แนวโน้มการพัฒนาของ GIS

การแยกส่วนของอุปกรณ์สวิตช์แรงดันสูง

เนื่องจากมีการลดขนาดของแต่ละส่วนประกอบและชิ้นส่วนรวมถึงการจัดวางที่มีขนาดเล็ก ทำให้ขนาดของอุปกรณ์สวิตช์แรงดันสูงลดลงอย่างต่อเนื่อง มีหลากหลายรูปแบบของการผสมผสานอุปกรณ์สวิตช์ วิธีการผสมผสานที่ยืดหยุ่นและโครงสร้างที่กระชับมาก ระบบสวิตช์แรงดันสูงที่ปิดผนึกด้วยโลหะ (GIS) ครอบคลุมอุปกรณ์ไฟฟ้าแรงดันสูงส่วนใหญ่และอุปกรณ์ตรวจจับป้องกัน รวมฟังก์ชันของอุปกรณ์ไฟฟ้าที่แยกออกจากกันเข้าไว้ในหน่วยเดียว ดังนั้นจึงสามารถกล่าวได้ว่าระดับการออกแบบและการผลิตของ GIS แสดงถึงระดับของระบบสวิตช์แรงดันสูงที่ปิดผนึกด้วยโลหะ

ระบบสวิตช์แรงดันสูงที่ปิดผนึกด้วยโลหะ (GIS) เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าประเภทใหม่ที่เกิดขึ้นในช่วงกลางปี ค.ศ. 1960 ด้วยความที่เป็นระบบปิดและแยกส่วน ทำให้มีพื้นที่ใช้สอยน้อย ใช้พื้นที่น้อย ไม่ได้รับผลกระทบจากสภาพแวดล้อมภายนอก ไม่มีเสียงหรือการรบกวนทางวิทยุ และมีการทำงานที่ปลอดภัยเชื่อถือได้พร้อมการบำรุงรักษาที่น้อย จึงมีการพัฒนาอย่างมาก ตั้งแต่เริ่มต้นใช้งาน ระบบได้พัฒนาไปสู่แรงดันที่สูงขึ้น กำลังที่มากขึ้น และขนาดที่เล็กลง ผ่านประสบการณ์การดำเนินงานหลายปีในอินโดนีเซียและการปรับปรุงการออกแบบอย่างต่อเนื่อง GIS ได้พัฒนาไม่เพียงแค่ในด้านแรงดันที่สูงขึ้นและกำลังที่มากขึ้น แต่ยังมีการสร้างสรรค์นวัตกรรมอย่างต่อเนื่อง

คุณสมบัติพื้นฐานและหลักการดับอาร์คของแก๊สซัลเฟอร์เฮกซาฟลูออไรด์ (SF6)

ในช่วงหลายปีที่ผ่านมา SF6 ได้รับการพัฒนาอย่างรวดเร็วในฐานะสารดับอาร์คสำหรับเบรกเกอร์ แก๊ส SF6 ได้รับความรู้จักว่าเป็นแก๊สฉนวนที่มีความแข็งแรงในการฉนวนหลายเท่าของอากาศ มีความสามารถในการดับอาร์คที่แข็งแกร่งมาก และการเปลี่ยนจากอาร์คที่นำไฟฟ้าเป็นฉนวนเกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว ดังนั้น ในเบรกเกอร์แรงดันสูง แก๊ส SF6 สามารถใช้ทั้งเป็นสารดับอาร์คและสารฉนวน คุณสมบัติที่โดดเด่นของแก๊ส SF6 คือดังนี้:

คุณสมบัติพื้นฐานที่ยอดเยี่ยม

แก๊ส SF6 บริสุทธิ์เป็นแก๊สที่ไม่มีสี ไม่มีกลิ่น ไม่มีพิษ และไม่ติดไฟ ภายใต้เงื่อนไขอุณหภูมิปกติ คือ 20°C และ 0.1MPa ความหนาแน่นของมันเป็น 5 เท่าของอากาศ ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนของแก๊ส SF6 รวมถึงผลกระทบจากการพาความร้อนเป็น 1.6 เท่าของอากาศ

คุณสมบัติเทอร์โมเคมีเฉพาะ
การทดลองแสดงให้เห็นว่าอุณหภูมิการแตกตัวของแก๊ส SF6 ต่ำกว่าอากาศ แต่พลังงานที่ต้องการในการแตกตัวสูงกว่า ดังนั้น แก๊ส SF6 ดูดซับพลังงานจำนวนมากในการแตกตัว ทำให้มีผลการทำให้อาร์คเย็นลง แก๊ส SF6 มีความชอบดูดซับอิเล็กตรอนอิสระ ดังนั้น ในพื้นที่ที่ร้อน จะมีความนำไฟฟ้าเพียงเล็กน้อยหรือไม่มีเลย แต่ค่าการนำความร้อนค่อนข้างสูง แก๊ส SF6 แตกตัวอย่างรวดเร็วในช่วงอุณหภูมิที่ต่ำ (2000-2500K) เมื่อแก๊ส SF6 แตกตัวในพื้นที่ที่ปกคลุมอาร์ค มันจะดูดซับความร้อนจากอาร์คเป็นจำนวนมาก ทำให้แก๊ส SF6 มีความสามารถในการดับอาร์คที่ยอดเยี่ยม ในแก๊ส SF6 เมื่อกระแสอาร์คใกล้ศูนย์ จะมีเพียงแกนอาร์คที่บางมากที่มีอุณหภูมิสูง และพื้นที่รอบๆ ประกอบด้วยชั้นที่ไม่นำไฟฟ้า

ดังนั้น หลังจากกระแสผ่านศูนย์ ความแข็งแรงของฉนวนในช่องว่างอาร์คฟื้นฟูอย่างรวดเร็วและเกินความเร็วของการฟื้นฟูแรงดัน ในแก๊ส SF6 แกนอาร์คที่บางมากยังคงอยู่แม้ในระดับกระแสที่ต่ำ นี่เป็นคุณสมบัติที่ต้องการอย่างมากในการตัดวงจรเบรกเกอร์ เพราะตรงตามความต้องการในการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วจากคอนดักเตอร์ที่ดีเป็นฉนวนเมื่อกระแสผ่านศูนย์ ด้วยคุณสมบัติเหล่านี้ แม้กระทั่งในการตัดกระแสที่ต่ำ แกนอาร์คยังคงต่อเนื่องจนกระทั่งกระแสถึงศูนย์และยังสามารถหดตัวต่อเนื่องได้ ซึ่งป้องกันการตัดกระแสโดยบังคับ คือ การตัดกระแส ทำให้ลดการเกิดแรงดันสูงจากการสลับสถานะ

ความ electronegativity ที่สูง

electronegativity หมายถึงแนวโน้มของโมเลกุลหรืออะตอมที่แยกออกมาในการสร้างไอออนลบ SF6 มีความสามารถในการดูดซับอิเล็กตรอนที่สูง ซึ่งเรียกว่า electronegativity SF6 และโมเลกุลและอะตอมฮาโลเจนที่เกิดจากการแตกตัวของ SF6 ดูดซับอิเล็กตรอนในอาร์ค สร้างไอออนลบ ด้วยมวลของไอออนลบมากกว่าอิเล็กตรอนมาก ความเร็วการเคลื่อนที่ของไอออนลบภายใต้สนามไฟฟ้าช้ากว่าอิเล็กตรอนมาก ในกระบวนการเคลื่อนที่ของสนามไฟฟ้า ไอออนลบสามารถรวมตัวกับไอออนบวกได้ง่าย สร้างโมเลกุลที่เป็นกลาง ดังนั้น กระบวนการหายไปของความนำไฟฟ้าในพื้นที่เป็นไปอย่างรวดเร็ว ปรากฏการณ์นี้มีผลเหมือนกับความสามารถในการทำความเย็นที่สูงมากในพื้นที่ที่มีการไอโอไนซ์ ทำให้ความนำไฟฟ้าในพื้นที่ใกล้ศูนย์ของกระแสอาร์คเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว คุณสมบัตินี้ ร่วมกับคุณสมบัติของอาร์คที่มีแกนที่บางมาก ทำให้ค่าคงที่เวลาของอาร์คสั้นลงอย่างมาก ดังนั้น ความ electronegativity ที่สูงทำให้ SF6 มีคุณสมบัติฉนวนที่ยอดเยี่ยม

ความต้องการพื้นฐานของสารดับอาร์คไม่เพียงแค่ความแข็งแรงของฉนวนที่สูง แต่ยังสำคัญคือความเร็วในการฟื้นฟูความแข็งแรงของฉนวน ควรมีคุณสมบัติที่สำคัญอีกอย่างคือค่าคงที่เวลาความร้อนที่เล็กมากเมื่อกระแสอาร์คผ่านศูนย์ แก๊ส SF6 ซึ่งเป็นสารดับอาร์คมีคุณสมบัติเหล่านี้ ไม่เพียงแต่อาศัยผลของการทำความเย็นแบบ isentropic จากความลาดชันของแรงดันของกระแสลม แต่ยังอาศัยคุณสมบัติเทอร์โมเคมีเฉพาะและความ electronegativity ที่สูงของแก๊ส SF6 ซึ่งทำให้แก๊ส SF6 มีความสามารถในการดับอาร์คที่แข็งแกร่งมาก ด้วยคุณสมบัติในการดับอาร์คและฉนวนที่ยอดเยี่ยมของแก๊ส SF6 และคุณสมบัติทางเคมีที่มั่นคงและไม่มีพิษ การใช้งานของแก๊ส SF6 ในสาขาต่างๆ เช่น การส่งและเปลี่ยนแปลงไฟฟ้า หม้อแปลง ฟิวส์ และคอนแทคเตอร์ ได้ขยายตัวอย่างต่อเนื่อง

ระบบสวิตช์แรงดันสูงที่ปิดผนึกด้วยโลหะ (GIS) ได้พัฒนาต่อยอดจากเบรกเกอร์ SF6 GIS ปิดผนึกเบรกเกอร์ ดิสคอนเนกเตอร์ สวิตช์ต่อพื้น ทรานส์ฟอร์เมอร์กระแสและแรงดัน หลอดฟ้า และบัสบาร์เชื่อมต่อภายในเคสโลหะ และเติมด้วยแก๊ส SF6 ซึ่งมีคุณสมบัติดับอาร์คและฉนวนที่ยอดเยี่ยม ทำหน้าที่เป็นฉนวนระหว่างเฟสและกับพื้นดิน ด้วยความที่เป็นระบบปิดและแยกส่วน ทำให้มีพื้นที่ใช้สอยน้อย ใช้พื้นที่น้อย ไม่ได้รับผลกระทบจากสภาพแวดล้อมภายนอก ไม่มีเสียงหรือการรบกวนทางวิทยุ และมีการทำงานที่ปลอดภัยเชื่อถือได้พร้อมการบำรุงรักษาที่น้อย จึงมีการพัฒนาอย่างมาก

โครงสร้างของ GIS ปิดผนึกสามเฟส

ใน GIS ปิดผนึกสามเฟส ส่วนประกอบหลักของวงจรสามเฟสติดตั้งอยู่ในเคสโลหะนอกที่มีการต่อพื้นร่วมกัน รองรับและฉนวนโดยอินซูลเลเตอร์ที่หล่อจากเรซินอีพ็อกซี่ ระบบ GIS ชนิดนี้มีโครงสร้างที่กระชับ จำนวนเคสนอกน้อยลง ทำให้ประหยัดวัสดุได้มาก นอกจากนี้ ด้วยจำนวนจุดปิดผนึกที่น้อยลงและระยะปิดผนึกที่สั้นลง อัตราการรั่วไหลของแก๊สน้อยลง ยังสามารถลดกระแสวนขณะทำงานและทำให้งานบำรุงรักษาง่ายขึ้น GIS ปิดผนึกสามเฟสมีขนาดโดยรวมที่ค่อนข้างเล็ก จำนวนส่วนประกอบน้อย ความสึกหรอของเคสนอกน้อย และระยะเวลาการติดตั้งสั้น แต่ข้อเสียคือสนามไฟฟ้าภายในไม่สม่ำเสมอ มีการกระทบกันระหว่างเฟส ทำให้เกิดการแฟลชโอเวอร์ระหว่างเฟสได้ง่าย

ระบบปิดผนึกสามเฟส ยังเรียกว่าระบบสามเฟสในถังเดียวกัน บัสบาร์สามเฟสติดตั้งภายในกระบอกผ่านอินซูลเลเตอร์ โดยจัดเรียงเป็นรูปสามเหลี่ยม แต่ละหน่วยการทำงานของ GIS ประกอบด้วยคอมพาร์ทเมนต์หลายแห่ง การแบ่งคอมพาร์ทเมนต์ควรตอบสนองความต้องการในการทำงานปกติ และสามารถจำกัดอาร์คในกรณีที่เกิดข้อผิดพลาดภายในได้ คอมพาร์ทเมนต์ต่างๆ สามารถมีความดันแก๊สที่แตกต่างกัน เช่น คอมพาร์ทเมนต์ดิสคอนเนกเตอร์ ด้วยเหตุผลของการดับอาร์ค ต้องการความดันแก๊สประมาณ 0.6 MPa ในขณะที่คอมพาร์ทเมนต์อื่นมีความดันที่ต่ำกว่า

เทคโนโลยีสำคัญสำหรับสวิตช์แรงดันสูงอัจฉริยะ

เนื้อหาทางเทคโนโลยีของสวิตช์แรงดันสูงอัจฉริยะมีความกว้างขวางมาก เทคโนโลยีหลักๆ ได้แก่:

• การควบคุมการเปิด-ปิดอัจฉริยะ: การตรวจสอบและวินิจฉัยสถานะการทำงานของอุปกรณ์เปิด-ปิด;

• การควบคุมสองครั้งอัจฉริยะ: การใช้สถาปัตยกรรมแบบกระจาย เทคโนโลยีเครือข่าย และเทคโนโลยีการตรวจสอบแบบครบวงจร เพื่อการรับสัญญาณ-เทคโนโลยีเซ็นเซอร์ เช่น โค일โรโกวสกี้แบบไม่มีแกนสำหรับเซ็นเซอร์กระแสและแรงดัน เซ็นเซอร์การเคลื่อนที่ และเซ็นเซอร์ความหนาแน่นของแก๊ส;

• การตรวจสอบประสิทธิภาพฉนวน: การตรวจจับการปล่อยประจุบางส่วน การตรวจจับการนำไฟฟ้าที่ผิดปกติ และการตรวจจับอนุภาคขนาดเล็ก;

• ระบบวินิจฉัยและตัดสินใจ: การวิเคราะห์สัญญาณเพื่อทำการวินิจฉัยและตัดสินใจ;

• ความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMC): การปราบปรามการรบกวนจากเส้นทางการคู่ขนานป้องกันการรบกวน คือ การกำจัดหรือลดปัจจัยต่างๆ ที่สร้างคู่ขนานความต้านทานร่วมกัน วิธีการรวมถึงการป้องกัน การแยก และการกรอง;

• การพัฒนาไมโครคอมพิวเตอร์เฉพาะทาง: การพัฒนาวงจรรวมและซอฟต์แวร์เฉพาะ เพื่อเพิ่มความเหมาะสม ความเร็วในการทำงาน และระบบปฏิบัติการของไมโครคอมพิวเตอร์ และเพิ่มระดับการทำงานและความน่าเชื่อถือของสวิตช์แรงดันสูง