سیستم عایق گاز چیست؟ (GIS)? راهنمای جامع

A سیستم عایق گاز (GIS) جمع و جور است, سیستم برق فشار قوی که در آن اجزایی مانند تابلو برق, قطع کننده های مدار, جدا کننده ها, و ترانسفورماتورها در یک محفظه مهر و موم شده پر از گاز عایق قرار می گیرند, معمولاً هگزا فلوراید گوگرد (SF6), به جای هوا در فشار اتمسفر. این طراحی به طور قابل توجهی فضای مورد نیاز را در مقایسه با پست های عایق هوا کاهش می دهد (AIS). استفاده از گاز SF6, با استحکام دی الکتریک برتر و قابلیت خاموش کردن قوس, اجازه می دهد تا برای رد پای بسیار کوچکتر, GIS را برای مناطق شهری ایده آل می کند, تاسیسات زیرزمینی, و سایر محیط های محدود به فضا. طراحی محصور شده همچنین از اجزای سازنده در برابر عوامل محیطی مانند آلودگی محافظت می کند, نمک پاش, و آب و هوای شدید, افزایش قابلیت اطمینان و کاهش تعمیر و نگهداری.

1. مقدمه

سیستم های عایق گاز (GIS) نشان دهنده پیشرفت قابل توجهی در فناوری برق با ولتاژ بالا است. پست های سنتی عایق هوا (AIS) به دلیل استحکام دی الکتریک نسبتا کم هوا، به فاصله زیادی بین اجزای پر انرژی نیاز دارند. این منجر به ردپای بزرگ پست می شود, آنها را برای بسیاری از مکان های شهری و فضایی نامناسب می کند. GIS فناوری با محصور کردن تمام قطعات زنده در داخل یک محفظه فلزی زمین شده پر از گاز عایق تحت فشار، بر این محدودیت غلبه می کند., معمولاً هگزا فلوراید گوگرد (SF6).

مفهوم استفاده از گاز به عنوان یک محیط عایق جدید نیست, اما توسعه از SF6 گاز با خواص استثنایی خود انقلابی در طراحی تجهیزات فشار قوی ایجاد کرد. SF6 تقریباً دارای قدرت دی الکتریک است 2.5 به 3 برابر هوا, امکان کاهش چشمگیر اندازه تجهیزات را فراهم می کند. همچنین دارای قابلیت خاموش کردن قوس بسیار عالی است, آن را برای استفاده ایده آل می کند قطع کننده های مدار.

2. چرا استفاده از a سیستم عایق گاز?

پذیرش از GIS فن آوری توسط چندین مزیت کلیدی هدایت می شود:

• صرفه جویی در فضا: مهمترین مزیت از GIS اندازه جمع و جور آن است. A GIS پست می تواند به اندازه کمی اشغال کند 10% فضای مورد نیاز یک پست AIS قابل مقایسه است. این امر به ویژه در مناطق شهری که زمین گران و کمیاب است بسیار مهم است.
• قابلیت اطمینان بالا: طرح محصور شده از GIS از اجزای داخلی در برابر عوامل محیطی مانند آلودگی محافظت می کند, نمک پاش, رطوبت, و نفوذ حیوانات. این به طور قابل توجهی خطر خطا را کاهش می دهد و قابلیت اطمینان کلی سیستم را افزایش می دهد.
• ایمنی پیشرفته: تمام قطعات زنده در یک محفظه فلزی زمینی محصور شده اند, به حداقل رساندن خطر تماس تصادفی و بهبود ایمنی برای پرسنل.
• کاهش تعمیر و نگهداری: محیط مهر و موم شده و استفاده از SF6 گاز, که از نظر شیمیایی بی اثر و تجزیه نمی شود, به طور قابل توجهی نیاز به تعمیر و نگهداری را در مقایسه با AIS کاهش می دهد.
• نصب داخلی و زیرزمینی: GIS مناسب برای نصب در داخل و خارج از خانه است. اندازه جمع و جور و طراحی محصور آن را برای پست های زیرزمینی ایده آل می کند, تاثیر بصری آن را بیشتر به حداقل می رساند.
• ظاهر زیبایی شناختی: GIS پست‌ها در مقایسه با پست‌های AIS ظاهری بسیار کوچک‌تر و زیباتر دارند.

3. اجزای الف GIS

• کلیدهای مدار: برای قطع جریان های خطا و جداسازی بخش های سیستم استفاده می شود. GIS قطع کننده های مدار معمولا استفاده می کنند SF6 گاز برای هر دو عایق و خاموش کردن قوس.
• جدا کننده ها (جدا کننده ها): برای ایجاد جداسازی قابل مشاهده از تجهیزات برای اهداف تعمیر و نگهداری استفاده می شود. آنها برای قطع جریان بار طراحی نشده اند.
• سوئیچ های ارتینگ: برای زمین کردن تجهیزات بدون انرژی استفاده می شود, تضمین ایمنی در طول تعمیر و نگهداری.
• فعلی ترانسفورماتور (CT ها): برای اندازه گیری جریان جریان در هادی های فشار قوی برای اهداف حفاظتی و اندازه گیری استفاده می شود.
• ترانسفورماتورهای ولتاژ (VTs): عادت داشتن اندازه گیری ولتاژ سیستم فشار قوی برای اهداف حفاظتی و اندازه گیری.
• باسبار: هادی های اصلی که جریان را حمل کند بین اجزای مختلف GIS.
• برقگیر: برای محافظت از GIS از اضافه ولتاژهای ناشی از برخورد صاعقه یا عملیات سوئیچینگ.
• محفظه ضد گاز: محفظه فلزی زمینی که تمام اجزا را در خود جای داده و حاوی آن است SF6 گاز. محفظه به طور معمول از آلومینیوم یا فولاد ساخته شده است.
• سیستم مانیتورینگ گاز: فشار را زیر نظر دارد, تراکم, و خلوص گاز SF6.

شکل 1: نمودار شماتیک یک نمونه سیستم عایق گاز (GIS), نمایش اجزای اصلی.

4. نقش SF6 گاز

هگزا فلوراید گوگرد (SF6) بی رنگ است, بی بو, غیر سمی, و گاز غیر قابل اشتعال که خاصیت دی الکتریک و خاموش کننده قوس استثنایی دارد. این ویژگی ها آن را به محیط عایق ایده آلی تبدیل می کند GIS.

خواص کلیدی از SF6 گاز:

• استحکام دی الکتریک بالا: SF6 تقریباً دارای قدرت دی الکتریک است 2.5 به 3 برابر فشار هوا در همان فشار. این اجازه می دهد تا فاصله بسیار کمتری بین اجزای پر انرژی ایجاد شود.
• قابلیت خاموش کردن قوس عالی: SF6 در خاموش کردن بسیار موثر است قوس هایی که هنگام قطع کننده مدار رخ می دهند جریان را قطع می کند. انرژی قوس را جذب می کند و به سرعت آن را خنک می کند, جلوگیری از احتراق مجدد.
• پایداری شیمیایی: SF6 از نظر شیمیایی بی اثر است و در شرایط عملیاتی معمولی تجزیه نمی شود. این امر ثبات و عملکرد طولانی مدت را تضمین می کند.
• پایداری حرارتی: SF6 پایداری حرارتی خوبی دارد, به آن اجازه می دهد در طیف وسیعی از دماها کار کند.
• غیر سمی بودن: SF6 خود غیر سمی است. اما, در حضور قوس, می تواند به محصولات جانبی که ممکن است سمی باشد تجزیه شود. دست زدن به روش های مناسب و تهویه لازم است.

در حالی که SF6 یک گاز بسیار مفید برای GIS است, همچنین یک گاز گلخانه ای قوی است, با پتانسیل گرمایش جهانی (GWP) تقریبا 23,500 برابر دی اکسید کربن (CO2). به خاطر این, تمرکز فزاینده ای بر به حداقل رساندن انتشار SF6 و یافتن گازهای جایگزین وجود دارد.

5. جایگزین برای SF6 گاز

با توجه به GWP بالای SF6, این صنعت به طور فعال در حال تحقیق و توسعه گازهای عایق جایگزین برای GIS. هدف این جایگزین ها کاهش اثرات زیست محیطی در عین حفظ عملکرد و قابلیت اطمینان است GIS. برخی از جایگزین های بالقوه عبارتند از:

• **فلوروکتون ها:** اینها GWP به طور قابل توجهی کمتر از SF6 و خواص دی الکتریک خوبی دارند.
• **فلورونیتریل ها:** اینها همچنین GWP کمتر و استحکام دی الکتریک خوبی را ارائه می دهند.
• **مخلوط گازها:** ترکیب گازهایی مانند CO2, N2, و O2 با مقادیر کمی از ترکیبات فلوئوردار می تواند GWP کلی را کاهش دهد و در عین حال عملکرد قابل قبولی را حفظ کند..
• **هوای پاک (هوای خشک):** در حالی که هوا قدرت دی الکتریک کمتری نسبت به SF6 دارد, پیشرفت در طراحی و فشارهای عملیاتی بالاتر در حال انجام است "هوای پاک" GIS یک گزینه مناسب برای برخی است سطوح ولتاژ.

انتقال به گازهای جایگزین ادامه دارد, با تلاش های مداوم تحقیق و توسعه متمرکز بر بهینه سازی عملکرد, هزینه, و اثرات زیست محیطی.

6. نظارت و نگهداری از GIS

اگرچه GIS به نگهداری کمتری نسبت به AIS نیاز دارد, نظارت و نگهداری منظم هنوز ضروری است اطمینان طولانی مدت آن را تضمین کنید و ایمنی. جنبه های کلیدی پایش GIS شامل شود:

• SF6 نظارت بر گاز: به طور منظم فشار را کنترل کنید, تراکم, و خلوص از SF6 گاز بسیار مهم است. نشت می تواند خواص عایق بودن گاز را کاهش داده و خطر خرابی را افزایش دهد. چگالی گاز مانیتورها و سیستم های نشت یابی برای این منظور استفاده می شوند.
• تخلیه جزئی (PD) نظارت: PD یک تخلیه الکتریکی موضعی است که می تواند در عیوب عایق رخ دهد. PD نظارت می تواند نشانه های اولیه تخریب عایق را تشخیص دهد, امکان مداخله به موقع قبل از وقوع یک خطای بزرگ. تکنیک های مورد استفاده برای PD نظارت در GIS شامل UHF می شود (فرکانس فوق العاده بالا) حسگرها, انتشار آکوستیک (AE) حسگرها, و HFCT (ترانسفورماتور جریان فرکانس بالا) حسگرها.
• مانیتورینگ دما: گرمای بیش از حد می تواند مشکلات مختلفی را نشان دهد, مانند اتصالات ضعیف, جریان بیش از حد, یا تخریب عایق. نظارت بر دما را می توان با استفاده از سنسورهای سنتی انجام داد (دما, RTS), مادون قرمز (و) ترموگرافی, یا سنسورهای فیبر نوری. مبتنی بر فلورسانس سنسورهای فیبر نوری به دلیل مصونیت نسبت به EMI، به ویژه برای GIS مناسب هستند, اندازه کوچک, و دقت بالا.
• مانیتورینگ مدار شکن: نظارت بر عملکرد کلیدهای مدار, از جمله زمان های عملیاتی, پوشیدن تماسی, و عملکرد مکانیزم, برای اطمینان از قطعی خطای قابل اعتماد ضروری است.
• بازرسی های بصری: بازرسی های دوره ای بصری می تواند به شناسایی علائم خارجی مشکلات کمک کند, مانند نشت گاز, خوردگی, یا آسیب به محفظه.

7. برنامه های کاربردی از GIS

• پست های فشار قوی: GIS ارجح است فناوری برای پست های فشار قوی در مناطق شهری که فضا محدود است.
• پست های زیرزمینی: اندازه جمع و جور و طراحی محصور شده از GIS آن را برای پست های زیرزمینی ایده آل می کند.
• سکوهای دریایی: GIS به دلیل اندازه فشرده در مزارع بادی دریایی و سکوهای نفت و گاز استفاده می شود, قابلیت اطمینان, و مقاومت در برابر شرایط سخت محیطی.
• کارخانه های صنعتی: GIS در کارخانه های صنعتی با نیاز برق بالا استفاده می شود, مانند کارخانه های فولاد, کارخانه های ذوب آلومینیوم, و کارخانه های شیمیایی.
• نیروگاه های برق آبی: GIS اغلب در نیروگاه های برق آبی استفاده می شود, جایی که ممکن است فضا محدود باشد و ملاحظات محیطی مهم هستند.
• پست های سیار: GIS می تواند در پست های سیار به صورت موقت استفاده شود منبع تغذیه در مواقع اضطراری یا نگهداری.