Tendências de Desenvolvimento do GIS

Modularização de Equipamentos de Alta Tensão

Devido às medidas de miniaturização tomadas para cada componente e parte, bem como à disposição geral miniaturizada, o tamanho dos equipamentos de alta tensão tem diminuído continuamente. Existe uma ampla variedade de combinações de equipamentos, com métodos de combinação flexíveis e estruturas muito compactas. O equipamento metálico isolado a gás (GIS) abrange a maioria dos aparelhos elétricos de alta tensão e dispositivos de detecção de proteção, integrando as funções de aparelhos elétricos originalmente separados em uma entidade única. Portanto, pode-se dizer que o nível de design e produção do GIS representa o nível de equipamento metálico isolado a gás.

O equipamento metálico isolado a gás (GIS) é um novo tipo de dispositivo elétrico que surgiu no meio dos anos 1960. Como é tanto encapsulado quanto modular, ocupa uma área pequena, utiliza menos espaço, não é afetado pelo ambiente externo, não gera ruído ou interferência radioelétrica e apresenta operação segura e confiável com manutenção mínima, tendo experimentado um desenvolvimento significativo. Desde sua introdução, ele evoluiu continuamente em direção a tensões mais altas, capacidades maiores e miniaturização. Através de anos de experiência operacional na Indonésia e melhorias contínuas no design, o GIS não apenas avançou em termos de tensão e capacidade maiores, mas também inovou continuamente.

Características Básicas e Princípio de Extinção de Arco do Gás Hexafluoreto de Enxofre (SF6)

Nos últimos anos, o gás SF6 testemunhou um rápido desenvolvimento como meio de extinção de arco para disjuntores. O gás SF6 era originalmente conhecido como um gás isolante com força de isolamento várias vezes maior que o ar. Ele possui capacidades extremamente fortes de extinção de arco, e a transição de um arco condutor para um isolante ocorre em alta velocidade. Portanto, em disjuntores de alta tensão, o gás SF6 pode servir tanto como meio de extinção de arco quanto como meio isolante. As características mais notáveis do gás SF6 são as seguintes:

Propriedades Básicas Excelentes

O gás SF6 puro é incolor, inodoro, não tóxico e não inflamável, sendo um composto gasoso halogênio. Em condições normais de temperatura, isto é, a 20°C e 0,1 MPa, sua densidade é cinco vezes a do ar. O coeficiente de transferência de calor do gás SF6, incluindo efeitos convectivos, é 1,6 vezes o do ar.

Propriedades Termoquímicas Específicas
Experimentos mostram que a temperatura de decomposição do gás SF6 é menor que a do ar, enquanto a energia de decomposição necessária é maior. Como resultado, o gás SF6 absorve uma grande quantidade de energia durante a decomposição, exercendo um forte efeito de resfriamento no arco. O gás SF6 tem afinidade por elétrons livres. Assim, no espaço da zona quente, haverá na realidade apenas uma condutividade muito baixa ou nenhuma condutividade, embora sua condutividade térmica seja bastante alta. O gás SF6 se decompõe rapidamente em uma faixa de temperatura relativamente baixa (2000-2500K). Quando o gás SF6 se decomponde na área de envoltório do arco, ele absorve uma quantidade substancial de calor do arco, conferindo ao gás SF6 excelentes capacidades de extinção de arco. No gás SF6, quando a corrente do arco se aproxima de zero, apenas um núcleo de arco muito fino tem alta temperatura, e sua área circundante consiste em camadas não condutoras.

Consequentemente, após a passagem da corrente por zero, a resistência dielétrica da lacuna do arco recupera-se rapidamente e supera a velocidade de recuperação da tensão. No gás SF6, um núcleo de arco extremamente fino persiste mesmo em níveis de corrente muito baixos. Esta é uma característica altamente desejável na interrupção de disjuntores, pois atende ao requisito de uma rápida transição de um bom condutor para um isolante quando a corrente passa por zero. Precisamente devido a essas características, mesmo ao interromper correntes pequenas, o núcleo do arco permanece contínuo até que a corrente atinja zero e ainda pode contrair-se continuamente. Isso evita a interrupção forçada da corrente, ou seja, o corte de corrente, e, assim, reduz a ocorrência de sobretensões de comutação.

Eletro_negatividade Forte

A eletro_negatividade refere-se à tendência de moléculas ou átomos dissociados formarem íons negativos. O SF6 tem uma forte capacidade de adsorver elétrons, conhecida como eletro_negatividade. O SF6 e as moléculas e átomos de halogênio produzidos por sua decomposição adsorvem fortemente elétrons no arco, formando íons negativos. Como a massa dos íons negativos é muito maior que a dos elétrons, a velocidade de movimento dos íons negativos sob a influência de um campo elétrico é muito mais lenta que a dos elétrons. No movimento do campo elétrico, os íons negativos recompõem-se facilmente com íons positivos para formar moléculas neutras. Portanto, o processo de desaparecimento da condutividade espacial é extremamente rápido. Este fenômeno tem o mesmo efeito de uma capacidade de resfriamento muito forte no espaço de ionização, resultando em uma mudança muito rápida na condutividade espacial perto do cruzamento de zero da corrente do arco. Esta característica, combinada com a característica do arco formar um núcleo extremamente fino, reduz significativamente a constante de tempo do arco. Assim, a forte eletro_negatividade confere ao SF6 excelentes propriedades de isolamento.

Os requisitos básicos para um meio de extinção de arco não são apenas uma alta resistência dielétrica, mas, mais importante, uma alta velocidade de recuperação da resistência dielétrica. Deve também possuir outra característica crucial: uma constante de tempo térmica muito pequena quando a corrente do arco passa por zero. O gás SF6, como meio de extinção de arco, possui essas características. Ele depende não apenas do efeito de resfriamento isentrópico formado pelo gradiente de pressão dos fluxos de gás, mas principalmente das propriedades termoquímicas específicas e da forte eletro_negatividade do gás SF6, que conferem ao gás SF6 capacidades particularmente fortes de extinção de arco. Precisamente porque o gás SF6 possui excelentes propriedades de extinção de arco e isolamento, e suas propriedades químicas são estáveis e não tóxicas, a aplicação do gás SF6 em campos como transmissão e transformação de energia, transformadores, fusíveis e contactores tem sido continuamente expandida.

O equipamento metálico isolado a gás (GIS) foi ainda mais desenvolvido com base nos disjuntores SF6. O GIS encerra disjuntores, interruptores, interruptores de terra, transformadores de corrente e tensão, parafusos de proteção contra surtos e barras de conexão dentro de uma caixa metálica e preenche-a com gás SF6, que possui excelentes propriedades de extinção de arco e isolamento, servindo como isolamento entre fases e para o solo. Devido à sua natureza encapsulada e modular, ocupa uma área pequena e menos espaço, não é afetado pelo ambiente externo, não gera ruído ou interferência radioelétrica, opera de forma segura e confiável e requer manutenção mínima, tendo alcançado um desenvolvimento significativo.

Estrutura do GIS Encapsulado Trifásico

No GIS encapsulado trifásico, as três fases dos componentes do circuito principal são instaladas em uma caixa externa comum aterrada, suportadas e isoladas por isolantes de resina epóxi moldada. Este tipo de GIS possui uma estrutura compacta, com um número reduzido de caixas externas, o que pode economizar significativamente materiais. Além disso, devido à redução no número de pontos de vedação e no comprimento de vedação, a taxa de vazamento de gás é baixa. Além disso, também pode reduzir a corrente circulante durante a operação e simplificar o trabalho de manutenção. O GIS encapsulado trifásico tem um tamanho geral relativamente pequeno, menos componentes, menos desgaste nas caixas externas e um ciclo de instalação curto. No entanto, seu inconveniente é o campo elétrico interno desigual, com influência mútua fase a fase, tornando-o propenso a flashover inter-fase.

O tipo encapsulado trifásico também é conhecido como o tipo trifásico em tanque comum. As barras trifásicas são fixadas dentro do cilindro através de isolantes, dispostas em um padrão triangular. Cada unidade funcional do GIS consiste em vários compartimentos. A divisão dos compartimentos deve não apenas atender aos requisitos de operação normal, mas também ser capaz de limitar o arco em caso de falha interna. Diferentes compartimentos permitem diferentes pressões de gás. Por exemplo, o compartimento do disjuntor, considerando o efeito de extinção de arco, requer uma pressão de gás de aproximadamente 0,6 MPa, enquanto outros compartimentos têm pressões relativamente menores.

Tecnologias Chaves para a Inteligência dos Equipamentos de Alta Tensão

O conteúdo tecnológico dos equipamentos de alta tensão inteligentes é extremamente amplo. Suas principais tecnologias incluem:

• Inteligência de Operação de Comutação: Monitoramento e diagnóstico do estado operacional dos dispositivos de abertura e fechamento;

• Inteligência de Controle Secundário: Usando arquitetura distribuída, tecnologia de rede e tecnologia de monitoramento abrangente para alcançar a aquisição de sinais - tecnologia de sensores, como bobinas toroidais sem núcleo de Rogowski para sensores compostos de corrente e tensão, sensores de curso e sensores de densidade de gás;

• Monitoramento de Desempenho de Isolamento: Detecção de descargas parciais, detecção de condução anormal e detecção de partículas microscópicas;

• Sistema de Diagnóstico de Falhas e Tomada de Decisão: Análise de sinais através de análise de sinais para fazer julgamentos e decisões;

• Compatibilidade Eletromagnética (EMC): Principalmente suprimindo a interferência de caminhos de acoplamento anti-interferência, ou seja, eliminando ou enfraquecendo diversos fatores que formam um impedância comum acoplada. Os métodos incluem blindagem, isolamento e filtragem;

• Desenvolvimento de Microcomputador Especializado: Desenvolvendo circuitos integrados e software dedicados para melhorar a aplicabilidade, desempenho em tempo real e sistema operacional de microcomputadores, e aumentar o nível de operação e confiabilidade dos equipamentos de alta tensão.