Gasgeïsoleerde schakelapparatuur: componenten, gebruik en onderhoud

Wat gasgeïsoleerde schakelapparatuur is en hoe het werkt

Gasgeïsoleerde schakelapparatuur, gewoonlijk afgekort als GIS, is een compacte assemblage van elektrische schakel- en beveiligingsapparatuur die is ondergebracht in afgesloten metalen behuizingen gevuld met een isolerend gas, meestal zwavelhexafluoride (SF6). Het gas biedt uitstekende diëlektrische sterkte en boogdovende eigenschappen, waardoor hoogspanningscomponenten zoals stroomonderbrekers, scheiders, aardingsschakelaars, stroomtransformatoren en rails in een veel kleinere footprint kunnen worden verpakt dan mogelijk zou zijn met traditionele luchtgeïsoleerde schakelapparatuur (AIS). Dit maakt GIS vooral waardevol in onderstations in stedelijke gebieden, bergachtig terrein, offshore-platforms of overal waar de beschikbare grond beperkt of kostbaar is.

Omdat alle onder spanning staande componenten volledig zijn omsloten en geïsoleerd van de buitenomgeving, biedt GIS ook een sterke bescherming tegen vervuiling, zoutnevel, vocht en stof, waardoor het een voorkeurskeuze is in kustgebieden of gebieden met zware industriële vervuiling die anders blootgestelde luchtgeïsoleerde apparatuur na verloop van tijd zou aantasten.

Hoofdcomponenten van een GIS-assemblage

A gasgeïsoleerde schakelapparatuur Bay is opgebouwd uit verschillende modulaire componenten, elk ondergebracht in een eigen gasdicht compartiment en verbonden met aangrenzende modules via geïsoleerde barrières. Als u deze componenten begrijpt, wordt duidelijk hoe het systeem schakel-, beveiligings- en isolatiefuncties veilig uitvoert binnen een afgesloten behuizing.

• Stroomonderbreker: onderbreekt de foutstroom met behulp van het boogdovende vermogen van het SF6-gas, doorgaans geschikt voor tienduizenden ampère aan onderbrekende capaciteit.
• Disconnector (isolator): zorgt voor een zichtbare onderbreking in het circuit voor onderhoudsveiligheid, maar kan de belastingsstroom niet onderbreken.
• Aardingsschakelaar: aard een spanningsloos gedeelte van de rail of feeder om onderhoudspersoneel te beschermen.
• Stroom- en spanningstransformatoren: leveren nauwkeurige meetsignalen aan beveiligingsrelais en meetsystemen.
• Railcompartimenten: transporteren stroom tussen baaien en zijn doorgaans de grootste met gas gevulde secties in de constructie.
• Kabel- of gasgeïsoleerde lijnafsluitingen: sluit de schakelapparatuur aan op uitgaande feeders of transmissielijnen.

GIS vergeleken met luchtgeïsoleerde schakelapparatuur

De keuze tussen GIS en AIS hangt af van de omstandigheden ter plaatse, het budget en onderhoudsoverwegingen op de lange termijn. De onderstaande tabel geeft een overzicht van de belangrijkste verschillen die ingenieurs wegen tijdens de planning van onderstations.

GIS versus AIS-vergelijking

Spanningsklassen en typische toepassingen

Gasgeïsoleerde schakelapparatuur wordt vervaardigd over een breed spanningsbereik, van middenspanningsdistributiesystemen van ongeveer 12 tot 40,5 kV tot extra hoogspanningstransmissietoepassingen van meer dan 550 kV. Op transmissieniveau wordt GIS vaak gekozen voor onderstations die grote elektriciteitscentrales, offshore windparken of interconnecties tussen regionale netwerken met elkaar verbinden, waar betrouwbaarheid en ruimtebesparing de hogere apparatuurkosten rechtvaardigen. Op distributieniveau is GIS gebruikelijk in stedelijke onderstations die in gebouwen of ondergrondse gewelven zijn gebouwd, waar de compacte afmetingen het mogelijk maken om schakelapparatuur dicht bij laadcentra te plaatsen zonder dat een groot omheind terrein nodig is.

Installatie- en locatieoverwegingen

Omdat GIS-behuizingen in de fabriek worden geassembleerd en getest met nauwkeurige toleranties, vereist de installatie zorgvuldige aandacht voor de voorbereiding en hantering van de locatie om te voorkomen dat er verontreiniging in de gascompartimenten terechtkomt.

• Zorg ervoor dat het substationgebouw of de behuizing voldoende ruimte biedt voor moduletransport en toegang voor toekomstig onderhoud.
• Zorg voor een strikte netheid tijdens de montage ter plaatse, aangezien stof of vocht in de gascompartimenten de diëlektrische sterkte kunnen verminderen.
• Controleer de gasdruk en -zuiverheid door middel van gedeeltelijke ontladingstests voordat u de schakelapparatuur onder spanning zet.
• Plan de berekeningen van de funderingsbelasting zorgvuldig, aangezien GIS-baaien, hoewel compact, per oppervlakte-eenheid zwaarder zijn dan vergelijkbare AIS-installaties.

Onderhoud, monitoring en gasbehandeling

Routineonderhoud voor GIS richt zich primair op het monitoren van de gasdruk en -dichtheid in plaats van op de frequente fysieke inspecties die nodig zijn voor blootgestelde AIS-componenten. De meeste moderne GIS-installaties bevatten dichtheidsmonitors die alarmen activeren als de gasdruk onder een veilige drempel daalt, wat op een lek of verslechtering van de afdichting kan duiden. Omdat SF6 een krachtig broeikasgas is, houden veel nutsbedrijven nu ook de cumulatieve gaslekkagecijfers bij als onderdeel van de rapportage over de naleving van de milieuvoorschriften, en sommige fabrikanten hebben alternatieve isolerende gasmengsels geïntroduceerd met een lagere impact op het milieu als reactie op de aanscherping van de regelgeving.

Monitoringsystemen voor gedeeltelijke ontlading worden steeds vaker naast GIS geïnstalleerd om vroege tekenen van verslechtering van de isolatie te detecteren voordat zich een storing voordoet, waardoor nutsbedrijven onderhoud proactief kunnen plannen in plaats van te reageren op een ongeplande uitval.

Veiligheidsoverwegingen voor personeel

Hoewel GIS-behuizingen het risico op onbedoeld contact met onder spanning staande delen aanzienlijk verminderen in vergelijking met apparatuur in de open lucht, moet personeel dat rond GIS werkt nog steeds strikte procedures volgen, vooral met betrekking tot gascompartimenten. In het zeldzame geval van een interne storing kunnen bijproducten van de ontleding van SF6-gas giftig zijn. Daarom zijn technici opgeleid om compartimenten goed te ventileren en gasanalyseapparatuur te gebruiken voordat een sectie wordt geopend voor onderhoud. Lockout-tagout-procedures, bevestigd door de zichtbare onderbreking door scheiders, blijven essentieel voordat er met de praktijk wordt gewerkt, ook al minimaliseert het afgedichte ontwerp van de schakelapparatuur veel van de gevaren die gepaard gaan met traditionele installaties in de open lucht.