PLINOM SF IZOLIRANA SKLOPNA POSTROJENJA (GIS

PLINOM SF6 IZOLIRANA

SKLOPNA POSTROJENJA (GIS)

TEHNIĈKO VELEUĈILIŠTE U ZAGREBU ELEKTROTEHNIĈKI ODJEL

Prof. dr.sc. KREŠIMIR MEŠTROVIĆ

2

Plin sumporni heksafluorid (SF6)

Prvi put sintetiziran 1900. godine na Farmaceutskom fakultetu u Parizu.

U Americi se upotrebljava od 1935. godine kao izolacijski medij.

U Americi 1953. godine počinje se upotrebljavati kao medij za gašenje

električnog luka.

Molekula plina SF6 sastoji se od šest atoma fluora simetrično rasporeĎenih

oko jednog atoma sumpora tvoreći tako pravilan oktaedar.

Umjetni plin, dobija se direktnom sintezom fluora i

tekućeg sumpora egzotermičkom reakcijom

u posebnim postrojenjima.

S + 3F2 →SF6 + 262 kcal

3

Plin sumporni heksafluorid (SF6)

- Bez boje, okusa i mirisa, nije otrovan, nije kemijski agresivan, nije

zapaljiv.

- Kemijski je stabilan i ne reagira sa okolnim materijalima sve do 500 0C.

- Gustoča mu je 5 puta veća od zraka.

- Dielektrična čvrstoča na atmosferskom tlaku 2.35 puta mu je veća od

zraka.

- Dielektrična čvrstoća raste mu s tlakom, i na 3 puta većem tlaku od

atmosferskog čak je veća od ulja.

- Toplinska vodljivost mu je 2 – 2.5 puta veća od zraka.

- Vremenska konstanta električnog luka mu je vrlo mala i zbog toga je

moguća uporaba plina SF6 na relativno malim tlakovima u usporedbi

sa zrakom.

- Elektronegativan je plin (veže na sebe slobodne elektrone i stvara

teško pokretljive ione).

- Oko 100 puta je efikasniji u procesu gašenja električnog luka u

usporedbi sa zrakom.

4

Ovisnost promjene tlaka plina SF6 o temperaturi

uz konstantnu gustoću

5

Plin SF6 spada u skupinu STAKLENIČKIH PLINOVA i označen

je kao jedan od glavnih uzročnika globalnog zagrijavanja !!!

Plin Vrijeme raspada

(godine) Potencijal globalnog

zagrijavanja CO2 50 - 200 1 CF4 50.000 6.300 C2F6 10.000 12.500 SF6 3.200 24.900

C6F14 3.200 6.800

Za usporedbu sposobnosti zadržavanja topline različitih stakleničkih

plinova koristi se tzv. potencijal globalnog zagrijavanja (Global

Worning Potetial – GWP).

GWP se temelji na sposobnosti apsorpcije topline svakog plina u

odnosu na ugljični dioksid (CO2), kao i vremena raspada svakog

plina (iznos koji nestaje iz atmosfere nakon odreĎenog broja godina).

6

GIS – Gas Insulated Switchgear

Plinom SF6 izolirano sklopno postrojenje

1968. godine ABB je u pogon pustio prvo visokonaponsko

plinom SF6 izolirano sklopno postrojenje u svijetu.

Danas je u svijetu u pogonu više od 80.000 polja.

GIS praktički pokriva sve naponske nivoe, počevši od

srednjih pa sve do iznimno visokih napona.

Kanada 550 kV, 100kA

Južna Afrika 765 kV

Japan 1000 kV

7

Prvo 145 kV GIS postrojenje – Švicarska 1968. god.

Prvo 420 kV GIS postrojenje – Nizozemska 1972. god.

8

Godina Status

1960 Počela fundamentalna istraživanja SF6 tehnologije

1964 Isporučen prvi jednotlačni SF6 prekidač

1968 Pušteno u pogon prvo GIS postrojenje

1974 Isporučeno prvo 420 kV GIS postrojenje


1983 Isporučeno GIS postrojenje s najviše polja za hidroelektranu Itaipu u Brazilu

1984 Isporučeno 550 kV GIS postrojenje za otežane uvjete (8000 A, 100 kA)


1996 Predstavljena treća generacija ultra kompaktnih GIS postrojenja 123 kV

1997 Predstavljen sustav inteligentnog nadzora polja

1999 Predstavljena treća generacija kompaktnih GIS postrojenja 145 i 245 kV

2000 Predstavljena nova rješenja kompaktnih i hibridnih GIS postrojenja

2001 Pušteno u pogon GIS postrojenje 1000 kV u Japanu

Prekretnice u razvoju moderne GIS tehnologije

Primjer razvoja GIS-a 123 kV

9

Glavni elementi SF6 plinom izoliranih postrojenja

10

1. Sabirnice sa sabirniĉkim rastavljaĉem

11


2. Centralni modul

12


2. Centralni modul

3. Linijski rastavljaĉ

13


2. Centralni modul


4. Strujni mjerni transformator

14


2. Centralni modul



5. Radni zemljospojnik

15


2. Centralni modul




6. Prekidaĉ

16


2. Centralni modul




6. Prekidaĉ

7. Kutni rastavljaĉ

17


2. Centralni modul




6. Prekidaĉ


8. Brzi zemljospojnik

18


2. Centralni modul




6. Prekidaĉ



9. Naponski transformator

19


2. Centralni modul




6. Prekidaĉ



9. Naponski transformator

10.Kabelski prikljuĉak

20

Modularni princip – polje sa dvostrukim sustavom sabirnica

21

Jednopolne sheme spoja GIS-a

jednostruke sabirnice

dvostruke sabirnice

jedan i pol prekidač po polju

dvostruke sabirnice

sa dva prekidača po polju

U svijetu izmeĎu 92 i 94% populacije GIS-a je izvedba „jednostruke sabirnice“ ili

„dvostruke sabirnice“.

22

23

24

25

Integracija elemenata primarne opreme

Prekidaĉ i (unutrašnje) meĊuveze

26

27

Princip rada prekidaĉa

28 28

Princip rada komore prekidaĉa

29

Princip rada opružnog mehanizma prekidaĉa


Tropoložajna sklopka ( rastavljaĉ i zemljospojnik)

30


31

Ĉetveroropoložajna sklopka (dva rastavljaĉa i zemljospojnik)

32

Provodne plino nepropusne ploĉe

1. generacija

2. generacija

3. generacija

Integriranje sustava kontrole, zaštite, upravljanja,

monitoringa i sekundarnih sustava u primarnu opremu

Sve više proizvoĎača počinje koristiti jedinstven integrirani sustav u kojem

su objedinjene funkcije monitoringa, kontrole i upravljanja. Ovaj napredni

sustav sastoji se od senzora za nadzor svih važnih funkcija postrojenja,

kao i dovoljnog kapaciteta za obradu prikupljenih informacija.

Srce sustava čini podsustav „inteligentni prekidač“. Za komunikaciju unutar

visokonaponskih postrojenja koristi velik broj različitih protokola i

konvertera. Naravno da konverteri mogu uzrokovati greške i kašnjenja.

Kako bi se to izbjeglo sve više proizvoĎača GIS-a počinje koristiti

jedinstven, globalan i provjeren protokol za komunikaciju koji se bazira na

normi IEC 61850.

33

Materijali za GIS elemente

Izolacija Osim plinovite izolacije (SF6) glavna izolacija u GIS-u je kruta (epoksid) koja se koristi za potporne

izolatore za sabirnice i za provodnike na plino nepropusnim pločama. Upravo zbog specijalnih i

zahtjevnih uvjeta koji se postavljaju na ovu izolaciju u visokonaponskom GIS-u (visoka mehanička i

električka naprezanja) ona se u posljednje vrijeme vrlo malo mijenjala i razvijala.

Kuĉište Danas većina GIS-a se bazira na aluminijskim kučištima sa različitim kombinacijama lijevanih i

zavarenih konstrukcija.

Tehnologija brtvljenja Moderne brtve (statičke i dinamičke) imaju izvrsne karakteristike, meĎutim zbog činjenice da plin SF6

spada u skupinu stakleničkih plinova, i da se od GIS-a očekuje sve manji i manji nivo curenje plina,

potrebno je i dalje poboljšavati njihove karakteristike. Čini se da se tehnologije brtvljenja i materijali

razvijeni za ostalu industriju mogu upotrijebiti i u GIS-u za postizanje statičkog brtvljenja koje je

efikasno za čitav radni vijek („sealed for life“). Curenje plina u modernim GIS-ovima je u granicama

do 0,2% godišnje.

Vodiĉi / kontakti Postoji širok spektar različitih materijala i konstrukcijskih rješenja za vodiče i kontakte koji se

upotrebljavaju u GIS-u.

34

Strategija održavanja GIS-a

Interval izmeĊu revizija ovisno o stvarnom

pogonskom stanju

0

5

10

15

20

25

30

1 2 3 4

generacija GIS-a u posljednjih 35 godina

Inte

rva

l iz

me

Ċu

re

viz

ija

(go

din

e)

Za pasivne primarne elemente (sabirnice, vodiče i kontaktne spojeve) uopće se ne

predviĎa nikakovo održavanje. Za aktivne primarne elemente (prekidači, rastavljači i

zemljospojnici) postupci održavanja baziraju se na preventivnom održavanju i

dijagnostičkim tehnikama ili specifičnim znanjima o sklopnim operacijama (broj sklopnih

operacija i visina prekidne struje).

35

36

Proširenje postojećeg GIS postrojenja

novom generacijom postrojenja istog proizvoĊaĉa

37

Proširenje postojećeg GIS postrojenja

postrojenjem drugog proizvoĊaĉa

HITACHI

KONĈAR

38

Proširenje postojećeg jednopolnog GIS postrojenja

s tropolnim postrojenjem drugog proizvoĊaĉa

Tropolni GIS

Jednopolni GIS

39

40

41

42

GIS postrojenja 123 kV – KONĈAR

11 Prekidač

30 Sabirnički rastavljač

38 Kutni rastavljač

50 Strujni transformator

60 Kabelsko kućište

65 Naponski transformator

67 Zvjezdasti zemljospojnik

43

44

45

GIS postrojenje 123 kV – ABB

46


47


48

GIS postrojenje 123 kV – SIEMENS

1 Upravljački ormarić

2 Strujni transformator

3 Sabirnice

4 Prekidač

5 Sabirnice

6 Pogon prekidača

7 Naponski transformator

8 Brzi zemljospojnik

9 Tropoložajna sklopka

10 Kabelsko kučište

49

GIS postrojenje 123 kV – SIEMENS

Usporedba nazivnih podataka

ABB SIEMENS AREVA HITACHI CG Electric

Nazivni

napon (kV) 145 145 145 145 145

Podnosivi

izmjeniĉni

napon (kV)

275 275 275 275 275

Podnosivi

udarni napon

(kV)

650 650 650 650 650

Nazivna struja

(A) 3150 3150 3150 3150 3150

Prekidna moć

(kA) 40 40 40 40 40

Dimenzije (m)

Š x V x D 3,6 x 2,8 x 1,0 3,6 x 3,0 x 0,8 3,4 x 2,9 x 1,2 4,8 x 3,0 x 1,0 4,5 x 3,2 x 1,0

Masa (t) 2,5 3,0 3,2 3,5 3,5

Tip

kuĉišta/mater. tropolno / Al tropolno / Al jednopol / Al tropolno / Al tropolno / Al

Usporedba vanjskih gabarita GIS-a 123 kV

4600

3700

51

KONĈAR

ABB

SIEMENS

GIS nazivnog napona većeg od 123 kV

52

GIS nazivnog napona 245 kV

53

GIS nazivnog napona 420 kV

54

55

GIS 72,5 kV - SIEMENS

s vakuumskim prekidaĉem

56

GIS za vanjsku ugradnju – 123 kV

57

GIS za vanjsku ugradnju – 400 kV

58

Hibridno postrojenje

(kombinacija GIS i klasično zrakom izolirano)

59

Mobilni GIS – 123 kV

60

Mobilni GIS – 245 kV

61

Ispitne metode

- Tipska ispitivanja

- Rutinska (komadna) ispitivanja

-Ispitivanja na terenu

Ova ispitivanja propisuju IEC standardi:

− IEC 62271-203 (2003): Gas-insulated metal-enclosed switchgear for rated

voltages of 52 kV and above

− IEC 60694 (1996): Common clauses for high-voltage switchgear and controlgear

− IEC 62271-100 (2001): High-voltage alternating-current circuit-breakers

62

TIPSKA ISPITIVANJA

Provode se na prototipu visokonaponskog GIS-a kako bi se

potvrdile nazivne karakteristike svih aparata, te karakteristike

upravljačkih i pomoćnih ureĎaja.

RUTINSKA ISPITIVANJA

Provode se na svakom elementu visokonaponskog GIS-a kako bi se

otkrile eventualne nepravilnosti i pogreške u materijalu ili konstrukciji.

Ova ispitivanja ne slabe karakteristike i pouzdanost ispitnog objekta.

Dogovorom izmeĎu proizvoĎača i korisnika bilo koje rutinsko ispitivanje

može se provesti i na terenu neposredno prije puštanja u pogon.

ISPITIVANJA NA TERENU

Provode se obično na kompletno montiranom visokonaponskom GIS-u

kako bi se potvrdila ispravnost montaže i funkcioniranje svih elemenata

GIS-a, te dielektrička čvrstoća izolacije. Dogovorom izmeĎu

proizvoĎača i korisnika bilo koje rutinsko ispitivanje može se provesti i

na terenu neposredno prije puštanja u pogon.

63

Tipska ispitivanja visokonaponskog GIS-a

- Dielektrična ispitivanja

- Ispitivanje radio smetnji

- Ispitivanje zagrijanja

- Mjerenje otpora glavnog strujnog kruga

- Ispitivanje kratkotrajno podnosivom i podnosivom vršnom strujom

kratkog spoja

- Ispitivanja prekidne i uklopne moći

- Mehanička funkcionalna ispitivanja

- Provjera stupnja zaštite pomočnih krugova i pomičnih elemenata

- Ispitivanje čvrstoće kučišta

- Ispitivanje vodo nepropusnosti

- Ispitivanje kod unutrašnjeg lučnog kvara

- Ispitivanje termičke stabilnosti

- Funkcionalna ispitivanja kod graničnih temperatura

- Ispitivanje plino nepropusnosti

64

- Ispitivanje podnosivim izmjeničnim naponom industrijske

frekvencije glavnog strujnog kruga

- Ispitivanje podnosivim naponom pomoćnih i upravljačkih krugova


- Mjerenje parcijalnih izbijanja

- Tlačna ispitivanja kučišta

- Ispitivanje plino nepropusnosti kučišta

- Mehanička ispitivanja

- Ispitivanja pomočnih električnih, pneumatskih i hidrauličkih ureĎaja

Rutinska ispitivanja visokonaponskog GIS-a

65

Rutinska ispitivanja visokonaponskog GIS-a

Visokonaponsko ispitivanje prekidača

Ispitivanje funkcionalnosti rastavljača i zemljospojnika

66

- Naponska ispitivanja glavnog strujnog kruga

- Dielektrička ispitivanja pomoćnih krugova


- Ispitivanje plino nepropusnosti

- Ispitivanje funkcionalnosti

- Mjerenje stanja plina

Ispitivanja na terenu visokonaponskog GIS-a

67

Ispitivanje 420 kV GIS-a na potres

Documents

PLINOM SF IZOLIRANA SKLOPNA POSTROJENJA (GIS