Thiết bị đóng cắt cách điện bằng khí (GIS) là gì?

Thiết bị đóng cắt cách điện bằng khí (GIS)Đây là một thiết bị đóng cắt điện nhỏ gọn, được bao bọc bằng kim loại.

Tất cả các bộ phận dẫn điện chính đều được niêm phong bên trong môi trường chịu áp suất chứa đầy khí cách điện. Nó trông rất khác so với thiết bị đóng cắt cách điện bằng không khí (AIS) truyền thống vì kích thước nhỏ gọn của nó. Công nghệ này có thể giảm kích thước trạm biến áp lên đến 90% so với AIS thông thường.

Khí cách điện chính được sử dụng từ trước đến nay là Sulfur Hexafluoride (SF₆). Tuy nhiên, ngành công nghiệp hiện đang nhanh chóng chuyển sang các lựa chọn thân thiện với môi trường hơn. Bất kể loại khí nào được sử dụng, thiết bị đóng cắt cách điện bằng khí đều đảm nhiệm các chức năng cơ bản cần thiết trong bất kỳ hệ thống điện nào:

• Để kiểm soát dòng điện.
• Để bảo vệ thiết bị điện khỏi các sự cố.
• Để cách ly các mạch điện phục vụ công tác bảo trì.

Cách thức hoạt động của GIS

Ở đây, chúng ta sẽ xem xét hai vai trò chính mà khí cách điện đóng góp vào hiệu quả của thiết bị đóng cắt cách điện bằng khí: cách điện và dập tắt hồ quang.

Độ bền điện môi vượt trội

Độ bền điện môi là khả năng của vật liệu chịu được điện áp mà không bị phá vỡ.

Khí cách điện được sử dụng trong GIS, theo truyền thống là SF₆, có tính chất âm điện mạnh. Điều này có nghĩa là nó dễ dàng thu giữ các electron tự do, nếu không thì có thể gây ra hiện tượng phóng điện.

Tính năng này, kết hợp với việc tạo áp suất bên trong buồng chứa, mang lạiđặc tính điện môi vượt trội của khí SF₆.

Nó có khả năng cách điện tốt hơn nhiều so với không khí, do đó các bộ phận dẫn điện có thể được đặt gần nhau hơn một cách an toàn.

Chế ngự hồ quang điện

Khi cầu dao phải ngắt dòng điện sự cố, nó sẽ tạo ra một hồ quang điện mạnh. Khí cách điện đóng vai trò quan trọng trong việc dập tắt hồ quang này. Quá trình này diễn ra như sau:

1. Phát hiện lỗi:Các rơle bảo vệ của hệ thống phát hiện dòng điện quá tải hoặc ngắn mạch và ra tín hiệu cho cầu dao ngắt mạch.
2. Khoảng cách tiếp xúc:Khi các tiếp điểm cơ học của cầu dao tách rời nhau, một tia lửa điện sẽ hình thành giữa chúng.
3. Vụ nổ khí gas:Một cơ chế bên trong máy cắt sẽ phun một luồng khí cách điện áp suất cao trực tiếp vào đường đi của hồ quang.
4. Làm nguội và tôi luyện bằng hồ quang:Khí này nhanh chóng làm nguội hồ quang và hấp thụ năng lượng nhiệt của nó. Bản chất điện âm của khí giúp đưa các hạt ion hóa lại gần nhau, dập tắt hồ quang và ngắt dòng điện.
5. Cách ly hệ thống:Mạch điện hiện đã được ngắt điện an toàn và mở.

Giải pháp điện áp trung bình

Thiết bị đóng cắt cách điện bằng khí (YRM6-12/24)

• Thiết kế kín hoàn toàn:Bình chứa khí bằng thép không gỉ chứa khí SF6 để cách ly hoàn toàn với môi trường.
• Kích thước nhỏ gọn:Thiết kế dạng mô-đun với khả năng mở rộng tối đa, lý tưởng cho các dự án có diện tích hạn chế.
• Độ tin cậy cực cao:Hiệu suất ổn định trong môi trường độ cao, ẩm ướt và ăn mòn.
• Sự tuân thủ:Được thiết kế để đáp ứng các tiêu chuẩn IEC quốc tế về độ ổn định nguồn điện lâu dài.

Tìm hiểu thêm →

Bên trong khu vực GIS

Thiết bị đóng cắt cách điện bằng khí là một hệ thống mô-đun tích hợp cao. Nhiều đơn vị chức năng chính được đặt cùng nhau bên trong một cụm kín.

Thông thường, chúng ta sẽ tìm thấy các thành phần cốt lõi sau đây trong một khoang GIS:

• Cầu dao ngắt mạch:Thiết bị chủ động dùng để ngắt dòng điện bình thường và dòng điện sự cố.
• Công tắc ngắt mạch (công tắc cách ly) và công tắc nối đất:Được sử dụng để tạo khoảng cách cách ly an toàn cho việc bảo trì và để nối đất an toàn cho các phần bị cách ly.
• Thanh dẫn điện:Các dây dẫn chính truyền tải điện năng giữa các khoang khác nhau của tủ điện.
• Biến áp đo lường (CT & VT):Biến áp dòng điện và điện áp cung cấp tín hiệu cho việc đo lường, giám sát và vận hành rơle bảo vệ.
• Vỏ kim loại kín:Vỏ bằng nhôm hoặc thép nối đất bao bọc tất cả các bộ phận mang điện và khí cách điện, đảm bảo an toàn cho người vận hành và bảo vệ thiết bị khỏi các tác động từ môi trường.
• Hệ thống giám sát khí:Một thiết bị an toàn quan trọng liên tục theo dõi mật độ và áp suất khí, cảnh báo người vận hành về bất kỳ rò rỉ tiềm tàng nào.

So sánh GIS và AIS

Để hiểu được giá trị của thiết bị đóng cắt cách điện bằng khí (GIS), việc so sánh trực tiếp với thiết bị đóng cắt cách điện bằng không khí là rất hữu ích. GIS mang lại những ưu điểm vượt trội về độ tin cậy và bảo trì nhưng lại có chi phí đầu tư ban đầu cao hơn.

Một tương lai xanh hơn cho GIS

Thay đổi lớn nhất trong công nghệ thiết bị đóng cắt cách điện bằng khí hiện đại là việc chuyển đổi từ khí SF₆ sang các loại khí khác để giải quyết các vấn đề môi trường.

Thử thách môi trường SF₆

SF₆ hoạt động rất tốt như một loại khí kỹ thuật, nhưng nó cũng là khí nhà kính mạnh nhất được biết đến trong khoa học. Tiềm năng nóng lên toàn cầu (GWP) của nó cao hơn 24.000 lần so với CO₂. Nó cũng có thể tồn tại trong khí quyển hơn 3.000 năm.

Các quy định nghiêm ngặt về môi trường, như Quy định về khí F của EU, đang đẩy nhanh quá trình thay đổi này.Các nhà sản xuất hàng đầu đang phát triển các giải pháp không chứa SF₆.Các giải pháp này nhằm mục đích duy trì hiệu suất tương đương trong khi giảm thiểu tác hại đến môi trường.

Tìm hiểu về các giải pháp thay thế thân thiện với môi trường

Một thế hệ khí cách điện thân thiện với môi trường mới hiện đang được sử dụng trong thực tế. Những lựa chọn này mang lại hiệu suất tương tự nhưng tác động đến môi trường ít hơn nhiều.

Những lựa chọn hàng đầu mà chúng ta thấy hiện nay bao gồm:

• g³ (Khí xanh cho lưới điện):Một hỗn hợp khí dựa trên fluoronitril giúp giảm chỉ số GWP hơn 99% so với SF₆.
• Hỗn hợp không khí khô / CO₂:Những giải pháp này mang lại hiệu quả không phát thải khí nhà kính (zero-GWP), sử dụng không khí tinh khiết, nitơ và carbon dioxide làm môi trường cách nhiệt.
• Hỗn hợp gốc fluoroketone:Một loại khí tổng hợp khác cũng giúp giảm đáng kể chỉ số GWP (Global Warming Potential).

Những công nghệ này không còn chỉ được thử nghiệm nữa. Các công ty điện lực đang tích cực sử dụng chúng trong các dự án mới, bao gồm khí đốt tự nhiên cho các hệ thống GIS mới và các lựa chọn không chứa SF₆ khác.

Ứng dụng GIS thiết yếu

Những ưu điểm độc đáo của thiết bị đóng cắt cách điện bằng khí khiến nó trở thành lựa chọn tốt nhất, và đôi khi là lựa chọn duy nhất, cho một loạt các ứng dụng quan trọng.

• Trạm biến áp đô thị:Ở những nơi đất đai đắt đỏ hoặc khó tìm, kích thước nhỏ gọn của hệ thống GIS là vô cùng cần thiết.
• Các trang trại điện gió ngoài khơi và khu vực ven biển:Vỏ bọc kín cung cấp khả năng bảo vệ hoàn toàn khỏi không khí mặn và độ ẩm, giúp thiết bị hoạt động đáng tin cậy trong môi trường biển khắc nghiệt.
• Các công trình lắp đặt ngầm và trong nhà:Hệ thống GIS hoạt động hiệu quả đối với các trạm biến áp trong tầng hầm, đường hầm hoặc các tòa nhà mà an toàn và không gian hạn chế là những mối quan tâm hàng đầu.
• Cơ sở công nghiệp:Tại những nơi có nhiều bụi hoặc ô nhiễm hóa chất, thiết kế kín giúp ngăn chặn sự ô nhiễm và duy trì hoạt động ổn định.
• Nhà máy thủy điện:Những công trình này thường được xây dựng bên trong núi hoặc hang động, nơi không gian rất hạn hẹp.

Kết luận: Giá trị bền vững của GIS

Thiết bị đóng cắt cách điện bằng khí (Gas Insulated Switchgear - GPS) đã chứng minh giá trị của mình thông qua những ưu điểm chính: kích thước nhỏ gọn, độ tin cậy cao, an toàn hơn và nhu cầu bảo trì thấp. Mặc dù công nghệ đang thay đổi để giảm tác động đến môi trường bằng cách chuyển dần khỏi SF₆, thiết kế cốt lõi của nó vẫn là nền tảng của lưới điện hiện đại.

Hệ thống thông tin địa lý (GIS) rất cần thiết để xây dựng cơ sở hạ tầng điện mạnh mẽ và tiết kiệm không gian. Nó giúp đưa năng lượng tái tạo vào các khu vực đô thị đông đúc và thể hiện tầm quan trọng của nó.tương lai của công nghệ thiết bị đóng cắtCân bằng giữa hiệu suất cao và các tiêu chuẩn môi trường ngày càng khắt khe.