Тенденції розвитку ГІС

Модуляризація високовольтного комутаційного обладнання

Завдяки заходам з мініатюризації кожного компонента та деталі, а також загальній мініатюрній розташуванні, розмір високовольтного комутаційного обладнання постійно зменшується. Існує широкий вибір комбінацій комутаційного обладнання, з гнучкими методами комбінації та дуже компактними конструкціями. Газоізольоване металеве закрите комутаційне обладнання (GIS) охоплює більшість високовольтних електричних приладів та пристроїв захисту та контролю, інтегруючи функції первинно окремих електричних приладів в одне ціле. Таким чином, можна сказати, що рівень проектування та виробництва GIS представляє рівень газоізольованого металевого закритого комутаційного обладнання.

Газоізольоване металеве закрите комутаційне обладнання (GIS) — це новий тип електричного приладу, який з'явився в середині 1960-х років. Оскільки воно є одночасно закритим та модульним, то має невелику площу, займає менше простору, не піддається впливу зовнішнього середовища, не створює шуму чи радіоінтерференції, має безпечну та надійну роботу з мінімальними роботами з технічного обслуговування, тому його розвиток був значним. З моменту свого введення, воно постійно розвивалось в напрямку вищого напруги, більшої потужності та мініатюризації. Через роки операційного досвіду в Індонезії та постійних покращень дизайну, GIS не лише прогресувало в напрямку вищої напруги та більшої потужності, але й постійно інновувало.

Основні характеристики та принцип гасіння дуги гексафториду сульфуру (SF6)

Останніми роками SF6 газ швидко розвивався як середовище для гасіння дуги в автоматичних вимикачах. SF6 газ спочатку був добре відомий як ізоляційний газ, який має кілька разів більшу ізоляційну здатність, ніж повітря. Він має надзвичайно сильні здібності до гасіння дуги, і перехід від провідної дуги до ізолятора відбувається на дуже високій швидкості. Тому, у високовольтних автоматичних вимикачах, SF6 газ може служити як середовище для гасіння дуги, так і як ізоляційне середовище. Найважливіші характеристики SF6 газу наступні:

Відмінні основні властивості

Чистий SF6 газ — це безбарвний, беззапахний, нетоксичний та неспалахонебезпечний галогенний сполуковий газ. При нормальних температурних умовах, тобто при 20°C і 0.1MPa, його густина в п'ять разів більша, ніж у повітря. Теплопередавальний коефіцієнт SF6 газу, включаючи конвективні ефекти, становить 1.6 разів більший, ніж у повітря.

Специфічні термохімічні властивості
Експерименти показують, що температура розкладу SF6 газу нижча, ніж у повітря, але енергія, необхідна для розкладу, вища. В результаті, SF6 газ поглинає велику кількість енергії під час розкладу, забезпечуючи сильний холодильний ефект на дузі. SF6 газ має афінітет до вільних електронів. Тому, у гарячій зоні, фактично буде лише дуже мала провідність або взагалі жодної, але його теплопровідність досить висока. SF6 газ швидко розкладається в досить низькому температурному діапазоні (2000-2500K). Коли SF6 газ розкладається в зоні оболонки дуги, він поглинає значну кількість тепла від дуги, надаючи SF6 газу відмінні здібності до гасіння дуги. У SF6 газу, коли струм дуги наближається до нуля, лише дуже тонка дугова серцевина має високу температуру, а її оточуюча область складається з непровідних шарів.

Тому, після проходження струму через нуль, диелектрична стійкість дугового проміжку швидко відновлюється і перевищує швидкість відновлення напруги. У SF6 газу, надзвичайно тонка дугова серцевина зберігається навіть при дуже низьких рівнях струму. Це дуже бажана характеристика при перериванні автоматичним вимикачем, оскільки вона задовольняє вимогу швидкого переходу від хорошого провідника до ізолятора, коли струм проходить через нуль. Саме завдяки цим характеристикам, навіть при перериванні малих струмів, дугова серцевина залишається неперервною до того, як струм досягає нуля, і все ще може постійно скорочуватися. Це запобігає примусовому перериванню струму, тобто перериванню струму, і таким чином зменшує виникнення переключувальних перенапруг.

Сильна електронегативність

Електронегативність — це схилення молекул або розщеплених атомів до формування від'ємних іонів. SF6 має сильну здатність до адсорбції електронів, що відомо як електронегативність. SF6 та галогенні молекули та атоми, утворені в результаті його розкладу, сильно адсорбують електрони в дузі, формуючи від'ємні іони. Оскільки маса від'ємних іонів значно більша, ніж маса електронів, швидкість руху від'ємних іонів під впливом електричного поля значно менша, ніж швидкість руху електронів. Під час руху в електричному полі, від'ємні іони легко рекомбінуються з додатними іонами, формуючи нейтральні молекули. Тому, процес зникнення просторової провідності є надзвичайно швидким. Цей феномен має такий самий ефект, як дуже сильна здатність до охолодження в іонізованому просторі, що призводить до дуже швидкого зміни просторової провідності поблизу перетину дугового струму через нуль. Ця характеристика, поєднана з характеристикою формування дуже тонкої дугової серцевини, значно скорочує часову сталу дуги. Тому, сильна електронегативність надає SF6 відмінних ізоляційних властивостей.

Основні вимоги до середовища для гасіння дуги — це не лише висока диелектрична стійкість, але, що важливіше, висока швидкість відновлення диелектричної стійкості. Воно також повинно мати іншу ключову характеристику: дуже малий тепловий часовий параметр, коли дуговий струм проходить через нуль. SF6 газ, як середовище для гасіння дуги, має ці характеристики. Він спирається не лише на ізентропічний холодильний ефект, утворений градієнтом тиску газових потоків, але головним чином на специфічні термохімічні властивості та сильну електронегативність SF6 газу, які надають SF6 газу особливо сильні здібності до гасіння дуги. Саме завдяки відмінним здібностям до гасіння дуги та ізоляції, а також стабільним хімічним властивостям та нетоксичності, застосування SF6 газу у таких сферах, як передача та перетворення електроенергії, трансформатори, предохранители та контактори, постійно розширюється.

Газоізольоване металеве закрите комутаційне обладнання (GIS) було подальше розвинуто на основі SF6 автоматичних вимикачів. GIS закриває автоматичні вимикачі, відключення, заземлювачі, трансформатори струму та напруги, грозозахисні пристрої та з'єднуючі шини в металевій оболонці та заповнює їх SF6 газом, який має відмінні здібності до гасіння дуги та ізоляції, що служать ізоляцією між фазами та до землі. Завдяки своїй закритій та модульної природі, воно займає невелику площу та менше простору, не піддається впливу зовнішнього середовища, не створює шуму чи радіоінтерференції, працює безпечно та надійно, і потребує мінімального технічного обслуговування, тому його розвиток був значним.

Конструкція трифазного закритого GIS

У трифазному закритому GIS три фази основних компонентів встановлюються в загальній заземленій зовнішній оболонці, підтримуються та ізольовані епоксидно-резиновими литими ізоляторами. Такий тип GIS має компактну конструкцію, зі зменшеною кількістю зовнішніх оболонок, що значно економить матеріали. Крім того, через зменшену кількість точок герметизації та скорочену довжину герметизації, ступінь витоку газу низька. Крім того, він також зменшує циркуляційний струм під час роботи та спрощує роботи з технічного обслуговування. Трифазне закрите GIS має відносно невеликий загальний розмір, меншу кількість компонентів, менший витривання зовнішніх оболонок та короткий цикл встановлення. Однак, його недоліком є нерівномірне внутрішнє електричне поле, з взаємним впливом між фазами, що робить його схильним до міжфазних пробою.

Трифазний закритий тип також відомий як трифазний зі спільним резервуаром. Трифазні шини фіксуються всередині циліндру через ізолятори, розташовані у трикутному порядку. Кожна функціональна одиниця GIS складається з кількох секцій. Розділення на секції повинно не лише задовольняти вимоги нормальній роботі, але й здатне обмежити дугу в разі внутрішнього дефекту. Різні секції дозволяють різний тиск газу. Наприклад, секція відключення, враховуючи ефект гасіння дуги, потребує тиску газу приблизно 0.6 MPa, тоді як інші секції мають відносно нижчий тиск.

Ключові технології для інтелектуалізації високовольтного комутаційного обладнання

Технологічний зміст інтелектуального високовольтного комутаційного обладнання надзвичайно широкий. Його основні технології включають:

• Інтелектуальне управління переключеннями: моніторинг та діагностика стану пристроїв відкриття та замикання;

• Інтелектуальне вторинне управління: використання розподіленої архітектури, мережевих технологій та комплексного моніторингу для забезпечення збору сигналів — сенсорних технологій, таких як Rogowski безсередні тороїдальні катушки для комбінованих сенсорів струму та напруги, сенсорів ходу та сенсорів густини газу;

• Моніторинг ізоляційних властивостей: виявлення локальних випадкових випробувань, виявлення аномального проводіння та виявлення мікрочастинок;

• Система діагностики аварій та прийняття рішень: аналіз сигналів для винесення суджень та прийняття рішень;

• Електромагнітна сумісність (EMC): головним чином підтримка інтерференції від антиінтерференційних шляхів з'єднання, тобто елімінація або послаблення різних факторів, що утворюють спільну імпедансну зв'язку. Методи включають екранування, ізоляцію та фільтрацію;

• Розробка спеціалізованих мікрокомп'ютерів: розробка спеціалізованих інтегрованих схем та програмного забезпечення для підвищення придатності, реального часу та операційної системи мікрокомп'ютерів, а також підвищення рівня роботи та надійності високовольтного комутаційного обладнання.