Тенденции развития ГИС
Модульность высоковольтных коммутационных аппаратов
Благодаря мерам по миниатюризации каждого компонента и детали, а также общему уменьшенному расположению, размеры высоковольтных коммутационных аппаратов постоянно уменьшаются. Существует широкий спектр комбинаций коммутационных аппаратов с гибкими методами комбинирования и очень компактной конструкцией. Газоизолированные металлические оболочки (GIS) охватывают большинство высоковольтных электроприборов и защитных устройств, интегрируя функции изначально отдельных электроприборов в единое целое. Таким образом, можно сказать, что уровень проектирования и производства GIS представляет собой уровень газоизолированных металлических оболочек.
Газоизолированные металлические оболочки (GIS) — это новый тип электротехнического оборудования, который появился в середине 1960-х годов. Поскольку они герметичны и модульны, они имеют небольшие размеры, занимают мало места, не подвержены воздействию внешней среды, не создают шума или радиопомех, а также обеспечивают безопасную и надежную работу с минимальным обслуживанием, поэтому они получили значительное развитие. С момента своего появления они постоянно развивались в направлении более высоких напряжений, больших мощностей и миниатюризации. Благодаря многолетнему опыту эксплуатации в Индонезии и постоянным улучшениям в дизайне, GIS не только продвинулись в плане более высоких напряжений и больших мощностей, но и постоянно внедряли инновации.
Основные характеристики и принцип тушения дуги гексафторида серы (SF6)
В последние годы SF6-газ получил быстрое развитие как средство для тушения дуг в выключателях. SF6-газ изначально был известен как изоляционный газ с диэлектрической прочностью, в несколько раз превышающей воздух. Он обладает исключительно высокой способностью к тушению дуг, и переход от проводящей дуги к изолятору происходит на очень высокой скорости. Поэтому в высоковольтных выключателях SF6-газ может служить как средством для тушения дуг, так и изоляционным средством. Наиболее примечательные характеристики SF6-газа следующие:
Отличные основные свойства
Чистый SF6-газ — это бесцветный, без запаха, нетоксичный и негорючий галогенный соединение. При нормальных условиях, то есть при 20°C и 0,1 МПа, его плотность в пять раз больше, чем у воздуха. Коэффициент теплопередачи SF6-газа, включая конвективные эффекты, в 1,6 раза выше, чем у воздуха.
Специфические термохимические свойства
Эксперименты показывают, что температура разложения SF6-газа ниже, чем у воздуха, а энергия, необходимая для разложения, выше. В результате SF6-газ поглощает большое количество энергии при разложении, оказывая сильное охлаждающее действие на дугу. SF6-газ имеет склонность к свободным электронам. Таким образом, в горячей зоне пространства будет фактически только очень малая проводимость или вообще никакой, но его теплопроводность довольно высока. SF6-газ быстро разлагается в относительно низком температурном диапазоне (2000-2500K). Когда SF6-газ разлагается в зоне окутывания дуги, он поглощает большое количество тепла от дуги, что обеспечивает отличные свойства тушения дуг. В SF6-газе, когда ток дуги приближается к нулю, только очень тонкий центр дуги имеет высокую температуру, а окружающая область состоит из непроводящих слоев.
В результате после прохождения тока через ноль диэлектрическая прочность дугового промежутка восстанавливается быстро и превышает скорость восстановления напряжения. В SF6-газе даже при очень низких уровнях тока сохраняется очень тонкий центр дуги. Это крайне желательная характеристика при прерывании тока выключателем, так как она удовлетворяет требованию быстрого перехода от хорошего проводника к изолятору, когда ток проходит через ноль. Именно благодаря этим характеристикам, даже при прерывании малых токов, центр дуги остается непрерывным до тех пор, пока ток не достигнет нуля, и может продолжать сжиматься непрерывно. Это предотвращает принудительное прерывание тока, то есть резание тока, и, таким образом, уменьшает вероятность перенапряжений при переключении.
Сильная электроотрицательность
Электроотрицательность — это склонность молекул или расщепленных атомов к образованию отрицательных ионов. SF6 обладает сильной способностью к адсорбции электронов, что называется электроотрицательностью. SF6 и галогенные молекулы и атомы, образующиеся при его разложении, сильно адсорбируют электроны в дуге, формируя отрицательные ионы. Поскольку масса отрицательных ионов намного больше, чем у электронов, их движение под влиянием электрического поля намного медленнее, чем у электронов. В процессе движения под действием электрического поля отрицательные ионы легко реагируют с положительными ионами, образуя нейтральные молекулы. Поэтому процесс исчезновения пространственной проводимости происходит чрезвычайно быстро. Этот феномен имеет тот же эффект, что и очень сильное охлаждение в ионизированном пространстве, что приводит к очень быстрому изменению пространственной проводимости вблизи нуля тока дуги. Эта характеристика, в сочетании с характеристикой образования очень тонкого центра дуги, значительно уменьшает временную постоянную дуги. Таким образом, сильная электроотрицательность наделяет SF6 отличными изоляционными свойствами.
Основные требования к среде для тушения дуги — это не только высокая диэлектрическая прочность, но, что более важно, высокая скорость восстановления диэлектрической прочности. Она также должна обладать еще одним важным свойством: очень малым тепловым временным коэффициентом, когда ток дуги проходит через ноль. SF6-газ, как среда для тушения дуги, обладает этими свойствами. Он полагается не только на изэнтропическое охлаждение, образуемое градиентом давления газовых потоков, но главным образом на специфические термохимические свойства и сильную электроотрицательность SF6-газа, которые наделяют SF6-газ особенно сильными свойствами тушения дуг. Именно благодаря отличным свойствам тушения дуги и изоляции, а также стабильным и нетоксичным химическим свойствам, применение SF6-газа в таких областях, как передача и преобразование электроэнергии, трансформаторы, предохранители и контакторы, постоянно расширяется.
Газоизолированные металлические оболочки (GIS) были дальнейшим развитием на основе выключателей SF6. GIS заключает выключатели, разъединители, заземляющие выключатели, трансформаторы тока и напряжения, ограничители перенапряжений и соединительные шины в металлическую оболочку, заполненную SF6-газом, который обладает отличными свойствами тушения дуги и изоляции, служа изоляцией между фазами и землей. Благодаря своей герметичности и модульности, он занимает небольшую площадь и меньше места, не подвержен воздействию внешней среды, не создает шума или радиопомех, работает безопасно и надежно, и требует минимального обслуживания, что привело к значительному развитию.
Структура трехфазной герметичной GIS
В трехфазной герметичной GIS три фазы основных компонентов устанавливаются в общей заземленной внешней оболочке, поддерживаемой и изолированной эпоксидными изоляторами. Этот тип GIS имеет компактную конструкцию, с меньшим количеством внешних оболочек, что позволяет значительно экономить материалы. Кроме того, благодаря уменьшенному количеству точек герметизации и укороченной длине герметизации, скорость утечки газа низкая. Кроме того, это также уменьшает циркулирующий ток во время работы и упрощает обслуживание. Трехфазная герметичная GIS имеет относительно небольшие размеры, меньше компонентов, меньше износа внешних оболочек и короткий срок установки. Однако ее недостаток — неравномерное внутреннее электрическое поле, с взаимным влиянием фаз, что делает ее склонной к межфазному пробою.
Трехфазная герметичная система также известна как трехфазная система в общем баке. Трехфазные шины закреплены внутри цилиндра через изоляторы, расположенные в треугольной форме. Каждый функциональный блок GIS состоит из нескольких секций. Разделение на секции должно не только соответствовать требованиям нормальной работы, но и быть способным ограничивать дугу в случае внутренней неисправности. Разные секции позволяют иметь разное давление газа. Например, в секции разъединителя, учитывая эффект тушения дуги, требуется давление газа около 0,6 МПа, тогда как в других секциях давление относительно ниже.
Ключевые технологии для интеллектуализации высоковольтных коммутационных аппаратов
Технологическое содержание интеллектуальных высоковольтных коммутационных аппаратов чрезвычайно широко. Основные технологии включают:
Интеллектуальное управление коммутацией: мониторинг и диагностика состояния устройств отключения и включения;
Интеллектуальное вторичное управление: использование распределенной архитектуры, сетевых технологий и комплексного мониторинга для достижения сбора сигналов — сенсорные технологии, такие как воздушные катушки Роговского для комбинированных датчиков тока и напряжения, датчики хода и датчики плотности газа;
Мониторинг изоляционных характеристик: обнаружение частичных разрядов, обнаружение аномальной проводимости и микрочастиц;
Система диагностики неисправностей и принятия решений: анализ сигналов для принятия решений и оценок;
Электромагнитная совместимость (EMC): в основном подавление помех от анти-интерференционных путей связи, то есть устранение или ослабление различных факторов, образующих общее импедансное сопротивление. Методы включают экранирование, изоляцию и фильтрацию;
Разработка специализированных микрокомпьютеров: разработка специализированных интегральных схем и программного обеспечения для повышения применимости, реального времени и операционной системы микрокомпьютеров, а также повышения уровня и надежности работы высоковольтных коммутационных аппаратов.
