Qu'est-ce que le GIS (Gas-Insulated Switchgear) ? Caractéristiques, types et applications

Qu'est-ce que l'équipement GIS ?

GIS est l'abréviation anglaise de Gas Insulated Switchgear, qui se traduit en chinois par Appareillage à Isolation Gazeuse sous Enveloppe Métallique. Il utilise généralement du gaz hexafluorure de soufre (SF6) comme milieu d'isolation et d'extinction d'arc. Le GIS intègre, grâce à un design optimisé, les principaux équipements primaires d'une sous-station - à l'exception du transformateur - tels que les disjoncteurs (CB), les sectionneurs (DS), les interrupteurs de terre (ES/FES), les barres de dérivation (BUS), les transformateurs de courant (CT), les transformateurs de tension (VT), les parafoudres (LA), les abouts de câble, et les embases d'entrée/sortie dans une seule enveloppe métallique scellée, formant ainsi une unité intégrée.

Actuellement, la gamme de tension des équipements GIS s'étend de 72,5 kV à 1200 kV.

Caractéristiques de l'équipement GIS

Le gaz SF6 possède d'excellentes propriétés diélectriques, d'extinction d'arc et de stabilité chimique. Par conséquent, l'équipement GIS se caractérise par sa petite taille, son empreinte minimale, sa fiabilité opérationnelle élevée, ses intervalles de maintenance longs et sa forte résistance aux interférences électromagnétiques. De plus, en raison de sa structure entièrement fermée, les composants internes sont protégés des facteurs environnementaux externes (tels que la poussière, l'humidité et le brouillard salin), assurant un fonctionnement stable, un faible bruit électromagnétique et une réduction de la charge de maintenance.

Cependant, les performances diélectriques du gaz SF6 sont très sensibles à l'uniformité du champ électrique. Des défauts internes tels que des bavures conductrices, des particules métalliques ou des défauts d'assemblage peuvent facilement entraîner des décharges partielles ou même une rupture d'isolation. De plus, la structure scellée du GIS rend le diagnostic et la maintenance des pannes internes complexes, avec des outils de diagnostic limités. Une mauvaise étanchéité peut également entraîner l'intrusion d'eau ou la fuite de gaz, compromettant la sécurité de l'équipement.

Types de contacts électriques dans les circuits de conduction GIS

Le circuit de conduction dans le GIS est composé de plusieurs composants et peut être classé en trois types en fonction de la méthode de contact :

• Contact fixe : Connexions électriques sécurisées par des boulons ou d'autres fixations, sans mouvement relatif pendant l'exploitation, comme la connexion entre une barre de dérivation et un isolateur de type cuve.

• Contact séparable : Contacts électriques qui peuvent être ouverts ou fermés pendant l'exploitation, tels que les contacts dans les disjoncteurs et les sectionneurs.

• Contact glissant ou roulant : Contacts qui permettent un glissement ou un roulage relatif entre les surfaces de contact mais ne peuvent pas être séparés, tels que les contacts intermédiaires dans l'appareillage.

Présentation de l'HGIS

En plus du GIS, il existe un autre type appelé HGIS (Hybrid Gas-Insulated Switchgear), un appareillage hybride à isolation gazeuse. L'HGIS n'inclut pas de composants tels que les barres de dérivation, les transformateurs de tension de barre de dérivation ou les parafoudres de barre de dérivation, ce qui en fait une structure plus simple. Il est adapté aux environnements difficiles ou aux lieux où l'espace est limité et offre une plus grande flexibilité de disposition.

Classification des équipements GIS

• Par lieu d'installation : Types intérieur et extérieur.

• Par structure : Enclos monophasé unique et enclos triphasé commun. Généralement, les barres de dérivation à des niveaux de tension de 110 kV et moins peuvent adopter la conception à enclos triphasé commun, tandis que les niveaux de tension de 220 kV et plus utilisent généralement la conception à enclos monophasé unique pour réduire le risque de défauts phase-à-phase.

Principes de fonctionnement de base

• Dans des conditions normales, les disjoncteurs et les sectionneurs du GIS sont principalement opérés à distance. Le commutateur "Télécommande/Local" doit être placé sur la position "Télécommande".

• Les interrupteurs de terre ne peuvent être opérés que localement. Pendant l'opération, le commutateur "Sectionneur/Interrupteur de terre" doit être basculé sur la position "Local".

• Toutes les opérations doivent suivre des procédures programmées. Le commutateur "Déverrouillage Interlock" sur le coffret de commande doit rester en position "Interlock". La clé de déverrouillage, ainsi que la clé de déverrouillage anti-erreur informatisée, doivent être scellées et gérées strictement selon les règlements.

Exigences opérationnelles de base

• Pour les salles d'équipements SF6 intérieurs fréquemment visitées par le personnel, la ventilation doit être effectuée au moins une fois par quart de travail pendant au moins 15 minutes, avec un volume d'échange d'air dépassant 3 à 5 fois le volume de la pièce. Les sorties d'air doivent être situées dans la partie inférieure de la pièce. Pour les zones non fréquemment visitées, une ventilation de 15 minutes est requise avant l'entrée.

• Pendant l'exploitation, la tension induite sur les parties accessibles de l'enveloppe et de la structure du GIS ne doit pas dépasser 36 V dans des conditions normales.

• Limites de montée en température :

• Parties facilement accessibles : pas plus de 30 K ;

• Parties facilement touchables mais non contactées pendant l'exploitation : pas plus de 40 K ;

• Parties individuelles rarement accessibles : pas plus de 65 K.

• L'appareillage SF6 doit être inspecté au moins une fois par jour. Pour les postes non surveillés, les inspections doivent être effectuées selon des procédures établies. Les inspections doivent se concentrer sur des vérifications visuelles de signes anormaux tels que des sons inhabituels, des fuites ou des indications anormales, avec un maintien des enregistrements correspondants.