Isolatiegassen beschermen luchtgeïsoleerd en gasgeïsoleerd schakelmateriaal tegen defecten. Niet alleen pure zwavelhexafluoride (SF6) maar ook SF6 mengsels, N2, g3 en andere kunnen voor dit doel worden gebruikt. WIKA is toonaangevend op het gebied van detectieoplossingen die energiebedrijven helpen om de kwaliteit en kwantiteit van deze gassen op afstand te bewaken.
Midden- en hoogspanningsschakelaars kunnen worden geïsoleerd met verschillende media, bijvoorbeeld olie, “droge lucht” en andere gassen zoals SF6 en nieuwe gasmengsels. De traditionele en meest effectieve isolator is SF6. Het gebruik ervan brengt echter verschillende gevaren met zich mee, vooral omdat deze synthetische gefluoreerde verbinding een aardopwarmingsvermogen (GWP) van ongeveer 24.000 heeft. Dit is de hoogste waarde van alle bekende gassen. Ter referentie: koolstofdioxide heeft een GWP van 1.
Uitdagingen bij het gebruik van SF6
Elektriciteitstransmissie- en distributiebedrijven die SF6 gebruiken, moeten de dichtheid bewaken om lekkages op te sporen. Ze moeten het gas ook periodiek analyseren om verontreiniging op te sporen. Ook al vertrouwen veel bedrijven nog steeds op dit gas om schakelapparatuur te isoleren, ze realiseren zich wel dat het een rol speelt bij klimaatverandering en zijn op zoek naar SF6 alternatieven.
Redenen voor defecten in schakelapparatuur
De meeste elektriciteitscentrales en onderstations gebruiken lucht of een gas om hun schakelapparatuur te isoleren. Hoewel lucht overvloedig aanwezig is, niet giftig is en een GWP van 0 heeft, is het niet zo effectief in het doven van vlambogen. Bijgevolg moet het gascompartiment in luchtgeïsoleerde schakelapparatuur (AIS) ongeveer drie keer zo groot zijn als dat in gasgeïsoleerde schakelapparatuur (GIS). Zowel AIS als GIS zijn gevoelig voor problemen die hun effectiviteit verminderen en leiden tot defecten aan schakelapparatuur.
Uitdagingen met luchtisolatie:
- Vuil en stof
- Contactweerstand
- Overbelasting
Uitdagingen met gasisolatie:
- Gaslekkage
- Vochtigheid, een potentiele onzuiverheid voor SF6 geïsoleerde schakelapparatuur
- Ontledingsproducten, waarvan vele giftig zijn en GIS aantasten
Maatregelen om schakelapparatuur te beschermen
Het controleren van de toestand van de isolator is een belangrijke stap in het voorkomen van potentieel gevaarlijke situaties. AIS-operators moeten de status van de gedeeltelijke ontlading, de temperatuur en de vochtigheid van de lucht controleren. Voor GIS is het belangrijk om de druk, temperatuur, dichtheid en vochtigheid van het gas te controleren. Schakelapparatuur heeft een typische levensduur van 20-50 jaar, waarbij gasgerelateerde storingen 15-25 jaar na installatie sterk toenemen. Daarom is controle vooral belangrijk tijdens de tweede helft van de levensduur van de apparatuur.
Opties voor het bewaken van gasgeïsoleerd schakelmateriaal
- Reactieve benadering: Bij deze benadering laat een mechanisch instrument, zoals een schakelcontact, een alarm afgaan wanneer de gasdichtheid tot een bepaald niveau is gedaald. Mechanische instrumenten hebben een nauwkeurigheid van 1-2,5% van het meetbereik. Voor vochtigheid kunnen technici het gas periodiek (om de 1 tot 6 jaar) volgens een vooraf bepaald schema handmatig analyseren met een draagbaar testinstrument en de gasdichtheidsmonitor aflezen.
- Proactieve benadering: Zowel analoge (4 … 20 mA) als digitale instrumenten bieden een vroegtijdig waarschuwingssysteem met bewakingsfuncties op afstand. Analoge instrumenten controleren continu de gasdichtheid in GIS en sturen die gegevens naar een controlekamer of een andere centrale locatie. Analoge instrumenten hebben een nauwkeurigheid van 1,5-2,3% van het meetbereik voor gecompenseerde druk. Digitale instrumenten controleren niet alleen continu de gasdichtheid, maar ook de parameters druk, temperatuur, vochtigheid, enz. Dit geeft een completer beeld van de toestand van het isolatiegas. Digitale instrumenten hebben een nauwkeurigheid van 0,6-0,8% van het meetbereik.
Reactief vs. proactief onderhoud van GIS
Reactief vs. proactief onderhoud van GIS
- Hoe meer parameters een sensor in realtime kan detecteren en doorsturen, hoe beter operators kunnen reageren op veranderingen in de toestand van het isolatiegas en maatregelen kunnen nemen om veiligheidsproblemen te voorkomen. Naast bewakingsfuncties op afstand maken analoge en digitale sensoren het ook mogelijk om de gas conditie te voorspellen en voorspellend onderhoud uit te voeren.
Onderhoud van gasgeïsoleerd schakelmateriaal
Indien nodig nemen de technici de nodige corrigerende maatregelen, zoals:
- De apparatuur offline halen om het gas te reinigen en/of te vervangen door behandelingsapparatuur
- Het gas ontwateren terwijl de schakelapparatuur in werking is
- Lekkage verhelpen en gascompartiment bijvullen
Voorspelling van de gastoestand: De betere manier om activa te beschermen
Eenmalige ruwe gegevensmetingen van gasdichtheid kunnen een verkeerd of misleidend beeld geven van de prestaties van een installatie, wat kan leiden tot verkeerde inschattingen zoals onnodig of onvoldoende onderhoud. Veranderingen in de omgevingstemperatuur en -vochtigheid, die constant variëren, zijn ook moeilijk te detecteren als metingen sporadisch of periodiek worden uitgevoerd. Met continue monitoring krijgen operators niet alleen een beter beeld van de huidige toestand van het gas, maar ook van de ontwikkeling ervan. Ze kunnen de gegevens gebruiken om een dieper inzicht te krijgen op basis van historische gegevens en deze kennis vervolgens gebruiken voor voorspellend onderhoud en andere volgende stappen. Als er slimme sensoren worden gebruikt, compenseert het instrument ook automatisch voor omgevingscondities om tot een nauwkeurige gasdichtheid te komen.
Datakwaliteit bij het voorspellen van gasomstandigheden
Grote vs. kleine invloed op de omgeving
Omgevingsomstandigheden (temperatuur en vochtigheid) en event anomalieën hebben een opmerkelijke invloed op de nauwkeurigheid van voorspellingen.
De figuur laat zien dat een grote invloed van de omgeving, gecombineerd met een anomalie vroeg in de gegevensverzameling, zorgt voor een zeer onzekere en onnauwkeurige voorspelling. Onder dezelfde omgevingscondities, maar zonder de afwijking, zijn de resultaten nauwkeuriger. Een kleine invloed van de omgeving levert dan weer de meest nauwkeurige voorspelling op.
Wat het nog ingewikkelder maakt, is dat vochtigheid een ingewikkelde correlatie heeft met temperatuur. De vochtigheidsconditie van een asset kan verkeerd worden ingeschat als alleen wordt gekeken naar de ruwe meetgegevens. Bovendien heeft elk gascompartiment zijn eigen unieke correlatie tussen vochtigheid en temperatuur. Deze correlatie kan uit historische gegevens worden gehaald en gecompenseerd. Zo kan een temperatuurgecompenseerde gasdichtheid nauwkeurig worden voorspeld.
Aangezien zowel de kwaliteit van de gegevens als temperatuurcompensatie een grote invloed hebben op de nauwkeurigheid van een voorspelling, is het noodzakelijk om slimme sensoren met een hoge nauwkeurigheid en consistentie te gebruiken en om samen te werken met een leverancier die begrijpt hoe de gegevens verwerkt, beheerd en geïnterpreteerd moeten worden.
Slimme sensoren voor het op afstand bewaken van isolatiegassen
Dichtheid van verschillende isolerende gassen (klik om te vergroten)
Hoe meer informatie operators hebben over de isolatiemedia van hun apparatuur, hoe beter ze storingen en gevaarlijke situaties kunnen voorkomen. WIKA biedt sensoren op basis van temperatuur en druk die, met de juiste configuratie, eenvoudig kunnen worden aangepast om de stroomdichtheid van verschillende gassen te berekenen. WEgrid, een volledige dochteronderneming van WIKA, biedt een reeks slimme sensoren die de conditie van alle soorten isolerende gassen voorspellen, waaronder: SF6, N2, SF6/N2 mengsels, CO2, O2, CF4 (tetrafluoromethane), air, g3 (een syngas with 3M’s Novec 4710). Ongeacht de apparatuur of het isolatiemedium kunnen de WIKA gasdichtheidssensoren worden geconfigureerd voor speciale toepassingen.
WIKA sensoren: Op maat gemaakt voor de bewaking van isolerende gassen
Gasdichtheidssensoren voor de GD-20 serie (klik om te vergroten)
WIKA biedt verschillende meetinstrumenten voor een betrouwbare bewaking van SF6 en alternatieve isolatiegassen. Een daarvan is de GD-20. De analoge versie richt zich op gasdichtheid en geeft een temperatuurgecompenseerde drukwaarde door via een 4 … 20 mA uitgangssignaal. De digitale versie heeft een RS-485 interface die communiceert via het Modbus® RTU protocol en gegevens levert voor druk en temperatuur naast de gasdichtheid. De GDHT-20 is een transmitter van hoge kwaliteit die alles kan wat de digitale versie van de GD-20 kan, met als toevoeging het meten van het vochtgehalte van het isolatiegas. Deze extra parameter maakt bewaking mogelijk binnen de voorwaarden van de CIGRE-richtlijnen voor elektriciteitssystemen en in overeenstemming met de IEC-normen.
GD-20-W: Draadloze bewaking van isolerende gassen
Naast bedrade sensoroplossingen biedt WIKA de GD-20-W, een draadloos alternatief voor continue gasdichtheidsbewaking in schakelapparatuur. Deze sensor meet niet alleen de gasdichtheid, maar ook de temperatuur en druk en verstuurt gegevens via het LoRaWAN® protocol. Dankzij de geïntegreerde batterij werkt de GD-20-W autonoom, waardoor er geen externe voeding nodig is. Een intelligente alarmfunctie detecteert kritieke veranderingen vroegtijdig en kan onmiddellijk een waarschuwing activeren voordat veiligheidskritieke omstandigheden optreden. Deze combinatie van hoge meetnauwkeurigheid en draadloze transmissie maakt efficiënt voorspellend onderhoud mogelijk.
Vooruitzichten: SF6 en alternatieve gassen
Hoewel SF6 win de nabije toekomst het primaire isolatiegas zal blijven, liggen er minder schadelijke alternatieven en andere klimaatvriendelijke technologieën in het verschiet. Regeringen doen ook mee. In 2022 stelde de Europese Commissie voor om gefluoreerde broeikasgassen te verbieden in nieuw middenspanningsschakelaars tegen 2026 en in hoogspanningsschakelaars tegen 2031. Ongeveer een dozijn Amerikaanse staten hebben initiatieven en regelgeving om met SF6-gevulde GISuit te faseren.
Opmerking
WIKA is een toonaangevende wereldwijde leverancier van instrumenten voor het analyseren en controleren van zowel traditionele als alternatieve isolatiegassen. We bieden ook uitgebreide projectplanning voor elektriciteitstransmissie- en distributiebedrijven – van engineering en installatie van de instrumenten tot gegevensbeheer en analyse met behulp van onze eigen software. Neem contact met ons op als u meer wilt weten over hoe wij u kunnen helpen uw bedrijf veiliger en duurzamer te maken. Op de WIKA-website vindt u ook een breed scala aan informatie over het onderwerp power transmission and distribution (SF6) en over onze SF6 gas solutions, in het bijzonder over onze gasdichtheidssensoren (inclusief type GD-20 en type GDHT-20).
Lees tevens onze artikelen
Zeer nauwkeurige vochtmeting in SF6-schakelinstallatie
Verantwoord gebruik van zwavelhexafluoride
Je kunt ook meer te weten komen over WIKA’s SF6 expertise in de volgende video: