Що таке газоізоляційна система (ГІС)? Комплексний посібник

A Газоізоляційна система (ГІС) є компактним, електрична система високої напруги, де такі компоненти, як розподільні пристрої, вимикачі, роз'єднувачі, і трансформатори розміщені в герметичному корпусі, заповненому ізоляційним газом, зазвичай гексафторид сірки (SF6), замість повітря при атмосферному тиску. Така конструкція значно зменшує необхідний простір порівняно з підстанціями з повітряною ізоляцією (AIS). Використання елегазу, з чудовою діелектричною міцністю та дугогасильними можливостями, дозволяє займати набагато менший слід, робить ГІС ідеальними для міських районів, підземні установки, та інших середовищах з обмеженим простором. Закрита конструкція також захищає компоненти від факторів навколишнього середовища, таких як забруднення, сольовий спрей, і екстремальна погода, підвищення надійності та скорочення обслуговування.

1. вступ

Елезоізоляційні системи (ГІС) являють собою значний прогрес у високовольтній електротехніці. Традиційні підстанції з повітряною ізоляцією (AIS) вимагають великих зазорів між компонентами під напругою через відносно низьку діелектричну міцність повітря. Це призводить до великої площі підстанції, що робить їх непридатними для багатьох міських і обмежених простором місць. ГІС технологія долає це обмеження, закриваючи всі струмоведучі частини в заземлений металевий корпус, заповнений ізоляційним газом під тиском, найчастіше гексафторид сірки (SF6).

Концепція використання газу як ізоляційного середовища не є новою, але розвиток о SF6 газ з його винятковими властивостями зробив революцію в дизайні високовольтного обладнання. SF6 має діелектричну міцність приблизно 2.5 до 3 разів більше повітря, дозволяючи різко зменшити розмір обладнання. Він також має відмінні можливості гасіння дуги, що робить його ідеальним для використання в вимикачі.

2. Навіщо використовувати a Газоізоляційна система?

Усиновлення ГІС технологія обумовлена ​​кількома ключовими перевагами:

• Економія місця: Найвагоміша перевага ГІС це його компактні розміри. A ГІС підстанція може займати всього лише 10% простору, необхідного для порівнянної підстанції AIS. Це особливо важливо в міських районах, де дорога і дефіцитна земля.
• Висока надійність: Закрита конструкція ГІС захищає внутрішні компоненти від факторів навколишнього середовища, таких як забруднення, сольовий спрей, вологість, і вторгнення тварин. Це значно знижує ризик збоїв і підвищує загальну надійність системи.
• Покращена безпека: Усі струмоведучі частини закриті в заземлений металевий корпус, мінімізація ризику випадкового контакту та підвищення безпеки для персоналу.
• Зменшене технічне обслуговування: Герметичне середовище та використання SF6 газовий, який є хімічно інертним і не розкладається, значно зменшити потребу в обслуговуванні порівняно з AIS.
• Внутрішній та підземний монтаж: ГІС підходить як для внутрішньої, так і для зовнішньої установки. Компактний розмір і закрита конструкція роблять його ідеальним для підземних підстанцій, додатково мінімізуючи його візуальний вплив.
• Естетичний вигляд: ГІС підстанції мають значно менший та естетичніший вигляд порівняно з підстанціями АІС.

3. Компоненти a ГІС

• Автоматичні вимикачі: Використовується для переривання струмів пошкодження та ізоляції ділянок системи. ГІС зазвичай використовують автоматичні вимикачі SF6 газ як для ізоляції, так і для гасіння дуги.
• Роз'єднувачі (Ізолятори): Використовується для забезпечення видимої ізоляції обладнання з метою обслуговування. Вони не призначені для переривання струму навантаження.
• Заземлювачі: Використовується для заземлення знеструмленого обладнання, забезпечення безпеки під час технічного обслуговування.
• Поточний Трансформатори (КТ): Використовується для вимірювання струму, що протікає в провідниках високої напруги з метою захисту та вимірювання.
• Трансформатори напруги (ВЦ): Звикла виміряти напругу високовольтної системи для цілей захисту та вимірювання.
• Шафи: Основні провідники що нести струм між різними компонентами в ГІС.
• Обмежувачі перенапруг: Використовується для захисту ГІС від перенапруг, викликаних ударами блискавки або перемиканнями.
• Газонепроникний корпус: Заземлений металевий корпус, у якому розміщено всі компоненти та містить SF6 газовий. Корпус зазвичай виготовляється з алюмінію або сталі.
• Система моніторингу газу: Стежить за тиском, щільність, і чистота газу SF6.

малюнок 1: Принципова схема типова Газоізоляційна система (ГІС), показ основних компонентів.

4. Роль SF6 газ

Гексафторид сірки (SF6) є безбарвним, без запаху, нетоксичний, і негорючий газ, який має виняткові діелектричні та дугогасильні властивості. Ці властивості роблять його ідеальним ізоляційним середовищем для ГІС.

Ключові властивості SF6 газ:

• Висока діелектрична міцність: SF6 має діелектричну міцність приблизно 2.5 до 3 разів більше, ніж повітря при тому самому тиску. Це дозволяє створити набагато менші зазори між компонентами, що знаходяться під напругою.
• Чудова здатність гасити дугу: SF6 дуже ефективний при гасінні дуги, що виникають при спрацьовуванні автоматичного вимикача перериває струм. Він поглинає енергію дуги і швидко її охолоджує, запобігання повторного займання.
• Хімічна стабільність: SF6 хімічно інертний і не розкладається в нормальних умовах експлуатації. Це забезпечує довгострокову стабільність і продуктивність.
• Термічна стабільність: SF6 має хорошу термостійкість, що дозволяє працювати в широкому діапазоні температур.
• Нетоксичність: SF6 сам по собі нетоксичний. Однак, при наявності дуги, він може розкладатися на побічні продукти, які можуть бути токсичними. Необхідні належне поводження та процедури вентиляції.

Хоча елегаз є дуже корисним газом для ГІС, це також потужний парниковий газ, з потенціалом глобального потепління (GWP) приблизно 23,500 разів більше, ніж вуглекислий газ (CO2). Через це, все більше уваги приділяється мінімізації викидів елегазу та пошуку альтернативних газів.

5. Альтернативи SF6 газ

Завдяки високому GWP SF6, промисловість активно досліджує та розробляє альтернативні ізоляційні гази для ГІС. Ці альтернативи спрямовані на зменшення впливу на навколишнє середовище, зберігаючи продуктивність і надійність ГІС. Деякі потенційні альтернативи включають:

• **Фторкетони:** Вони мають значно нижчий GWP, ніж SF6, і хороші діелектричні властивості.
• **Фторонітрили:** Вони також мають нижчий GWP і хорошу діелектричну міцність.
• **Суміші газів:** Поєднання газів, таких як CO2, N2, і O2 з невеликими кількостями фторованих сполук можуть знизити загальний GWP, зберігаючи при цьому прийнятну продуктивність.
• **Чисте повітря (Сухе повітря):** Тоді як повітря має нижчу діелектричну міцність, ніж елегаз, прогрес у дизайні та підвищення робочого тиску "чисте повітря" ГІС є життєздатним варіантом для деяких Рівні напруги.

Перехід на альтернативні гази триває, завдяки постійним дослідженням і розробкам, спрямованим на оптимізацію продуктивності, вартість, і вплив на навколишнє середовище.

6. Моніторинг і технічне обслуговування ГІС

Хоча ГІС вимагає менше обслуговування, ніж АІС, регулярний моніторинг і технічне обслуговування все ще важливі забезпечити його довгострокову надійність і безпеки. Ключові аспекти ГІС моніторинг включити:

• SF6 Моніторинг газу: Регулярно контролювати тиск, щільність, і чистота SF6 газ має вирішальне значення. Витоки можуть знизити ізоляційні властивості газу та збільшити ризик поломки. Щільність газу монітори та системи виявлення витоків використовуються для цієї мети.
• Частковий розряд (PD) Моніторинг: PD це локалізований електричний розряд, який може виникнути всередині дефектів ізоляції. PD моніторинг може виявити ранні ознаки погіршення ізоляції, дозволяє своєчасно втручатися до того, як станеться серйозна несправність. Техніки, що використовуються для PD моніторинг в ГІС включають УВЧ (Надвисока частота) датчики, акустична емісія (АЕ) датчики, і HFCT (Трансформатор струму високої частоти) датчики.
• Моніторинг температури: Перегрів може свідчити про різні проблеми, наприклад погані зв'язки, надмірний струм, або погіршення ізоляції. Контроль температури можна здійснювати за допомогою традиційних датчиків (Термопарки, RTD), інфрачервоний (І) термографія, або волоконно-оптичні датчики. На основі флуоресценції волоконно-оптичні датчики особливо добре підходять для ГІС завдяки своїй стійкості до електромагнітних перешкод, невеликі розміри,, і висока точність.
• Контроль вимикачів: Контроль за роботою автоматичних вимикачів, включаючи час роботи, контактний знос, і продуктивність механізму, має важливе значення для забезпечення надійного усунення несправності.
• Візуальні перевірки: Періодичні візуальні огляди можуть допомогти визначити зовнішні ознаки проблем, наприклад витік газу, корозії, або пошкодження корпусу.

7. Застосування ГІС

• Підстанції високої напруги: ГІС є кращим Технології для високовольтних підстанцій у містах з обмеженим простором.
• Підземні підстанції: Компактний розмір і закрита конструкція ГІС роблять його ідеальним для підземних підстанцій.
• Офшорні платформи: ГІС завдяки своїм компактним розмірам використовується в морських вітрових електростанціях і нафтогазових платформах, надійність, і стійкість до суворих умов навколишнього середовища.
• Промислові підприємства: ГІС використовується на промислових підприємствах з високими вимогами до потужності, наприклад металургійні заводи, алюмінієві заводи, і хімічні заводи.
• Гідроелектростанції: ГІС часто використовується на гідроелектростанціях, де простір може бути обмеженим, а екологічні міркування важливі.
• Мобільні підстанції: ГІС можуть використовуватися в мобільних підстанціях для тимчасового живлення під час аварійних ситуацій або технічного обслуговування.