających i zamykających;

• Inteligentna kontrola drugiego stopnia: używanie architektury rozproszonej, technologii sieciowej i kompleksowej technologii monitorowania do uzyskania sygnałów - sensorów, takich jak toroidalne cewki Rogowskiego dla złożonych czujników prądu i napięcia, czujników przemieszczenia i czujników gęstości gazu;

• Monitorowanie właściwości izolacyjnych: detekcja częściowych rozładowań, detekcja anomalnych przewodności i mikrocząsteczek;

• System diagnostyki i podejmowania decyzji: analiza sygnałów poprzez analizę sygnałów do podejmowania ocen i decyzji;

• Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC): głównie tłumienie zakłóceń z kanałów sprzężeń przeciwdziałających, tj. eliminacja lub osłabienie różnych czynników tworzących sprzężenie oporu wspólnego. Metody obejmują ekranowanie, izolację i filtrowanie;

• Specjalistyczne badania i rozwój mikrokomputerów: opracowywanie dedykowanych układów scalonych i oprogramowania, aby zwiększyć zastosowanie, czas rzeczywisty i system operacyjny mikrokomputerów, a także zwiększyć poziom i niezawodność działania wysokonapięciowych urządzeń przełączniczych.