Razvojne Tendence GIS

Modularizacija visokonapetostne preklopnike

Zaradi meril za miniaturizacijo posameznih komponent in delov ter celotnega miniaturiziranega razporeditve velikost visokonapetostnih preklopnikov se je zmanjševala. Obstaja široka paleta kombinacij preklopnikov, s popolnoma prilagodljivimi kombinacijskimi metodami in zelo kompaktnimi strukturami. Plinsko izolirani kovinski zaprti preklopniki (GIS) vključujejo večino visokonapetostnih električnih naprav in zaščitnih merilnih naprav, ki združujejo funkcije prej ločenih električnih naprav v eno celoto. Tako se lahko trdi, da ravni dizajna in proizvodnje GIS predstavljajo raven plinsko izoliranih kovinskih zaprtih preklopnikov.

Plinsko izolirani kovinski zaprti preklopniki (GIS) so nov tip električnih naprav, ki so se pojavili v sredini 1960-ih. Ker so hkrati zaprti in modularni, imajo majhen prostorninski odtis, zasedejo manj prostora, niso odvisni od zunanjega okolja, ne ustvarjajo šuma ali radijskega motenja in so varni in zanesljivi pri delovanju z minimalno vzdrževanjem, tako so dosegli znaten razvoj. Od njihovega uvedbe se je stalno razvijal proti višji napetosti, večji kapaciteti in miniaturizaciji. Skozi leta operativne izkušnje v Indoneziji in stalne izboljšave v dizajnu se je GIS ne le razvil v smislu višje napetosti in večje kapacitete, ampak tudi stalno inoviral.

Osnovne značilnosti in načelo ugasevanja luka šesterfluoridu svibina (SF6)

V zadnjih letih je SF6 plin doživel hitro razvoj kot sredstvo za ugasevanje luka v preklopilih. SF6 plin je bil prvotno znan kot izolacijski plin z izolacijsko močjo, ki je nekajkrat večja od zraka. Ima izjemno močno zmogljivost za ugasevanje luka, in prehod od vodljivega luka do izolatorja se zgodi z zelo hitro. Zato v visokonapetostnih preklopnikih lahko SF6 plin služi hkrati kot sredstvo za ugasevanje luka in izolacijsko sredstvo. Najzaznamujivejše značilnosti SF6 plina so naslednje:

Izjemne osnovne lastnosti

Čist SF6 plin je brezbarvni, brezvonji, netoxični in nevaren halogen plin. Pri običajnih temperaturah, to je pri 20°C in 0,1 MPa, njegova gostota je petkrat večja od zraka. Prenos toplote SF6 plina, vključno s konvektivnimi učinki, je 1,6-krat večji od zraka.

Posebne termohemijske lastnosti
Poskusi kažejo, da je temperatura razcepa SF6 plina nižja od temperature zraka, medtem ko je energija, potrebna za razcep, višja. Tako SF6 plin absorpira veliko energije med razcepom, kar ima močen hlajilni učinek na luk. SF6 plin ima afiniteto za proste elektrone. Torej, v prostoru vroče zone bo dejansko le zelo majhna prevodnost ali sploh nobena, čeprav je njegova toplotna prevodnost zelo visoka. SF6 plin se razcepi zelo hitro v relativno nizkem temperaturnem obsegu (2000 - 2500K). Ko se SF6 plin razcepi v območju ogrodja luka, absorpira veliko toplote iz luka, kar SF6 plinom pripisuje izjemne zmogljivosti za ugasevanje luka. V SF6 plinu, ko se tok luka približa nič, obstaja le zelo tenk srčni del luka, ki je visoko topl, njegovo okoliščno območje pa sestavlja nevodljiva sloja.

Tako se po prestopu toka skozi nič hitro obnovi dielektrična moč lukovega presledka in preseže hitrost obnovitve napetosti. V SF6 plinu ostane zelo tenk srčni del luka, tudi pri zelo nizkih tokovih. To je zelo željena značilnost pri prekinjanju v preklopniku, saj izpolnjuje zahtevo za hitro prehod iz dobrega vodnika v izolator, ko tok prestopi skozi nič. Zaradi teh značilnosti ostane srčni del luka neprekinjen, dokler tok ne doseže nič, in lahko še naprej zmanjšuje. To prepreči prisilno prekinjanje toka, torej prekinjanje toka, in tako zmanjša pojav preklopnih prenapetosti.

Močna elektronegativnost

Elektronegativnost se nanaša na tendenco molekul ali disociiranih atomov, da tvorijo negativne jonice. SF6 ima močno sposobnost adsorpcije elektronov, znano tudi kot elektronegativnost. SF6 in halogen molekule in atomi, nastali zaradi njegovega razcepa, močno adsorpirajo elektrone v luku, tvorijo negativne jone. Ker je masa negativnih ionov veliko večja od mase elektronov, je hitrost gibanja negativnih ionov pod vplivom električnega polja veliko počasnejša od elektronov. V gibanju v električnem polju se negativni joni lahko zlahka rekonstruirajo z pozitivnimi jonmi v nevtralne molekle. Torej je postopek izginjanja prostorske prevodnosti zelo hiter. Ta pojav ima enak učinek kot zelo močna hlajilna zmogljivost v prostoru jonizacije, kar povzroča zelo hitro spremembo prostorske prevodnosti blizu prestopa luka skozi nič. Ta značilnost, kombinirana s značilnostjo, da luk tvori zelo tenk srčni del, bistveno skrati časovno konstanto luka. Tako močna elektronegativnost pripisuje SF6 izjemne izolacijske lastnosti.

Osnovne zahteve za sredstvo za ugasevanje luka so ne le visoka dielektrična moč, temveč tudi hitra obnovitev dielektrične moči. Prav tako mora imeti še eno ključno značilnost: zelo majhno toplotno časovno konstanto, ko tok luka prestopi skozi nič. SF6 plin, kot sredstvo za ugasevanje luka, ima te značilnosti. Opire se ne le na entropsko hlajilno učinkovitost, ki jo ustvari gradient tlaka plinskih tokov, temveč predvsem na posebne termohemijske lastnosti in močno elektronegativnost SF6 plina, ki mu pripisujejo zelo močne zmogljivosti za ugasevanje luka. Torej, ker ima SF6 plin izjemne zmogljivosti za ugasevanje luka in izolacijske lastnosti, ter je njegov kemijski sestav stabilen in netoksičen, se uporaba SF6 plina v področjih, kot so prenos in transformacija električne energije, transformatorji, prelomniki in kontakti, stalno razširja.

Plinsko izolirani kovinski zaprti preklopniki (GIS) so se nadaljevali v razvoju na osnovi SF6 preklopnikov. GIS zapira preklopnike, ločilnike, utrične ventile, tokovne in napetostne transformatorje, ograjevalnike pretoka, ter povezovalne sheme v kovinskem omari in ga napolni s SF6 plinom, ki ima izjemne zmogljivosti za ugasevanje luka in izolacijske lastnosti, ki služijo kot izolacija med fazami in do zemlje. Zaradi svoje zaprtosti in modularnosti zasede majhen prostorninski odtis in manj prostora, ni odvisen od zunanjega okolja, ne ustvarja šuma ali radijskega motenja, deluje varno in zanesljivo, in zahteva minimalno vzdrževanje, tako je dosegel značilen razvoj.

Struktura treh-faznega zaprtih GIS

V treh-faznem zaprtih GIS so glavne komponente treh faz nameščene v skupni zemljiški zunanji omari, podprt in izoliran z epoksidnim lesom izlitanih izolatorjev. Ta vrsta GIS ima kompaktno strukturo, z manjšim številom zunanji omari, kar znatno prihranja materialov. Poleg tega zaradi zmanjšanega števila zategalnih točk in skrajšane dolžine zategalnice je stopnja iztekanja plina nizka. Poleg tega lahko tudi zmanjša cirkulirajoči tok med delovanjem in poenostavi vzdrževalna dela. Treh-fazni zaprti GIS ima relativno majhen celoten obseg, manj komponent, manj nosilca na zunanji omari in kratk rok namestitve. Njegov nedostatek je neravnomerna notranja električna polja, z vzajemnim vplivom faza na fazo, kar ga naredi podvržen mešanemu luku.

Treh-fazni zaprti tip je tudi znan kot tri-fazni skupni rezervoar. Treh-fazne sheme so fiksirane znotraj cilindra skozi izolatorje, razpostavljene v trikotnik. Vsaka funkcionalna enota GIS sestoji iz več oddelkov. Delitev oddelkov bi morala zadoščati ne le za normalna delovna zahteva, temveč bi morala tudi omejiti luk v primeru notranjega odpoveda. Različni oddelki omogočajo različne plinske tlake. Na primer, oddelki ločilnikov, glede na učinke ugasevanja luka, zahtevajo plinski tlak približno 0,6 MPa, drugi oddelki pa imajo relativno nižje tlake.

Ključne tehnologije za inteligentnost visokonapetostnih preklopnikov

Tehnološki vsebini inteligentnih visokonapetostnih preklopnikov je zelo obsežna. Njihove glavne tehnologije vključujejo:

• Inteligentnost preklopne operacije: Nadzor in diagnostika stanja delovanja odpiralnih in zapiralnih naprav;

• Inteligentnost sekundarnega nadzora: Uporaba distribuirane arhitekture, omrežne povezanosti in celovitega nadzora, da dosežejo zajemanje signalov - senzorske tehnologije, kot so Rogowskijeve lučne toroidalne bobnine za kombinirane tokovne in napetostne senzorje, senzorji hodnika in senzorji gostote plina;

• Nadzor izolacijskih lastnosti: Odkrivanje delnih razbojk, odkrivanje nenormalnega vodljivosti in odkrivanje mikrodelcev;

• Sistem za diagnostiko odpovedi in odločanje: Analiza signalov za oceno in odločanje;

• Elektromagnetska združljivost (EMC): Glavno zadrževanje motenja od anti-motenjskih sklopov, to je, odstranitev ali oslabitev različnih faktorjev, ki oblikujejo združeni skupni impedanci. Metode vključujejo ščit, izolacijo in filtriranje;

• Razvoj posebnih mikra računalnikov: Razvoj posebnih integriranih vezij in programov, da izboljšajo uporabnost, real-time performanse in operacijske sisteme mikra računalnikov, in izboljšajo operacijsko raven in zanesljivost visokonapetostnih preklopnikov.