Wat is gasgeïsoleerde schakelinstallatie (GIS)?

Gasgeïsoleerde schakelinstallaties (GIS)Het is een compacte, metalen behuizing van een elektrisch schakelapparaat.

Alle belangrijke geleidende onderdelen zijn afgesloten in een omgeving onder druk, gevuld met isolerend gas. Het ziet er heel anders uit dan traditionele luchtgeïsoleerde schakelinstallaties (AIS) vanwege de compacte afmetingen. Deze technologie kan de omvang van een onderstation tot wel 90% verkleinen in vergelijking met conventionele AIS.

Het belangrijkste isolatiegas is van oudsher zwavelhexafluoride (SF₆). De industrie maakt echter snel de overstap naar milieuvriendelijkere alternatieven. Ongeacht het gebruikte gas, een gasgeïsoleerde schakelinstallatie vervult de basisfuncties die nodig zijn in elk energiesysteem:

• Om de stroomtoevoer te regelen.
• Om elektrische apparatuur te beschermen tegen storingen.
• Om circuits te isoleren voor onderhoud.

Hoe GIS werkt

Hier zullen we de twee belangrijkste rollen bekijken die het isolatiegas speelt in de effectiviteit van gasgeïsoleerde schakelinstallaties: isolatie en vlamboogdoving.

Superieure diëlektrische sterkte

Diëlektrische sterkte is het vermogen van een materiaal om spanning te weerstaan ​​zonder te bezwijken.

Het isolerende gas dat in GIS wordt gebruikt, traditioneel SF₆, heeft sterke elektronegatieve eigenschappen. Dit betekent dat het gemakkelijk vrije elektronen aantrekt die anders een elektrische ontlading zouden kunnen veroorzaken.

Deze eigenschap, in combinatie met de druk in de behuizing, geeft desuperieure diëlektrische eigenschappen van SF₆-gas.

Het isoleert veel beter dan lucht, waardoor geleidende onderdelen veilig veel dichter bij elkaar geplaatst kunnen worden.

Het temmen van de elektrische boog

Wanneer een stroomonderbreker een foutstroom moet onderbreken, ontstaat er een krachtige elektrische vlamboog. Het isolatiegas speelt een cruciale rol bij het doven van deze vlamboog. Zo werkt het proces:

1. Foutdetectie:De beveiligingsrelais van het systeem detecteren een overstroom of kortsluiting en geven de stroomonderbreker een signaal om uit te schakelen.
2. Contactscheiding:Wanneer de mechanische contacten van de stroomonderbreker uit elkaar gaan, ontstaat er een elektrische vlamboog tussen hen.
3. Gasexplosie:Een mechanisme in de stroomonderbreker stuurt een hogedrukstoot isolerend gas rechtstreeks in het pad van de vlamboog.
4. Boogkoeling en -afkoeling:Het gas koelt de boog snel af en absorbeert de warmte-energie. Door zijn elektronegatieve aard komen de geïoniseerde deeltjes weer samen, waardoor de boog dooft en de stroom stopt.
5. Systeemisolatie:Het circuit is nu veilig spanningsloos en open.

Middenspanningsoplossingen

Gasgeïsoleerde schakelinstallatie (YRM6-12/24)

• Volledig afgedicht ontwerp:Roestvrijstalen gastank gevuld met SF6 voor volledige omgevingsisolatie.
• Compact formaat:Modulair ontwerp met mogelijkheid tot uitbreidbaarheid aan de bovenzijde, ideaal voor projecten met beperkte ruimte.
• Uiterste betrouwbaarheid:Stabiele prestaties in omgevingen op grote hoogte, in vochtige en corrosieve omstandigheden.
• Naleving:Ontworpen om te voldoen aan de internationale IEC-normen voor langdurige stroomstabiliteit.

Meer informatie →

Binnen de GIS-behuizing

Een gasgeïsoleerde schakelinstallatie is een sterk geïntegreerd, modulair systeem. Verschillende belangrijke functionele eenheden zijn samen ondergebracht in de afgesloten behuizing.

Binnen een GIS-bay vinden we doorgaans de volgende kerncomponenten:

• Stroomonderbrekers:Het actieve apparaat voor het onderbreken van normale en foutstromen.
• Scheidingsschakelaars en aardingsschakelaars:Wordt gebruikt om een ​​veilige isolatieopening te creëren voor onderhoud en om geïsoleerde secties veilig te aarden.
• Stroomrails:De hoofdgeleiders die stroom transporteren tussen de verschillende schakelinstallaties.
• Instrumenttransformatoren (CT's en VT's):Stroom- en spanningstransformatoren leveren signalen voor metingen, bewaking en beveiligingsrelais.
• Afgesloten metalen behuizing:De geaarde aluminium of stalen behuizing die alle onder spanning staande onderdelen en het isolerende gas bevat, zorgt voor de veiligheid van de bedieners en beschermt de apparatuur tegen invloeden van buitenaf.
• Gasbewakingssysteem:Een cruciaal veiligheidsapparaat dat continu de gasdichtheid en -druk meet en operators waarschuwt voor eventuele lekken.

Vergelijking tussen GIS en AIS

Om de waarde van gasgeïsoleerde schakelinstallaties te begrijpen, is het nuttig om ze direct te vergelijken met luchtgeïsoleerde schakelinstallaties. Gasgeïsoleerde schakelinstallaties bieden aanzienlijke voordelen op het gebied van betrouwbaarheid en onderhoud, maar brengen wel hogere aanschafkosten met zich mee.

Een groenere toekomst voor GIS

De grootste verandering in de moderne technologie van gasgeïsoleerde schakelinstallaties is de overstap van SF₆-gas naar gasgeïsoleerd gas om milieuoverwegingen aan te pakken.

De SF₆ milieu-uitdaging

SF₆ is een zeer geschikt gas voor technische toepassingen, maar het is tevens het krachtigste broeikasgas dat de wetenschap kent. Het heeft een aardopwarmingspotentieel (GWP) dat meer dan 24.000 keer zo groot is als dat van CO₂. Bovendien kan het meer dan 3.000 jaar in de atmosfeer blijven.

Strikte milieuregels, zoals de EU-verordening inzake F-gassen, versnellen deze verandering, omdatToonaangevende fabrikanten ontwikkelen SF₆-vrije oplossingen.Deze oplossingen zijn erop gericht hetzelfde prestatieniveau te behouden en tegelijkertijd de milieuschade te beperken.

Maak kennis met de ecologische alternatieven.

Een nieuwe generatie milieuvriendelijke isolatiegassen wordt nu in de praktijk gebruikt. Deze opties bieden vergelijkbare prestaties met een veel kleinere impact op het milieu.

De meest voorkomende keuzes die we vandaag zien, zijn onder andere:

• g³ (Groen gas voor het elektriciteitsnet):Een gasmengsel op basis van fluornitril dat de GWP met meer dan 99% verlaagt in vergelijking met SF₆.
• Droge lucht / CO₂-mengsels:Deze bieden een oplossing met een GWP van nul, waarbij gezuiverde lucht, stikstof en kooldioxide als isolatiemateriaal worden gebruikt.
• Fluoroketonmengsels:Een ander type synthetisch gas dat ook een grote verlaging van het GWP (Global Warming Potential) oplevert.

Deze technologieën worden niet langer alleen getest. Energiebedrijven gebruiken ze actief in nieuwe projecten, waaronder aardgas voor nieuwe GIS-installaties en andere SF₆-vrije opties.

Essentiële GIS-toepassingen

De unieke voordelen van gasgeïsoleerde schakelinstallaties maken ze de beste keuze, en soms de enige keuze, voor een reeks kritische toepassingen.

• Stedelijke onderstations:In gebieden waar grond erg duur is of moeilijk te vinden, is het compacte formaat van GIS essentieel.
• Windparken op zee en kustgebieden:De afgesloten behuizing biedt volledige bescherming tegen zoute lucht en vocht, waardoor de apparatuur betrouwbaar blijft functioneren in ruwe maritieme omstandigheden.
• Ondergrondse en binneninstallaties:GIS is zeer geschikt voor transformatorstations in kelders, tunnels of gebouwen waar veiligheid en beperkte ruimte topprioriteiten zijn.
• Industriële faciliteiten:Op plaatsen met veel stof of chemische vervuiling voorkomt het afgesloten ontwerp besmetting en zorgt het voor een stabiele werking.
• Waterkrachtcentrales:Deze worden vaak gebouwd in bergen of grotten waar de ruimte zeer beperkt is.

Conclusie: Blijvende waarde van GIS

Gasgeïsoleerde schakelinstallaties hebben hun waarde bewezen door hun belangrijkste voordelen: compact formaat, hoge betrouwbaarheid, betere veiligheid en lage onderhoudsbehoeften. Hoewel de technologie verandert om de milieubelasting te verminderen door af te stappen van SF₆, blijft het basisontwerp een fundament van moderne elektriciteitsnetten.

GIS is essentieel voor het bouwen van een sterke, ruimtebesparende elektriciteitsinfrastructuur. Het helpt bij het brengen van hernieuwbare energie naar dichtbevolkte stedelijke gebieden en vertegenwoordigtde toekomst van schakelapparatuurtechnologiewaarbij sterke prestaties in evenwicht worden gebracht met steeds strengere milieunormen.