Rozdzielnice w izolacji gazowej: Znaczenie SF6

Gazy izolacyjne chronią rozdzielnice w izolacji powietrznej i gazowej przed awarią. W tym celu można stosować nie tylko czysty sześciofluorek siarki (SF6), ale także mieszanki SF6, N2, g3 i inne. WIKA jest liderem w dziedzinie rozwiązań czujnikowych, które pomagają firmom zajmującym się przesyłem i dystrybucją energii zdalnie monitorować jakość i ilość tych gazów.

Rozdzielnice średniego i wysokiego napięcia mogą być izolowane przy użyciu różnych mediów, na przykład oleju, „suchego powietrza” i innych gazów, takich jak SF6 i nowe mieszanki gazów. Tradycyjnym i najskuteczniejszym izolatorem jest SF6. Jego użycie wiąże się jednak z kilkoma zagrożeniami, zwłaszcza że ten syntetyczny związek fluorowany ma współczynnik ocieplenia globalnego (Global Warming Potential – GWP) wynoszący około 24 000. Jest to najwyższa wartość spośród wszystkich znanych gazów. Dla porównania, dwutlenek węgla ma GWP równy 1.

Wyzwania związane z korzystaniem z SF6

Firmy zajmujące się przesyłem i dystrybucją energii, które wykorzystują SF6, muszą monitorować gęstość w celu wykrycia wycieków. Muszą również okresowo analizować gaz w celu wykrycia zanieczyszczeń. Mimo że wiele firm nadal polega na tym gazie do izolacji rozdzielnic, zdają sobie one sprawę z jego roli w zmianach klimatycznych i szukają alternatyw dla SF6.

Przyczyny awarii w rozdzielnicach

Wyzwania związane z izolacją powietrzną:

Brud i kurz
Opór styków
Przeciążenie

Wyzwania związane z izolacją gazową:

Wyciek gazu
Wilgotność, silne zanieczyszczenie dla rozdzielnic z izolacją SF6
Produkty rozkładu, z których wiele jest toksycznych i powoduje korozję GIS

Środki ochrony rozdzielnic

Monitorowanie stanu izolatora jest kluczowym krokiem w zapobieganiu potencjalnie niebezpiecznym sytuacjom. Operatorzy AIS powinni monitorować stan częściowego rozładowania powietrza, temperaturę i wilgotność. W przypadku GIS ważne jest monitorowanie ciśnienia, temperatury, gęstości i wilgotności gazu. Typowy okres eksploatacji rozdzielnicy wynosi 20-50 lat, przy czym liczba awarii związanych z gazem gwałtownie wzrasta po 15-25 latach od instalacji. Dlatego monitorowanie jest szczególnie ważne w drugiej połowie okresu eksploatacji sprzętu.

Opcje monitorowania rozdzielnic w izolacji gazowej

Podejście reaktywne: W tym podejściu przyrząd mechaniczny, taki jak styk przełączający, uruchamia alarm, gdy gęstość gazu spadnie do określonego poziomu. Przyrządy mechaniczne mają dokładność 1-2,5% zakresu. W przypadku wilgotności technicy mogą okresowo (co 1 do 6 lat) ręcznie analizować gaz za pomocą przenośnego przyrządu testowego i odczytywać monitor gęstości gazu.
Proaktywne podejście: Zarówno przyrządy analogowe (4 … 20 mA), jak i cyfrowe oferują system wczesnego ostrzegania z funkcjami zdalnego monitorowania. Przyrządy analogowe stale monitorują gęstość gazu w GIS i przesyłają te dane do sterowni lub innej centralnej lokalizacji. Dokładność przyrządów analogowych wynosi 1,5-2,3% zakresu dla skompensowanego ciśnienia. Przyrządy cyfrowe stale monitorują nie tylko gęstość gazu, ale także parametry ciśnienia, temperatury, wilgotności itp. Daje to pełniejszy obraz stanu gazu izolacyjnego. Przyrządy cyfrowe mają dokładność 0,6-0,8% zakresu.

Reaktywne vs. proaktywne utrzymanie GIS

Reactive vs. proactive maintenance of GIS

Reaktywne vs. proaktywne utrzymanie GIS

Im więcej parametrów czujnik może wykryć i przesłać w czasie rzeczywistym, tym lepiej operatorzy mogą reagować na zmiany stanu gazu izolacyjnego i podejmować kroki w celu uniknięcia problemów związanych z bezpieczeństwem. Oprócz funkcji zdalnego monitorowania, czujniki analogowe i cyfrowe umożliwiają również prognozowanie stanu gazu i konserwację predykcyjną.

Konserwacja rozdzielnic z izolacją gazową

W razie potrzeby technicy podejmą niezbędne działania naprawcze, takie jak:

Odłączenie urządzenia od zasilania w celu oczyszczenia i/lub zastąpienia gazu urządzeniem przeładunkowym
Odwodnienie gazu podczas pracy rozdzielnicy
Naprawa wycieku i ponowne napełnienie komory gazowej

Prognozowanie stanu gazu: Lepszy sposób na ochronę zasobów

Jednorazowe surowe pomiary gęstości gazu mogą dawać fałszywy lub mylący obraz wydajności zasobu, prowadząc do błędnych ocen, takich jak niepotrzebna lub niewystarczająca konserwacja. Zmiany temperatury i wilgotności otoczenia, które stale się zmieniają, są również trudne do wykrycia, gdy pomiary są wykonywane sporadycznie lub okresowo. Dzięki ciągłemu monitorowaniu operatorzy uzyskują nie tylko prawdziwszy obraz aktualnego stanu gazu, ale także jego rozwoju. Mogą wykorzystać te dane, aby uzyskać głębsze zrozumienie w oparciu o dane historyczne, a następnie wykorzystać tę wiedzę do konserwacji predykcyjnej i innych kolejnych kroków. Jeśli używane są inteligentne czujniki, przyrząd automatycznie kompensuje warunki otoczenia, aby uzyskać dokładną gęstość gazu.

Jakość danych w prognozowaniu stanu gazu

Duży vs. mały wpływ otoczenia

Warunki otoczenia (temperatura i wilgotność) oraz anomalie zdarzeń mają znaczący wpływ na dokładność prognoz.

Rysunek pokazuje, że duży wpływ otoczenia w połączeniu z anomalią na wczesnym etapie gromadzenia danych powoduje, że prognoza jest bardzo niepewna i nieprecyzyjna. W tych samych warunkach otoczenia, ale bez anomalii, wyniki są bardziej precyzyjne. Z kolei niewielki wpływ otoczenia daje najbardziej precyzyjną prognozę.

Co więcej, wilgotność ma skomplikowaną korelację z temperaturą. Stan wilgotności danego zasobu można błędnie ocenić, biorąc pod uwagę tylko surowe dane pomiarowe. Co więcej, każdy przedział gazowy ma własną unikalną korelację między wilgotnością a temperaturą. Korelacja ta może być wyodrębniona z danych historycznych i skompensowana. W ten sposób można precyzyjnie prognozować gęstość gazu z kompensacją temperatury.

Ponieważ zarówno jakość danych, jak i kompensacja temperatury mają znaczący wpływ na precyzję prognozy, konieczne jest stosowanie inteligentnych czujników o wysokiej dokładności i spójności oraz współpraca z dostawcą, który rozumie, jak wstępnie przetwarzać, zarządzać i interpretować dane.

Inteligentne czujniki do zdalnego monitorowania gazów izolacyjnych

Gęstość różnych gazów izolacyjnych (kliknij, aby powiększyć)

Im więcej informacji na temat mediów izolacyjnych urządzeń mają operatorzy, tym lepiej mogą zapobiegać awariom i niebezpiecznym warunkom. WIKA oferuje czujniki oparte na temperaturze i ciśnieniu, które przy odpowiedniej konfiguracji można łatwo dostosować do obliczania gęstości prądu różnych gazów. WEgrid, spółka zależna należąca w całości do WIKA, oferuje zestaw inteligentnych czujników, które prognozują stan wszystkich rodzajów gazów izolacyjnych, w tym: SF6, N2, mieszaniny SF6/N2, CO2, O2, CF4 (tetrafluorometan), powietrze, g3 (syngaz z Novec 4710 firmy 3M). Bez względu na sprzęt lub media izolacyjne, czujniki gęstości gazu WIKA można skonfigurować do specjalnych zastosowań.

Czujniki WIKA: Dostosowane do monitorowania gazów izolacyjnych

Gas density sensors for the model series GD-20

Czujniki gęstości gazu dla serii GD-20 (kliknij, aby powiększyć)

WIKA oferuje kilka przyrządów pomiarowych do niezawodnego monitorowania SF6 i alternatywnych gazów izolacyjnych. Jednym z nich jest GD-20. Wersja analogowa koncentruje się na gęstości gazu, przesyłając skompensowany temperaturowo odczyt ciśnienia za pośrednictwem sygnału wyjściowego 4 … 20 mA. Wersja cyfrowa posiada interfejs RS-485, który komunikuje się za pomocą protokołu Modbus® RTU i dostarcza dane dotyczące ciśnienia i temperatury oprócz gęstości gazu. GDHT-20 to wysokiej jakości przetwornik, zdolny do wszystkiego, co potrafi cyfrowa wersja GD-20, z dodatkiem pomiaru zawartości wilgoci w gazie izolacyjnym. Ten dodatkowy parametr umożliwia monitorowanie zgodnie z dyrektywami CIGRE dla systemów zasilania, a także zgodnie z normami IEC.

GD-20-W: Bezprzewodowy monitoring gazów izolacyjnych

Oprócz rozwiązań czujników przewodowych, WIKA oferuje GD-20-W, bezprzewodową alternatywę do ciągłego monitorowania gęstości gazu w rozdzielnicach. Czujnik ten mierzy nie tylko gęstość gazu, ale także temperaturę i ciśnienie, przesyłając dane za pośrednictwem protokołu LoRaWAN®. Dzięki wbudowanej baterii GD-20-W działa autonomicznie, eliminując potrzebę zewnętrznego zasilania. Inteligentna funkcja alarmu wcześnie wykrywa krytyczne zmiany i może natychmiast uruchomić ostrzeżenie, zanim pojawią się warunki krytyczne dla bezpieczeństwa. To połączenie wysokiej dokładności pomiaru i bezprzewodowej transmisji umożliwia skuteczną konserwację zapobiegawczą.

Perspektywy: SF6 i gazy alternatywne

Podczas gdy SF6 pozostanie głównym gazem izolacyjnym w najbliższej przyszłości, na horyzoncie pojawiają się mniej szkodliwe alternatywy i inne technologie przyjazne dla klimatu. Rządy również uczestniczą w tym procesie. W 2022 r. Komisja Europejska zaproponowała wprowadzenie zakazu stosowania fluorowanych gazów cieplarnianych w nowych rozdzielnicach średniego napięcia do 2026 r. i w rozdzielnicach wysokiego napięcia do 2031 r. Około tuzina stanów USA ma inicjatywy i przepisy mające na celu wycofanie GIS wypełnionego SF6.

Uwaga
WIKA jest wiodącym światowym dostawcą przyrządów do analizy i monitorowania zarówno tradycyjnych, jak i alternatywnych gazów izolacyjnych. Oferujemy również kompleksowe planowanie projektów dla firm zajmujących się przesyłem i dystrybucją energii – od inżynierii i instalacji przyrządów po zarządzanie danymi i ich analizę przy użyciu naszego zastrzeżonego oprogramowania. Skontaktuj się z nami, jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o tym, jak możemy pomóc Ci uczynić Twoją firmę bezpieczniejszą i bardziej zrównoważoną. Na stronie internetowej WIKA można również znaleźć szeroki zakres informacji na temat przesyłu i dystrybucji energii (SF₆) a także na temat naszych rozwiązań gazowych SF₆, w szczególności na temat naszych czujników gęstości gazu (w tym modelu GD-20 i modelu GDHT-20).

Przeczytaj również:
Wysoce dokładny pomiar wilgotności SF6 w rozdzielnicach – Blog WIKA
Odpowiedzialne postępowanie z heksafluorkiem siarki – Blogu WIKA

Więcej informacji na temat wiedzy specjalistycznej WIKA w zakresie SF6 można znaleźć w poniższym filmie: