Utvecklingstrender för GIS

Modularisering av högspänningsbrytare

På grund av miniaturiseringsåtgärder för varje komponent och del, samt den övergripande miniaturiserade layouten, har storleken på högspänningsbrytare kontinuerligt minskat. Det finns en mängd olika kombinationer av brytare, med flexibla kombinationsmetoder och mycket kompakta strukturer. Gasisolera inomslutna metalliska brytare (GIS) omfattar de flesta högspänningselapparater och skyddande detekteringsenheter, vilket integrerar funktionerna hos ursprungligen separata elapparater till en enhet. Så kan det sägas att design- och produktionsnivån av GIS representerar nivån av gasisolera inomslutna metalliska brytare.

Gasisolera inomslutna metalliska brytare (GIS) är en ny typ av elektrisk apparat som uppkommit i mitten av 1960-talet. Eftersom den både är inomsluten och modulär, har den en liten fotavtryck, tar mindre plats, påverkas inte av extern miljö, genererar ingen buller eller radiostörning, och har säker och pålitlig drift med minimal underhållsarbete, så har den sett betydande utveckling. Sedan dess introduktion har den kontinuerligt utvecklats mot högre spänning, större kapacitet och miniaturisering. Genom års erfarenhet från drift i Indonesien och kontinuerliga designförbättringar, har GIS inte bara framåtsatt i termer av högre spänning och större kapacitet, utan har också kontinuerligt innoverat.

Grundläggande egenskaper och bukgassläckningsprincip för svavelhexafluorid (SF6) gas

Under de senaste åren har SF6-gas sett snabb utveckling som en bukgassläckningsmedium för brytare. SF6-gas var ursprungligen välkänd som ett isolerande gas med isoleringsstyrka flera gånger mer än luften. Den har extremt starka bukgassläckningskapaciteter, och övergången från en ledande båge till en isolator sker med mycket hög hastighet. Därför kan SF6-gas i högspänningsbrytare fungera både som en bukgassläckningsmedium och ett isolerande medium. De mest framstående egenskaperna hos SF6-gas är följande:

Utmärkta grundläggande egenskaper

Rent SF6-gas är färglöst, doftlöst, ogiftigt och obrottsligt halogenkomplexgas. Under normal temperatur, dvs. vid 20°C och 0.1MPa, är dess densitet fem gånger så hög som luften. Värmeförflyttningseffektiviteten för SF6-gas, inklusive konvektiveffekter, är 1,6 gånger så hög som luften.

Specifika termokemiska egenskaper
Försök visar att nedbrytnings temperaturen för SF6-gas är lägre än luften, medan den energi som krävs för nedbrytning är högre. Som ett resultat absorberar SF6-gas en stor mängd energi under nedbrytningen, vilket ger en stark kylningseffekt på bågen. SF6-gas har en affinitet för fria elektroner. Därför kommer det i värmezonens rymd faktiskt endast att finnas en mycket liten ledningsförmåga eller ingen alls, men dess värmefördelningsförmåga är ganska hög. SF6-gas nedbryts snabbt inom en relativt låg temperaturintervall (2000 - 2500K). När SF6-gas nedbryts i bågeskyddszonen absorberar den en betydande mängd värme från bågen, vilket ger SF6-gas utmärkta bukgassläckningskapaciteter. I SF6-gas, när bågearret närmar sig noll, finns det endast en mycket tunn båge med hög temperatur, och dess omgivande område består av icke-ledande lager.

Därför återhämtar dielektriska styrkan för bågeluckan snabbt efter att strömmen passerat noll och överskrider återhämtningsspänningshastigheten. I SF6-gas finns en extremt tunn båge även vid mycket låga strömnivåer. Detta är en mycket önskvärd egenskap vid brytarens avbrott, eftersom det uppfyller kravet på en snabb övergång från en bra ledare till en isolator när strömmen passerar noll. Precis på grund av dessa egenskaper, även vid avbrott av små strömmar, håller bågearret ihop tills strömmen når noll och kan fortfarande kontinuerligt krympa. Detta förhindrar tvungen strömavbrott, dvs. strömkavring, och därmed minskar förekomsten av växlingsöverspänningar.

Stark elektrofobi

Elektrofobi hänvisar till tendensen för molekyler eller upplösta atomer att bilda negativa jon. SF6 har en stark förmåga att absorbera elektroner, vilket kallas elektrofobi. SF6 och de halogengaser och atomer som bildas genom dess nedbrytning absorberar starkt elektroner i bågen, vilket bildar negativa jon. Eftersom massan av negativa jon är mycket större än elektronernas, är rörelsehastigheten för negativa jon under inflytande av ett elektriskt fält mycket långsammare än för elektroner. I elektriska fälts rörelse lätt reknas negativa jon med positiva jon för att forma neutrala molekyler. Därför är försvinnandeprocessen för rumsledningsförmåga extremt snabb. Detta fenomen har samma effekt som en mycket stark kylningseffekt i jonisationsrummet, vilket resulterar i en mycket snabb förändring av rumsledningsförmågan nära nollgenomgången av bågearret. Denna egenskap, tillsammans med egenskapen att bågen formar en extremt tunn kärna, förkortar bågetidskonstanten betydligt. På så sätt ger den starka elektrofobin SF6 utmärkta isolerande egenskaper.

De grundläggande kraven för en bukgassläckningsmedium är inte bara hög dielektrisk styrka, utan ännu viktigare, en hög återhämtningshastighet av dielektrisk styrka. Den bör också ha en annan viktig egenskap: en mycket liten termisk tidskonstant när bågearret passerar noll. SF6-gas, som en bukgassläckningsmedium, har dessa egenskaper. Den beror inte bara på isentropisk kylningseffekt som bildas av tryckgradienten av gasflöden, utan huvudsakligen på de specifika termokemiska egenskaperna och starka elektrofobin av SF6-gas, vilket ger SF6-gas särskilt starka bukgassläckningskapaciteter. Precis på grund av att SF6-gas har utmärkta bukgassläcknings- och isolerande egenskaper, och dess kemiska egenskaper är stabila och ogiftiga, har användningen av SF6-gas i områden som strömförsörjning och transformatorer, säkringar och kontaktor, kontinuerligt expanderat.

Gasisolera inomslutna metalliska brytare (GIS) har utvecklats ytterligare baserat på SF6-brytare. GIS omsluter brytare, kopplingsskop, jordningskopplingar, ström- och spänningstransformatorer, surgeskydd, och anslutande busbar inom en metallisk inneslutning och fyller den med SF6-gas, vilket har utmärkta bukgassläcknings- och isolerande egenskaper, som fungerar som isolering mellan faserna och till marken. På grund av sin inneslutna och modulära natur, tar den lite plats, påverkas inte av extern miljö, genererar ingen buller eller radiostörning, drivs säkert och pålitligt, och kräver minimal underhållsarbete, vilket har lett till betydande utveckling.

Struktur av trefasig innesluten GIS

I en trefasig innesluten GIS installeras de tre faserna av huvudkretsens komponenter i en gemensam jordad yttre inneslutning, stöds och isoleras av epoxiharts gjutna isolatorer. Denna typ av GIS har en kompakt struktur, med en minskad antal yttre inneslutningar, vilket kan signifikant spara material. Dessutom, på grund av den minskade antalet tätningspunkter och den förkortade tätningslängden, är gasläckagen låg. Dessutom kan det också minska cirkulerande strömmen under drift och förenkla underhållsarbete. Den trefasiga inneslutna GIS har en relativt liten total storlek, färre komponenter, mindre slit och slitage på yttre inneslutningar, och en kort installationscykel. Men dess nackdel är den ojämna interna elektriska fältet, med ömsesidig fas-till-fas påverkan, vilket gör den benägen för fas-till-fas fläckning.

Den trefasiga inneslutna typen kallas också för trefasig gemensam tanktyp. De trefasiga busbars är fastställda inom cylindern genom isolatorer, arrangerade i en triangelform. Varje funktionsenhet av GIS består av flera rum. Rummet indelning bör inte bara uppfylla normala driftkrav, utan också kunna begränsa bågen i fall av intern fel. Olika rum tillåter olika gastryck. Till exempel, kopplingsskoprum, med tanke på bågsläckningseffekt, kräver ett gastryck på cirka 0,6 MPa, medan andra rum har relativt lägre tryck.

Nyckelteknologier för intelligenta högspänningsbrytare

Teknikinnehållet i intelligenta högspänningsbrytare är extremt omfattande. Dess huvudteknologier inkluderar:

• Brytningens intelligens: Övervakning och diagnos av driftstillståndet för öppnings- och stängningsenheter;

• Sekundär kontroll intelligens: Använda distribuerad arkitektur, nätverkskopplad teknologi och omfattande övervakningsteknik för att uppnå signalinsamling - sensor teknik, som Rogowski-luftkärnade toroidala spolar för sammansatta ström- och spänningsensorer, slaglängdsensorer och gasyttighetsensorer;

• Övervakning av isoleringsprestanda: Partiell utsläppsdetektion, detektion av avvikande ledningsförmåga, och mikropartikeldetektion;

• Fel-diagnos och beslutsfattningssystem: Analysera signaler genom signalanalys för att göra bedömningar och beslut;

• Elektromagnetisk kompatibilitet (EMC): Huvudsakligen undertrycka interferens från anti-interferenskopplingsvägar, det vill säga eliminera eller försvaga olika faktorer som bildar en kopplad gemensam impedans. Metoder inkluderar skärmning, isolering och filtrering;

• Specialiserad mikrodator R & D: Utveckla specialiserade integrerade kretsar och programvara för att förbättra tillämpbarheten, realtidsegenskaperna och operativsystemet för mikrodatorer, och förbättra driftsnivån och pålitligheten för högspänningsbrytare.