Định nghĩa, linh kiện và ứng dụng của thiết bị đóng cắt cách điện bằng khí

Thiết bị đóng cắt cách điện bằng khí (GIS) là một thiết bị điện sử dụng loại khí như sulfur hexafluoride (SF6) để cách nhiệt và bảo vệ các bộ phận khác nhau của hệ thống điện. Nó bao gồm các ngăn được bọc bằng kim loại có chứa cầu dao, bộ ngắt kết nối, thanh cái, máy biến áp, công tắc nối đất, thiết bị chống sét và các bộ phận khác. GIS chủ yếu được sử dụng cho mục đích điện áp trung bình và cao áp, đặc biệt trong những trường hợp không gian bị hạn chế và độ tin cậy là rất quan trọng.

Bài viết này sẽ định nghĩa về GIS, bao gồm các lợi ích, hạn chế và cách sử dụng của nó. Ngoài ra, chúng tôi sẽ so sánh GIS với AIS, dạng thiết bị đóng cắt truyền thống sử dụng không khí để cách nhiệt.

Thiết bị đóng cắt cách điện bằng khí là gì?

A thiết bị đóng cắt cách điện bằng khí(GIS) được đặc trưng như một thiết bị đóng cắt bọc kim loại sử dụng khí, như SF6, làm vật liệu cách nhiệt chính giữa các bộ phận hoạt động và vỏ kim loại nối đất. Loại khí này có độ bền điện môi vượt trội, độ ổn định nhiệt và khả năng dập tắt hồ quang ấn tượng.

Các thành phần chính của GIS là:

Bộ ngắt mạch:Các thiết bị này được thiết kế để ngắt dòng điện trong mạch khi có sự cố phát sinh. Họ sử dụng chân không hoặc SF6 làm phương tiện để ngắt điện, được chọn dựa trên điện áp và mục đích của mạch điện.

Bộ ngắt kết nối:Các thiết bị này có khả năng cách ly một phần cụ thể của mạch điện với phần còn lại của hệ thống, cho phép thực hiện bảo trì hoặc thử nghiệm mà không làm gián đoạn toàn bộ hệ thống. Chúng sử dụng SF6 làm môi trường cách nhiệt và có thể được điều khiển bằng tay hoặc từ xa.

Thanh xe buýt:Những dây dẫn này liên kết các phần khác nhau của hệ thống điện, như máy phát điện, máy biến áp và bộ cấp nguồn. Chúng sử dụng SF6 để cách điện và được thiết lập theo cấu hình ba pha.

Máy biến áp:Các thiết bị này có thể thay đổi mức điện áp của mạch điện, sử dụng SF6 làm môi trường cách điện. Chúng có thể được phân loại là máy biến áp điện hoặc máy biến áp đo lường, bao gồm máy biến dòng điện hoặc máy biến điện áp.

Công tắc nối đất:Các thiết bị này được sử dụng để đảm bảo an toàn và nối đất bằng cách kết nối một phần mạch điện với đất. Chúng sử dụng SF6 làm môi trường cách nhiệt và có thể được điều khiển bằng tay hoặc từ xa.

Thiết bị chống sét:Các thiết bị này được thiết kế để bảo vệ mạch khỏi sự tăng điện áp do sét hoặc các sự kiện chuyển mạch gây ra. Chúng sử dụng SF6 làm vật liệu cách điện và có thể được phân thành hai loại: biến trở oxit kim loại (MOV) hoặc khe hở tia lửa.

Các bộ phận được đặt trong vỏ kim loại chứa đầy khí SF6 ở áp suất cụ thể. Vỏ được phân thành nhiều phần kín, ngăn cách bằng vách ngăn kín khí. Các phần được liên kết bằng các ống dẫn khí và van tạo điều kiện thuận lợi cho việc điều chỉnh lưu lượng khí và áp suất.

Vỏ bao gồm các cảm biến, màn hình, chỉ báo, cảnh báo và thiết bị điều khiển để đảm bảo GIS hoạt động an toàn và hiệu quả. Tùy thuộc vào điều kiện môi trường và nhu cầu thiết kế, vỏ bọc có thể được đặt trong nhà hoặc ngoài trời.

Thiết bị đóng cắt cách điện bằng khí hoạt động như thế nào?

Nguyên lý hoạt động chính của GIS là sử dụng khí SF6 làm chất cách điện và bình chữa cháy hồ quang. Khí SF6 có một số ưu điểm so với không khí như một môi trường cách nhiệt.

◆　Nó có độ bền điện môi cao hơn không khí, nghĩa là nó có thể chịu được điện áp cao hơn mà không bị hỏng.

◆　Nó có trọng lượng phân tử thấp hơn không khí, nghĩa là nó có độ dẫn nhiệt cao hơn và có thể tản nhiệt hiệu quả hơn.

◆　Nó có độ âm điện cao hơn không khí, nghĩa là nó có thể thu giữ các electron tự do hiệu quả hơn và giảm quá trình ion hóa trong hồ quang.

Những đặc tính này làm cho khí SF6 trở nên lý tưởng cho các ứng dụng GIS, nơi không gian có hạn và độ tin cậy là điều cần thiết.

Hoạt động của GIS có thể được giải thích bằng cách sử dụng ví dụ về máy cắt ba pha. Trong điều kiện bình thường, các tiếp điểm của bộ ngắt mạch đóng lại và dòng điện chạy qua chúng. Khi xảy ra lỗi trong mạch, chẳng hạn như đoản mạch hoặc quá tải, các tiếp điểm sẽ tách ra và xuất hiện hồ quang giữa chúng.

Hồ quang bao gồm khí ion hóa dẫn điện. Hồ quang tạo ra nhiệt và áp suất có thể làm hỏng các tiếp điểm và các bộ phận khác. Để ngăn chặn điều này, hồ quang phải được dập tắt càng nhanh càng tốt.

Quá trình dập tắt hồ quang trong GIS bao gồm hai cơ chế: gián đoạn nhiệt và gián đoạn điện môi.

Sự gián đoạn nhiệt:Quá trình này phụ thuộc vào việc hạ nhiệt độ của hồ quang điện bằng cách truyền nhiệt cho khí gần đó. Khi hồ quang trở nên nguội hơn, điện trở của nó tăng lên, làm cho dòng điện giảm cho đến khi bằng 0 tại điểm giao nhau của dòng điện tự nhiên. Khi điều này xảy ra, hồ quang sẽ bị dập tắt.

Sự gián đoạn điện môi:Hệ thống này phụ thuộc vào việc tăng cường khả năng chống lại sự cố điện của khí bằng cách loại bỏ các hạt bị ion hóa trên đường đi của hồ quang điện. Khi hồ quang dừng lại, khí SF6 đi vào không gian và bắt giữ các electron không liên kết, tạo ra các phân tử không mang điện nên không thể mang dòng điện. Khả năng chống lại sự cố của khí nhanh chóng trở lại bình thường, ngăn chặn hồ quang bùng phát trở lại.

Sau khi hồ quang bị dập tắt, các tiếp điểm lại đóng lại và mạch điện được phục hồi. Hệ thống quản lý khí giám sát và kiểm soát áp suất khí SF6, đồng thời đảm bảo chất lượng khí và phát hiện rò rỉ.

Ứng dụng thiết bị đóng cắt cách điện bằng khí.

GIS được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng khác nhau do tính nhỏ gọn, độ tin cậy và yêu cầu bảo trì thấp. Một số ứng dụng phổ biến của GIS là:

Khu đô thị hoặc khu công nghiệp:GIS lý tưởng cho các khu đô thị hoặc khu công nghiệp nơi không gian khan hiếm và mức độ ô nhiễm cao. GIS có thể được lắp đặt trong nhà hoặc ngoài trời, trên mái nhà, nền tảng ngầm hoặc ngoài khơi mà không ảnh hưởng đến môi trường hoặc thẩm mỹ.

Phát điện và truyền tải điện:GIS được sử dụng để kết nối các nhà máy điện với lưới điện cũng như truyền tải và phân phối điện trên khoảng cách xa và qua các cấp điện áp khác nhau. GIS có thể xử lý dòng điện và điện áp cao cũng như cung cấp chức năng bảo vệ và điều khiển cho hệ thống điện.

Tích hợp năng lượng tái tạo:GIS được sử dụng để tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo, chẳng hạn như trang trại gió hoặc nhà máy năng lượng mặt trời, vào lưới điện. GIS có thể cung cấp các kết nối linh hoạt và đáng tin cậy cũng như điều chỉnh điện áp và tần số cho việc phát điện không liên tục.

Đường sắt và tàu điện ngầm:GIS được sử dụng để cung cấp điện cho đường sắt và tàu điện ngầm cũng như để kiểm soát và bảo vệ hệ thống điện của chúng. GIS có thể giảm tổn thất và nâng cao hiệu quả cũng như mang lại sự an toàn và tin cậy cho hành khách và người vận hành.

Trung tâm dữ liệu và nhà máy:GIS được sử dụng để cung cấp năng lượng cho các trung tâm dữ liệu và nhà máy, nơi cần có nguồn điện chất lượng cao và liên tục cho hoạt động của chúng. GIS có thể cung cấp tính sẵn sàng cao, dự phòng và khả năng chịu lỗi cũng như giảm nhiễu điện từ và sóng hài.

So sánh thiết bị đóng cắt cách điện bằng khí với thiết bị đóng cắt cách điện bằng không khí.

Thiết bị đóng cắt cách điện bằng khí (GIS) có một số ưu điểm so với thiết bị đóng cắt cách điện bằng không khí (AIS), đây là loại thiết bị đóng cắt thông thường sử dụng không khí làm môi trường cách điện. Một số ưu điểm của GIS là:

Tiết kiệm không gian:Hệ thống thông tin không gian địa lý (GIS) có thể giảm thiểu đáng kể các yêu cầu về không gian của trạm biến áp, thu nhỏ diện tích của nó tới 90% khi so sánh với Thiết bị đóng cắt cách điện bằng không khí (AIS). Mức giảm đáng kể này có thể đạt được vì GIS có thể được đặt trong một tòa nhà một hoặc nhiều tầng hoặc được chôn dưới lòng đất, do đó loại bỏ nhu cầu về một khu vực mở rộng rãi thường được AIS yêu cầu để lắp đặt và bảo trì.

Sự an toàn:Công nghệ Hệ thống thông tin địa lý (GIS) có thể cải thiện đáng kể an ninh của nhân viên và thiết bị bằng cách loại bỏ các rủi ro liên quan đến các bộ phận mang điện và nguy cơ phóng điện hồ quang. Ngoài ra, GIS giảm thiểu khả năng xảy ra cháy, nổ hoặc ô nhiễm môi trường vì nó chứa khí SF6 trong một vỏ bọc an toàn, chống rò rỉ.

Độ tin cậy:Hệ thống thông tin địa lý (GIS) có thể nâng cao độ tin cậy của nguồn điện bằng cách giảm thiểu số lượng các bộ phận di động và kết nối có thể xuống cấp hoặc trục trặc. Ngoài ra, GIS có tuổi thọ dài hơn so với Hệ thống nhận dạng tự động (AIS) vì nó ít bị ảnh hưởng bởi các ảnh hưởng của môi trường như độ ẩm, bụi, ăn mòn hoặc ô nhiễm.

BẢO TRÌ:Sử dụng GIS có thể giảm chi phí bảo trì và giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động vì nó ít cần bảo trì và kiểm tra thường xuyên hơn so với AIS. GIS được trang bị khả năng tự chẩn đoán có thể xác định các vấn đề và thông báo cho người vận hành trước khi chúng leo thang.

Tuy nhiên, GIS có những hạn chế so với AIS, đặc biệt là về mặt chi phí. GIS đắt hơn AIS về chi phí trả trước và chi phí vận hành liên tục. Điều này là do nhu cầu về công nghệ và vật liệu tiên tiến hơn, cùng với các tiêu chuẩn chất lượng và quy trình thử nghiệm chặt chẽ hơn.

Độ phức tạp:GIS thể hiện mức độ phức tạp cao hơn trong thiết kế và triển khai so với AIS do nhu cầu tăng cường phối hợp và tích hợp giữa các thành phần và hệ thống khác nhau, bao gồm quản lý khí, bảo vệ, kiểm soát, liên lạc và các hệ thống khác.

Khả dụng:GIS có thể không phải lúc nào cũng có thể truy cập được như AIS, đặc biệt trong các tình huống xảy ra lỗi trong một ngăn, ảnh hưởng đến một số bộ phận. Điều này là do GIS thường đòi hỏi nhiều thời gian và nguồn lực hơn để xác định và khắc phục lỗi so với AIS. Do đó, quyết định nên chọn GIS hay AIS phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm điều kiện địa điểm, yêu cầu kỹ thuật, cân nhắc về kinh tế và sở thích cá nhân.

Các loại và kiểu dáng của thiết bị đóng cắt cách điện bằng khí.

Có nhiều loại và mẫu thiết bị đóng cắt cách điện bằng khí khác nhau từ các nhà sản xuất khác nhau. Một số loại phổ biến là:

GIS giai đoạn cô lập:Ở loại này, mỗi pha của mạch điện được lắp ráp riêng biệt trong ngăn của nó. Loại này đòi hỏi nhiều không gian hơn các loại GIS khác, nhưng nó ngăn ngừa được các lỗi giữa các pha.

Tích hợp GIS ba pha:Ở loại này, cả ba pha của mạch điện được lắp ráp trong một ngăn duy nhất. Loại này giảm yêu cầu về không gian xuống 1/3 so với GIS giai đoạn cô lập.

GIS lai:Trong loại này, sự kết hợp của các phần tử pha và ba pha cách ly được sử dụng. Loại này cung cấp sự cân bằng giữa tiết kiệm không gian và ngăn ngừa lỗi.

GIS nhỏ gọn:Trong loại này, nhiều thành phần chức năng được gói gọn trong một ngăn duy nhất. Ví dụ, bộ ngắt mạch, bộ ngắt kết nối và máy biến dòng có thể được kết hợp trong một mô-đun. Loại này làm giảm yêu cầu về không gian hơn nữa so với các loại GIS khác.

Hệ thống tích hợp cao (HIS):Trong loại này, tất cả các thiết bị trạm biến áp được gói gọn trong một vỏ duy nhất. Loại này cung cấp giải pháp hoàn chỉnh cho trạm biến áp ngoài trời trong một thiết bị duy nhất, loại bỏ nhu cầu kết nối bên ngoài và giảm thời gian lắp đặt.

Phần kết luận.

Thiết bị đóng cắt cách điện bằng khílà một loại thiết bị điện sử dụng khí, chẳng hạn như SF6, làm chất cách điện chính và môi trường dập tắt hồ quang. Nó bao gồm các ngăn được bọc bằng kim loại chứa các thành phần khác nhau của hệ thống điện, chẳng hạn như cầu dao, bộ ngắt kết nối, thanh cái, máy biến áp, công tắc nối đất, thiết bị chống sét, v.v.

GIS có một số ưu điểm so với thiết bị đóng cắt cách điện bằng không khí như tiết kiệm không gian, an toàn, tin cậy và ít phải bảo trì. Tuy nhiên, GIS cũng có một số nhược điểm như chi phí cao, độ phức tạp và tính khả dụng thấp trong một số trường hợp.

GIS được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng khác nhau, chẳng hạn như khu đô thị hoặc khu công nghiệp, sản xuất và truyền tải điện, tích hợp năng lượng tái tạo, đường sắt và tàu điện ngầm, trung tâm dữ liệu và nhà máy. Tùy thuộc vào mức điện áp và yêu cầu thiết kế, các loại và mô hình GIS khác nhau có sẵn từ các nhà sản xuất khác nhau.

GIS là công nghệ hiện đại, tiên tiến có thể cung cấp các giải pháp hiệu quả và tin cậy cho hệ thống điện. Tuy nhiên, điều quan trọng là phải hiểu đặc điểm, ưu điểm, nhược điểm và ứng dụng của nó trước khi chọn loại thiết bị đóng cắt cho một dự án cụ thể.