Definition, Components, and Applications for Gas Insulated Switchgear

Izolacja gazowa (GIS) to sprzęt elektryczny wykorzystujący gaz taki jak sześciofluorek siarki (SF6) do izolowania i zabezpieczania różnych części systemu elektroenergetycznego. Zawiera przedziały zamknięte w metalu, które zawierają wyłączniki, odłączniki, szyny zbiorcze, transformatory, uziemniki, ograniczniki przepięć i inne komponenty. GIS jest wykorzystywany głównie do celów średniego i wysokiego napięcia, szczególnie w sytuacjach, gdy przestrzeń jest ograniczona, a niezawodność ma kluczowe znaczenie.

W tym artykule zdefiniujemy GIS, łącznie z jego zaletami, wadami i zastosowaniami. Dodatkowo porównamy GIS z AIS, tradycyjną formą rozdzielnicy wykorzystującą powietrze do izolacji.

Co to jest rozdzielnica w izolacji gazowej?

A Izolacja gazowa(GIS) charakteryzuje się rozdzielnicą w metalowej obudowie, która wykorzystuje gaz taki jak SF6 jako pierwotną izolację pomiędzy częściami aktywnymi a uziemioną metalową obudową. Gaz zapewnia doskonałą wytrzymałość dielektryczną, stabilność termiczną i imponujące możliwości gaszenia łuku.

Główne elementy GIS to:

Wyłączniki automatyczne:Urządzenia te mają na celu przerwanie przepływu prądu elektrycznego w obwodzie, gdy pojawi się problem. Wykorzystują próżnię lub SF6 jako medium przerywające, wybrane na podstawie napięcia i przeznaczenia obwodu.

Odłączniki:Urządzenia te są w stanie odizolować określoną część obwodu od reszty systemu, umożliwiając konserwację lub testowanie bez zakłócania pracy całego systemu. Wykorzystują SF6 jako medium izolacyjne i mogą być sterowane ręcznie lub zdalnie.

Szyny:Przewodniki te łączą różne sekcje układu elektrycznego, takie jak generatory, transformatory i zasilacze. Wykorzystują SF6 do izolacji i są skonfigurowane w konfiguracji trójfazowej.

Transformatory:Urządzenia te mogą modyfikować poziom napięcia w obwodzie elektrycznym, wykorzystując SF6 jako medium izolacyjne. Można je sklasyfikować jako transformatory mocy lub przekładniki przyrządowe, które obejmują przekładniki prądowe lub przekładniki napięciowe.

Przełączniki uziemiające:Urządzenia te służą do zapewnienia bezpieczeństwa i uziemienia poprzez połączenie części obwodu z ziemią. Wykorzystują SF6 jako medium izolacyjne i można nimi sterować ręcznie lub na odległość.

Ograniczniki przepięć:Urządzenia te przeznaczone są do ochrony obwodów przed skokami napięcia spowodowanymi wyładowaniami atmosferycznymi lub zdarzeniami przełączającymi. Wykorzystują SF6 jako materiał izolacyjny i można je podzielić na dwa typy: warystory z tlenku metalu (MOV) lub iskierniki.

Elementy są umieszczone w metalowej obudowie wypełnionej gazem SF6 pod określonym ciśnieniem. Obudowa jest podzielona na kilka szczelnych sekcji, oddzielonych gazoszczelnymi przegrodami. Sekcje są połączone rurami gazowymi i zaworami, które ułatwiają przepływ gazu i regulację ciśnienia.

Obudowa wyposażona jest w czujniki, monitory, wskaźniki, alarmy i urządzenia sterujące, które gwarantują bezpieczne i wydajne funkcjonowanie GIS. W zależności od warunków środowiskowych i potrzeb projektowych, obudowa może być umieszczona wewnątrz lub na zewnątrz.

Jak działa rozdzielnica w izolacji gazowej?

Główną zasadą działania GIS jest wykorzystanie gazu SF6 jako izolatora i gaszenia łuku. Gaz SF6 ma kilka zalet w porównaniu z powietrzem jako medium izolacyjne.

◆　Ma wyższą wytrzymałość dielektryczną niż powietrze, co oznacza, że ​​może wytrzymać wyższe napięcia bez przebicia.

◆　Ma niższą masę cząsteczkową niż powietrze, co oznacza, że ​​ma wyższą przewodność cieplną i może wydajniej odprowadzać ciepło.

◆　Ma wyższą elektroujemność niż powietrze, co oznacza, że ​​może skuteczniej wychwytywać wolne elektrony i zmniejszać jonizację w łuku.

Te właściwości sprawiają, że gaz SF6 idealnie nadaje się do zastosowań GIS, gdzie przestrzeń jest ograniczona, a niezawodność ma kluczowe znaczenie.

Działanie GIS można wyjaśnić na przykładzie wyłącznika trójfazowego. W normalnych warunkach styki wyłącznika są zamknięte i przepływa przez nie prąd. Kiedy w obwodzie wystąpi błąd, taki jak zwarcie lub przeciążenie, styki rozdzielają się i pomiędzy nimi pojawia się łuk.

Łuk składa się ze zjonizowanego gazu, który przewodzi prąd. Łuk wytwarza ciepło i ciśnienie, które mogą uszkodzić styki i inne elementy. Aby temu zapobiec, łuk należy jak najszybciej zgasić.

Proces wygaszania łuku w GIS obejmuje dwa mechanizmy: przerwanie termiczne i przerwanie dielektryczne.

Przerwa termiczna:Proces ten polega na obniżeniu temperatury łuku elektrycznego poprzez przekazanie ciepła do pobliskiego gazu. Gdy łuk staje się chłodniejszy, jego rezystancja wzrasta, powodując spadek prądu, aż osiągnie zero w naturalnym punkcie przejścia prądu przez zero. Kiedy to nastąpi, łuk gaśnie.

Przerwa dielektryczna:System ten polega na zwiększeniu odporności gazu na przebicie elektryczne poprzez eliminację zjonizowanych cząstek na drodze łuku elektrycznego. Kiedy łuk zostaje zatrzymany, gaz SF6 przedostaje się do przestrzeni i wychwytuje niezwiązane elektrony, tworząc cząsteczki bez ładunku, które nie mogą przewodzić prądu elektrycznego. Zdolność gazu do przeciwstawienia się przebiciowi szybko powraca do normy, zapobiegając ponownemu zapaleniu łuku.

Po zgaśnięciu łuku styki ponownie się zamykają, a obwód zostaje przywrócony. System zarządzania gazem monitoruje i kontroluje ciśnienie gazu SF6, a także zapewnia jakość gazu i wykrywanie wycieków.

Zastosowania w rozdzielnicach w izolacji gazowej.

GIS jest szeroko stosowany w różnych zastosowaniach ze względu na jego zwartość, niezawodność i niskie wymagania konserwacyjne. Oto niektóre z typowych zastosowań GIS:

Obszary miejskie lub przemysłowe:GIS jest idealnym rozwiązaniem dla obszarów miejskich lub przemysłowych, gdzie przestrzeń jest ograniczona, a poziom zanieczyszczeń jest wysoki. GIS można instalować wewnątrz lub na zewnątrz, na dachach, platformach podziemnych lub na platformach morskich, bez wpływu na środowisko i estetykę.

Wytwarzanie i przesyłanie energii:GIS służy do przyłączania elektrowni do sieci, a także do przesyłania i dystrybucji energii na duże odległości i przy różnych poziomach napięcia. GIS może obsłużyć wysokie prądy i napięcia, a także zapewniać funkcje zabezpieczające i sterujące systemami elektroenergetycznymi.

Integracja energii odnawialnej:GIS służy do integracji odnawialnych źródeł energii, takich jak farmy wiatrowe czy elektrownie słoneczne, z siecią. GIS może zapewnić elastyczne i niezawodne połączenia, a także regulację napięcia i częstotliwości dla nieciągłego wytwarzania energii.

Kolej i metro:GIS służy do zasilania kolei i metra, a także do kontrolowania i ochrony ich systemów elektrycznych. GIS może zmniejszyć straty i poprawić wydajność, a także zapewnić bezpieczeństwo i niezawodność pasażerom i operatorom.

Centra danych i fabryki:GIS wykorzystywany jest do zasilania centrów danych i fabryk, gdzie do ich funkcjonowania niezbędne jest wysokiej jakości, nieprzerwane zasilanie. GIS może zapewnić wysoką dostępność, redundancję i odporność na awarie, a także zmniejszyć zakłócenia elektromagnetyczne i harmoniczne.

Porównanie rozdzielnic w izolacji gazowej z rozdzielnicami w izolacji powietrznej.

Izolacja gazowa (GIS) ma kilka zalet w porównaniu z rozdzielnicą z izolacją powietrzną (AIS), która jest konwencjonalnym typem rozdzielnicy wykorzystującej powietrze jako środek izolacyjny. Oto niektóre zalety GIS:

Oszczędzanie przestrzeni:Systemy informacji geoprzestrzennej (GIS) mogą znacznie zminimalizować wymagania przestrzenne podstacji, zmniejszając jej powierzchnię nawet o 90% w porównaniu z rozdzielnicą izolowaną powietrzem (AIS). Ta niezwykła redukcja jest możliwa do osiągnięcia, ponieważ GIS można umieścić w jedno- lub wielopiętrowym budynku lub zakopać pod ziemią, eliminując w ten sposób potrzebę posiadania rozległej otwartej przestrzeni zwykle wymaganej przez AIS do instalacji i konserwacji.

Bezpieczeństwo:Technologia systemu informacji geograficznej (GIS) może znacznie poprawić bezpieczeństwo personelu i sprzętu, eliminując ryzyko związane z częściami pod napięciem i zagrożeniami związanymi z łukiem elektrycznym. Dodatkowo GIS minimalizuje prawdopodobieństwo pożaru, eksplozji lub zanieczyszczenia środowiska, ponieważ zawiera gaz SF6 w bezpiecznej, szczelnej obudowie.

Niezawodność:System informacji geograficznej (GIS) może zwiększyć niezawodność źródła zasilania, minimalizując liczbę ruchomych elementów i połączeń, które mogą ulec zniszczeniu lub działać nieprawidłowo. Ponadto GIS ma dłuższą żywotność w porównaniu z systemem automatycznej identyfikacji (AIS), ponieważ jest mniej podatny na wpływy środowiska, takie jak wilgoć, kurz, korozja czy zanieczyszczenia.

Konserwacja:Korzystanie z GIS może obniżyć koszty konserwacji i zminimalizować przestoje, ponieważ wymaga mniej regularnych konserwacji i kontroli w porównaniu do AIS. GIS jest wyposażony w funkcje autodiagnostyki, które mogą identyfikować problemy i powiadamiać operatorów, zanim się one nasilą.

Niemniej jednak GIS ma wady w porównaniu z AIS, szczególnie pod względem kosztów. GIS jest droższy niż AIS pod względem kosztów początkowych i bieżących wydatków operacyjnych. Wynika to z zapotrzebowania na bardziej zaawansowane technologie i materiały, a także bardziej rygorystyczne standardy jakości i procesy testowania.

Złożoność:GIS wykazuje wyższy poziom złożoności w projektowaniu i wdrażaniu w porównaniu do AIS ze względu na potrzebę zwiększonej koordynacji i integracji różnych komponentów i systemów, w tym zarządzania gazem, ochrony, kontroli, komunikacji i innych.

Dostępność:GIS może nie zawsze być tak dostępny jak AIS, szczególnie w sytuacjach, gdy w pomieszczeniu pojawia się awaria, wpływająca na kilka komponentów. Wynika to z faktu, że GIS zazwyczaj wymaga większej ilości czasu i zasobów w celu zidentyfikowania i usunięcia usterki w porównaniu z AIS. W rezultacie decyzja o wyborze GIS lub AIS zależy od szeregu czynników, w tym warunków lokalizacji, wymagań technicznych, względów ekonomicznych i indywidualnych preferencji.

Typy i modele rozdzielnic w izolacji gazowej.

Różni producenci oferują różne typy i modele rozdzielnic w izolacji gazowej. Niektóre z typowych typów to:

GIS z fazą izolowaną:W tym typie każda faza obwodu jest montowana osobno w swoim przedziale. Ten typ wymaga więcej miejsca niż inne typy GIS, ale zapobiega zwarciom międzyfazowym.

Zintegrowany trójfazowy GIS:W tym typie wszystkie trzy fazy obwodu są zamontowane w jednym przedziale. Ten typ zmniejsza zapotrzebowanie na miejsce o jedną trzecią w porównaniu do GIS z fazą izolowaną.

Hybrydowy GIS:W tym typie stosuje się kombinację elementów fazy izolowanej i elementów trójfazowych. Ten typ zapewnia równowagę pomiędzy oszczędnością miejsca i zapobieganiem awariom.

Kompaktowy GIS:W tym typie więcej niż jeden element funkcjonalny jest zamknięty w jednej komorze. Na przykład wyłącznik, odłącznik i przekładnik prądowy można połączyć w jednym module. Ten typ dodatkowo zmniejsza zapotrzebowanie na miejsce w porównaniu z innymi typami GIS.

Wysoce zintegrowany system (HIS):W tym typie całe wyposażenie podstacji jest zamknięte w jednej obudowie. Ten typ zapewnia kompletne rozwiązanie dla podstacji zewnętrznej w jednym urządzeniu, eliminując potrzebę stosowania połączeń zewnętrznych i skracając czas instalacji.

Wniosek.

Izolacja gazowato rodzaj sprzętu elektrycznego wykorzystujący gaz, taki jak SF6, jako podstawową izolację i środek gaśniczy. Składa się z metalowych przedziałów, w których mieszczą się różne elementy systemu elektroenergetycznego, takie jak wyłączniki, odłączniki, szyny zbiorcze, transformatory, uziemniki, ograniczniki przepięć itp.

GIS ma kilka zalet w porównaniu z rozdzielnicami izolowanymi powietrzem, takich jak oszczędność miejsca, bezpieczeństwo, niezawodność i niskie koszty utrzymania. Jednakże GIS ma również pewne wady, takie jak wysoki koszt, złożoność i w niektórych przypadkach niższa dostępność.

GIS jest szeroko stosowany w różnych zastosowaniach, takich jak obszary miejskie lub przemysłowe, wytwarzanie i przesyłanie energii, integracja energii odnawialnej, koleje i metro, centra danych i fabryki. W zależności od poziomu napięcia i wymagań projektowych, różne typy i modele GIS są dostępne u różnych producentów.

GIS to nowoczesna i zaawansowana technologia, która może zapewnić wydajne i niezawodne rozwiązania dla systemów elektroenergetycznych. Jednak przed wyborem typu rozdzielnicy do konkretnego projektu ważne jest zrozumienie jej cech, zalet i wad oraz zastosowań.