Xu hướng Phát triển của GIS
Mô-đun hóa thiết bị đóng cắt điện áp cao
Do các biện pháp thu nhỏ được áp dụng cho từng thành phần và bộ phận, cũng như bố cục tổng thể được thu nhỏ, kích thước của thiết bị đóng cắt điện áp cao đã liên tục giảm. Có rất nhiều loại kết hợp thiết bị đóng cắt, với các phương pháp kết hợp linh hoạt và cấu trúc rất gọn gàng. Thiết bị đóng cắt kim loại kín khí (GIS) bao gồm hầu hết các thiết bị điện áp cao và thiết bị phát hiện bảo vệ, tích hợp chức năng của các thiết bị điện ban đầu riêng lẻ thành một thực thể. Do đó, có thể nói rằng trình độ thiết kế và sản xuất của GIS đại diện cho trình độ của thiết bị đóng cắt kim loại kín khí.
Thiết bị đóng cắt kim loại kín khí (GIS) là một loại thiết bị điện mới xuất hiện vào giữa những năm 1960. Vì nó vừa kín lại vừa mô-đun, nên có diện tích chiếm ít, chiếm ít không gian, không bị ảnh hưởng bởi môi trường bên ngoài, không tạo ra tiếng ồn hoặc nhiễu radio, và hoạt động an toàn, đáng tin cậy với công việc bảo trì tối thiểu, vì vậy nó đã phát triển đáng kể. Kể từ khi được giới thiệu, nó đã liên tục phát triển hướng đến điện áp cao hơn, dung lượng lớn hơn và thu nhỏ. Qua nhiều năm kinh nghiệm vận hành tại Indonesia và cải tiến thiết kế liên tục, GIS không chỉ tiến bộ về điện áp cao và dung lượng lớn mà còn liên tục đổi mới.
Đặc tính cơ bản và nguyên lý dập hồ quang của khí lưu huỳnh hexafluorua (SF6)
Trong những năm gần đây, khí SF6 đã chứng kiến sự phát triển nhanh chóng như một chất dập hồ quang cho cầu chì. Khí SF6 ban đầu nổi tiếng là một khí cách điện có cường độ cách điện gấp nhiều lần so với không khí. Nó có khả năng dập hồ quang cực kỳ mạnh, và quá trình chuyển từ hồ quang dẫn điện sang vật liệu cách điện xảy ra ở tốc độ rất cao. Do đó, trong các cầu chì điện áp cao, khí SF6 có thể phục vụ cả vai trò là chất dập hồ quang và chất cách điện. Các đặc điểm nổi bật nhất của khí SF6 là như sau:
Các Tính Chất Cơ Bản Xuất Sắc
Khí SF6 tinh khiết là một khí halogen màu trắng, không mùi, không độc và không cháy. Ở điều kiện nhiệt độ bình thường, tức là 20°C và 0,1MPa, mật độ của nó gấp năm lần so với không khí. Hệ số truyền nhiệt của khí SF6, bao gồm cả hiệu ứng đối lưu, là 1,6 lần so với không khí.
Các Đặc Tính Thermochemical Cụ Thể
Các thí nghiệm cho thấy nhiệt độ phân hủy của khí SF6 thấp hơn so với không khí, trong khi năng lượng phân hủy cần thiết cao hơn. Kết quả là, khí SF6 hấp thụ một lượng lớn năng lượng trong quá trình phân hủy, tạo ra hiệu ứng làm mát mạnh mẽ đối với hồ quang. Khí SF6 có khả năng hấp thụ electron tự do. Do đó, trong không gian vùng nóng, sẽ chỉ có một điện trở rất nhỏ hoặc không có điện trở nào, nhưng khả năng dẫn nhiệt của nó khá cao. Khí SF6 phân hủy nhanh chóng trong khoảng nhiệt độ tương đối thấp (2000 - 2500K). Khi khí SF6 phân hủy trong khu vực bao phủ hồ quang, nó hấp thụ một lượng lớn nhiệt từ hồ quang, trao cho khí SF6 khả năng dập hồ quang xuất sắc. Trong khí SF6, khi dòng điện tiếp cận zero, chỉ có một lõi hồ quang rất mỏng có nhiệt độ cao, và khu vực xung quanh bao gồm các lớp không dẫn điện.
Do đó, sau khi dòng điện qua zero, khả năng chịu điện của khe hồ quang hồi phục nhanh chóng và vượt quá tốc độ hồi phục của điện áp. Trong khí SF6, một lõi hồ quang rất mỏng vẫn tồn tại ngay cả ở mức dòng điện rất thấp. Đây là một đặc điểm rất mong muốn trong việc ngắt mạch, vì nó đáp ứng yêu cầu chuyển nhanh từ một dẫn điện tốt sang cách điện khi dòng điện qua zero. Chính vì những đặc điểm này, ngay cả khi ngắt dòng điện nhỏ, lõi hồ quang vẫn liên tục cho đến khi dòng điện đạt zero và vẫn có thể co lại liên tục. Điều này ngăn chặn việc ngắt dòng điện ép buộc, tức là cắt dòng, và do đó giảm sự xuất hiện của điện áp chuyển mạch.
Điện Tích Âm Mạnh
Điện tích âm đề cập đến xu hướng của các phân tử hoặc nguyên tử phân ly để hình thành ion âm. SF6 có khả năng hấp thụ electron mạnh, được gọi là điện tích âm. SF6 và các phân tử halogen và nguyên tử được tạo ra từ quá trình phân hủy của nó hấp thụ electron mạnh trong hồ quang, hình thành ion âm. Do khối lượng của ion âm lớn hơn nhiều so với electron, tốc độ di chuyển của ion âm dưới tác động của điện trường chậm hơn nhiều so với electron. Trong quá trình di chuyển theo điện trường, ion âm dễ dàng tái hợp với ion dương để tạo thành phân tử trung hòa. Do đó, quá trình biến mất của điện trở không gian diễn ra cực kỳ nhanh chóng. Hiện tượng này có cùng hiệu ứng như khả năng làm mát mạnh mẽ trong không gian ion hóa, dẫn đến sự thay đổi rất nhanh của điện trở không gian gần điểm giao nhau của dòng hồ quang. Đặc điểm này, kết hợp với đặc điểm hình thành lõi hồ quang rất mỏng, làm giảm đáng kể hằng số thời gian của hồ quang. Do đó, điện tích âm mạnh trao cho SF6 các đặc tính cách điện xuất sắc.
Yêu cầu cơ bản đối với chất dập hồ quang không chỉ là cường độ cách điện cao mà còn quan trọng hơn là tốc độ hồi phục nhanh chóng của cường độ cách điện. Nó cũng phải có một đặc điểm khác rất quan trọng: hằng số nhiệt rất nhỏ khi dòng hồ quang qua zero. Khí SF6, như một chất dập hồ quang, có những đặc điểm này. Nó dựa không chỉ vào hiệu ứng làm mát đẳng nhiệt được tạo thành bởi gradient áp suất của dòng khí mà chủ yếu là các đặc tính thermochemical cụ thể và điện tích âm mạnh của khí SF6, trao cho khí SF6 khả năng dập hồ quang cực kỳ mạnh. Chính vì khí SF6 có các đặc tính dập hồ quang và cách điện xuất sắc, và tính chất hóa học ổn định, không độc, nên ứng dụng của khí SF6 trong các lĩnh vực như truyền tải và biến đổi điện, biến thế, cầu chì và tiếp điểm đã không ngừng mở rộng.
Thiết bị đóng cắt kim loại kín khí (GIS) đã được phát triển thêm dựa trên các cầu chì SF6. GIS bao gồm các cầu chì, công tắc cách ly, công tắc nối đất, biến dòng và biến áp, chống sét, và busbar kết nối trong một vỏ kim loại và điền đầy khí SF6, có các đặc tính dập hồ quang và cách điện xuất sắc, làm cách điện giữa các pha và với đất. Do tính chất kín và mô-đun, nó chiếm ít diện tích và không gian, không bị ảnh hưởng bởi môi trường bên ngoài, không tạo ra tiếng ồn hoặc nhiễu radio, hoạt động an toàn và đáng tin cậy, và đòi hỏi công việc bảo trì tối thiểu, do đó đã đạt được sự phát triển đáng kể.
Cấu trúc của GIS ba pha kín
Trong GIS ba pha kín, ba pha của các thành phần mạch chính được lắp đặt trong một vỏ ngoại vi chung được nối đất, được hỗ trợ và cách điện bằng các insulator đúc từ nhựa epoxy. Loại GIS này có cấu trúc gọn gàng, với số lượng vỏ ngoại vi giảm, giúp tiết kiệm vật liệu đáng kể. Ngoài ra, do số lượng điểm niêm phong giảm và chiều dài niêm phong ngắn, tỷ lệ rò rỉ khí thấp. Đồng thời, nó cũng có thể giảm dòng điện tuần hoàn trong quá trình vận hành và đơn giản hóa công việc bảo dưỡng. GIS ba pha kín có kích thước tổng thể tương đối nhỏ, ít thành phần, ít mài mòn vỏ ngoại vi, và chu kỳ lắp đặt ngắn. Tuy nhiên, nhược điểm của nó là trường điện nội bộ không đồng đều, với sự ảnh hưởng lẫn nhau giữa các pha, dễ gây ra phóng điện giữa các pha.
Loại kín ba pha cũng được gọi là loại ba pha chung trong thùng. Các busbar ba pha được cố định trong xy-lanh thông qua insulator, được sắp xếp theo hình tam giác. Mỗi đơn vị chức năng của GIS bao gồm nhiều khoang. Việc phân chia khoang không chỉ phải đáp ứng yêu cầu vận hành bình thường mà còn phải có thể hạn chế hồ quang trong trường hợp có lỗi nội bộ. Các khoang khác nhau cho phép áp suất khí khác nhau. Ví dụ, khoang công tắc cách ly, xét đến hiệu ứng dập hồ quang, yêu cầu áp suất khí khoảng 0,6 MPa, trong khi các khoang khác có áp suất tương đối thấp hơn.
Các Công Nghệ then chốt cho Sự Thông Minh của Thiết bị Đóng Cắt Điện Áp Cao
Nội dung công nghệ của thiết bị đóng cắt điện áp cao thông minh rất rộng rãi. Các công nghệ chính bao gồm:
Hoạt động Thông Minh: Giám sát và chẩn đoán trạng thái hoạt động của các thiết bị đóng/mở;
Kiểm soát Thứ cấp Thông Minh: Sử dụng kiến trúc phân tán, công nghệ mạng và công nghệ giám sát toàn diện để đạt được việc thu thập tín hiệu - công nghệ cảm biến, chẳng hạn như cuộn Rogowski không lõi cho cảm biến dòng điện và điện áp tổng hợp, cảm biến hành trình, và cảm biến mật độ khí;
Giám sát Hiệu suất Cách điện: Phát hiện phóng điện cục bộ, phát hiện dẫn điện bất thường, và phát hiện hạt siêu nhỏ;
Hệ thống Chẩn đoán Lỗi và Ra Quyết Định: Phân tích tín hiệu thông qua phân tích tín hiệu để đưa ra phán đoán và quyết định;
Tương thích Điện Từ (EMC): Chủ yếu là ức chế nhiễu từ các đường kết hợp chống nhiễu, tức là loại bỏ hoặc làm yếu các yếu tố tạo nên kháng cộng hưởng. Các phương pháp bao gồm che chắn, cách ly, và lọc;
Nghiên cứu và Phát triển Máy Tính Nhỏ chuyên dụng: Phát triển các mạch tích hợp và phần mềm chuyên dụng để cải thiện tính ứng dụng, tính thời gian thực, và hệ điều hành của máy tính nhỏ, và nâng cao mức độ hoạt động và độ tin cậy của thiết bị đóng cắt điện áp cao.
