Определение, компоненты и применение распределительных устройств с элегазовой изоляцией

Распределительное устройство с элегазовой изоляцией (GIS) — это электрооборудование, в котором используется газ, такой как гексафторид серы (SF6), для изоляции и защиты различных частей энергосистемы. Он состоит из металлических отсеков, в которых установлены автоматические выключатели, разъединители, шины, трансформаторы, заземлители, ограничители перенапряжения и другие компоненты. КРУЭ преимущественно используются для целей среднего и высокого напряжения, особенно в ситуациях, когда пространство ограничено и надежность имеет решающее значение.

В этой статье будет дано определение ГИС, включая ее преимущества, недостатки и способы использования. Кроме того, мы сравним КРУЭ с АИС, традиционной формой распределительного устройства, использующего воздух для изоляции.

Что такое распределительное устройство с элегазовой изоляцией?

A распределительное устройство с элегазовой изоляцией(КРУЭ) характеризуется как распределительное устройство в металлическом корпусе, в котором в качестве первичной изоляции между активными частями и заземленным металлическим корпусом используется газ, например элегаз. Газ обладает превосходной диэлектрической прочностью, термической стабильностью и впечатляющими способностями гашения дуги.

Основными компонентами ГИС являются:

Автоматические выключатели:Эти устройства предназначены для прерывания потока электрического тока в цепи при возникновении проблемы. В качестве среды прерывания они используют либо вакуум, либо элегаз, выбираемый в зависимости от напряжения и назначения схемы.

Разъединители:Эти устройства способны изолировать определенную часть цепи от остальной системы, позволяя выполнять техническое обслуживание или тестирование без нарушения работы всей системы. В качестве изоляционной среды в них используется элегаз, и ими можно управлять вручную или дистанционно.

Автобусные бары:Эти проводники соединяют различные части электрической системы, такие как генераторы, трансформаторы и фидеры. В них используется элегаз для изоляции, и они имеют трехфазную конфигурацию.

Трансформаторы:Эти устройства могут изменять уровень напряжения электрической цепи, используя элегаз в качестве изолирующей среды. Их можно классифицировать как силовые трансформаторы или измерительные трансформаторы, которые включают трансформаторы тока или трансформаторы напряжения.

Заземляющие выключатели:Эти устройства используются для обеспечения безопасности и заземления путем соединения части цепи с землей. В качестве изоляционной среды в них используется элегаз, и ими можно управлять вручную или на расстоянии.

Ограничители перенапряжения:Эти устройства предназначены для защиты цепей от скачков напряжения, вызванных молниями или переключениями. В качестве изоляционного материала в них используется элегаз, и их можно разделить на два типа: металлооксидные варисторы (MOV) или искровые разрядники.

Компоненты помещены в металлический корпус, заполненный элегазом SF6 под определенным давлением. Корпус разделен на несколько герметичных секций, разделенных газонепроницаемыми перегородками. Секции соединены газовыми трубами и клапанами, которые облегчают регулирование расхода и давления газа.

Корпус оснащен датчиками, мониторами, индикаторами, сигнализацией и устройствами управления, гарантирующими безопасное и эффективное функционирование КРУЭ. В зависимости от условий окружающей среды и конструктивных требований корпус может располагаться внутри или снаружи помещения.

Как работает распределительное устройство с элегазовой изоляцией?

Основным принципом работы КРУЭ является использование элегазового газа в качестве изолятора и дугогасителя. Газ SF6 имеет ряд преимуществ перед воздухом в качестве изоляционной среды.

◆　Он имеет более высокую диэлектрическую прочность, чем воздух, что означает, что он может выдерживать более высокие напряжения без пробоя.

◆　Он имеет более низкую молекулярную массу, чем воздух, а это означает, что он имеет более высокую теплопроводность и может более эффективно рассеивать тепло.

◆　Он имеет более высокую электроотрицательность, чем воздух, что означает, что он может более эффективно захватывать свободные электроны и уменьшать ионизацию в дуге.

Эти свойства делают газ SF6 идеальным для применения в КРУЭ, где пространство ограничено и надежность имеет важное значение.

Работу КРУЭ можно объяснить на примере трехфазного выключателя. В нормальных условиях контакты выключателя замкнуты, и через них течет ток. При возникновении неисправности в цепи, например короткого замыкания или перегрузки, контакты размыкаются, и между ними возникает дуга.

Дуга состоит из ионизированного газа, проводящего электричество. Дуга генерирует тепло и давление, которые могут повредить контакты и другие компоненты. Чтобы этого не произошло, дугу необходимо как можно быстрее погасить.

Процесс гашения дуги в КРУЭ включает два механизма: термическое прерывание и диэлектрическое прерывание.

Термическое прерывание:Этот процесс зависит от понижения температуры электрической дуги за счет передачи тепла близлежащему газу. По мере того, как дуга становится холоднее, ее сопротивление увеличивается, вызывая уменьшение тока до тех пор, пока он не достигнет нуля в естественной точке перехода тока через ноль. В этом случае дуга гаснет.

Диэлектрическое прерывание:Эта система зависит от повышения способности газа противостоять электрическому пробою за счет устранения ионизированных частиц на пути электрической дуги. Когда дуга гаснет, газ SF6 попадает в пространство и захватывает несвязанные электроны, создавая молекулы без заряда, которые не могут переносить электрический ток. Способность газа противостоять пробою быстро возвращается к норме, предотвращая повторное зажигание дуги.

После гашения дуги контакты снова замыкаются и цепь восстанавливается. Система управления газом контролирует и контролирует давление газа SF6, а также обеспечивает качество газа и обнаружение утечек.

Применение распределительных устройств с элегазовой изоляцией.

ГИС широко используется в различных приложениях благодаря своей компактности, надежности и низким требованиям к обслуживанию. Некоторые из распространенных приложений ГИС:

Городские или промышленные районы:ГИС идеально подходит для городских или промышленных территорий, где мало места и высокий уровень загрязнения. КРУЭ можно устанавливать внутри или снаружи, на крышах, подземных или морских платформах, не влияя на окружающую среду и эстетику.

Производство и передача электроэнергии:ГИС используется для подключения электростанций к сети, а также для передачи и распределения электроэнергии на большие расстояния и при различных уровнях напряжения. КРУЭ может выдерживать большие токи и напряжения, а также обеспечивать функции защиты и управления энергосистемами.

Интеграция возобновляемых источников энергии:ГИС используется для интеграции в энергосистему возобновляемых источников энергии, таких как ветряные электростанции или солнечные электростанции. КРУЭ может обеспечить гибкие и надежные соединения, а также регулирование напряжения и частоты для прерывистого производства электроэнергии.

Железные дороги и метро:КРУЭ используется для электроснабжения железных дорог и метрополитенов, а также для контроля и защиты их электросистем. ГИС может снизить потери и повысить эффективность, а также обеспечить безопасность и надежность пассажиров и операторов.

Дата-центры и заводы:КРУЭ используется для электроснабжения дата-центров и заводов, для их работы необходимо качественное и бесперебойное электроснабжение. ГИС может обеспечить высокую доступность, резервирование и отказоустойчивость, а также уменьшить электромагнитные помехи и гармоники.

Сравнение распределительного устройства с элегазовой изоляцией и распределительного устройства с воздушной изоляцией.

Распределительное устройство с элегазовой изоляцией (КРУЭ) имеет ряд преимуществ перед распределительными устройствами с воздушной изоляцией (АИС), которые представляют собой обычный тип распределительных устройств, в которых в качестве изоляционной среды используется воздух. Некоторые из преимуществ ГИС:

Экономия места:Геопространственные информационные системы (ГИС) могут значительно минимизировать пространственные требования подстанции, сокращая ее площадь до 90% по сравнению с распределительными устройствами с воздушной изоляцией (AIS). Такое значительное сокращение достижимо, поскольку ГИС можно разместить в одном или многоэтажном здании или зарыть под землей, тем самым устраняя необходимость в обширной открытой площадке, которая обычно требуется АИС для установки и обслуживания.

Безопасность:Технология географической информационной системы (ГИС) может значительно повысить безопасность персонала и оборудования, устраняя риски, связанные с частями под напряжением и опасностью возникновения дуговой вспышки. Кроме того, КРУЭ сводит к минимуму вероятность пожара, взрыва или загрязнения окружающей среды, поскольку он содержит элегаз в безопасном, герметичном корпусе.

Надежность:Географическая информационная система (ГИС) может повысить надежность источника питания за счет сведения к минимуму количества подвижных компонентов и соединений, которые могут выйти из строя или выйти из строя. Кроме того, ГИС имеет более длительный срок службы по сравнению с системой автоматической идентификации (АИС), поскольку она менее восприимчива к воздействию окружающей среды, например влажности, пыли, коррозии или загрязнению.

Обслуживание:Использование ГИС может снизить расходы на техническое обслуживание и свести к минимуму время простоя, поскольку оно требует меньшего количества регулярного обслуживания и проверок по сравнению с АИС. ГИС оснащена возможностями самодиагностики, которые позволяют выявлять проблемы и уведомлять операторов до того, как они обострятся.

Тем не менее, ГИС имеет недостатки по сравнению с АИС, особенно с точки зрения стоимости. ГИС обходится дороже, чем АИС, с точки зрения первоначальных затрат и текущих эксплуатационных расходов. Это связано с необходимостью использования более передовых технологий и материалов, а также более строгих стандартов качества и процессов тестирования.

Сложность:ГИС демонстрирует более высокий уровень сложности в разработке и реализации по сравнению с АИС из-за необходимости усиления координации и интеграции между различными компонентами и системами, включая управление газом, защиту, контроль, связь и другие.

Доступность:ГИС не всегда может быть таким же доступным, как АИС, особенно в ситуациях, когда неисправность возникает внутри отсека, затрагивая несколько компонентов. Это связано с тем, что ГИС обычно требует больше времени и ресурсов для выявления и устранения неисправности по сравнению с АИС. В результате решение о выборе ГИС или АИС зависит от ряда факторов, включая условия на месте, технические требования, экономические соображения и индивидуальные предпочтения.

Типы и модели распределительных устройств с элегазовой изоляцией.

Различные производители выпускают различные типы и модели распределительных устройств с элегазовой изоляцией. Некоторые из распространенных типов:

Изолированная фаза КРУЭ:В этом типе каждая фаза цепи собирается отдельно в своем отсеке. Этот тип требует больше места, чем другие типы КРУЭ, но предотвращает межфазные замыкания.

Интегрированная трехфазная КРУЭ:В этом типе все три фазы цепи собраны в одном отсеке. Этот тип уменьшает требуемое пространство на одну треть по сравнению с КРУЭ с изолированной фазой.

Гибридная ГИС:В этом типе используется комбинация изолированных фазных и трехфазных элементов. Этот тип обеспечивает баланс между экономией места и предотвращением неисправностей.

Компактная ГИС:В этом типе в одном отсеке заключено более одного функционального элемента. Например, в одном модуле можно объединить автоматический выключатель, разъединитель и трансформатор тока. Этот тип еще больше снижает требования к пространству по сравнению с другими типами ГИС.

Высокоинтегрированная система (HIS):В этом типе все оборудование подстанции заключено в одном корпусе. Этот тип обеспечивает комплексное решение для наружной подстанции в одном блоке, устраняя необходимость во внешних подключениях и сокращая время установки.

Заключение.

Распределительное устройство с элегазовой изоляцией— это тип электрооборудования, в котором в качестве первичной изоляции и средства гашения дуги используется газ, например элегаз. Он состоит из металлических отсеков, в которых размещаются различные компоненты энергосистемы, такие как автоматические выключатели, разъединители, шины, трансформаторы, заземлители, ограничители перенапряжения и т. д.

КРУЭ имеет ряд преимуществ перед распределительными устройствами с воздушной изоляцией, таких как экономия места, безопасность, надежность и низкие эксплуатационные расходы. Однако ГИС также имеет некоторые недостатки, такие как высокая стоимость, сложность и в некоторых случаях более низкая доступность.

ГИС широко используется в различных приложениях, таких как городские или промышленные районы, производство и передача электроэнергии, интеграция возобновляемых источников энергии, железные дороги и метро, ​​центры обработки данных и заводы. В зависимости от уровня напряжения и конструктивных требований от разных производителей выпускаются различные типы и модели КРУЭ.

ГИС — это современная и передовая технология, которая может обеспечить эффективные и надежные решения для энергосистем. Однако важно понять его характеристики, преимущества и недостатки, а также области применения, прежде чем выбирать тип распределительного устройства для конкретного проекта.