GIS Kablo Bağlantılarının Evrimi: Sıvı Dolgulu Tipten Kuru Tip İnovasyona

Yüksek gerilim güç kabloları ile Gaz Yalıtımlı Şalt Cihazları (GIS) arasındaki bağlantı, son elli yılda dikkat çekici bir dönüşüm geçirdi. Başlangıçta kapsamlı saha çalışması gerektiren hantal, yağ dolu kurulumlar, günümüzde her zamankinden daha hızlı, daha güvenli ve daha güvenilir olan kompakt, kuru tip, takılabilir sistemlere dönüştü. Bu makale, GIS kablo sonlandırmalarının sıvı dolu kökenlerinden günümüzün en son teknoloji ürünü kuru teknolojilerine kadar olan evrimini ele almaktadır.

1. İlk Günler: Sıvı Dolu Sonlandırmalar

Kompakt kuru tip fişli terminaller geliştirilmeden önce, transformatörler ve şalt cihazlarının bağlantıları hava yalıtımlı veya yağ dolu terminallerle yapılıyordu.1970'lerin sonlarında, yağ dolu GIS veya önceden kalıplanmış gerilim konileri içeren transformatör sonlandırmalarına sahip kablo bölmeleriyle ilk aksesuarlar hayata geçirildi..

Geleneksel sıvı dolgulu sonlandırma uçları, yağ veya SF₆ ile doldurulmuş destekleyici bir yalıtkan (porselen veya kompozit) ve önceden kalıplanmış kauçuk bir gerilim konisinin hazırlanmış kabloya geçirilmesinden oluşuyordu.Gerilim konisiyle birlikte kablo ile destekleyici izolatör arasındaki hacim, yağ veya SF₆ gibi dielektrik bir sıvı ile doldurulmuştur.Bu tasarım çok uzun ve başarılı bir geçmişe sahipti, ancak önemli dezavantajları da vardı..

2. Sıvı Dolu Tasarımların Zorlukları

Sıvı dolu sonlandırma yöntemleri etkili olmakla birlikte, bazı sürekli zorluklar da ortaya çıkarmıştır:

Karmaşık Yerinde Kurulum
GIS kablo bölmesi yerinde açılmak zorunda kaldı ve yüksek gerilim kablo montajcısı epoksi izolatörü monte ederek, monte edilmiş gerilim konisi ve konektörüyle birlikte kabloyu yerleştirdi. Daha sonra, izolatörün içindeki hava boşaltıldı ve yağ ile dolduruldu.Transformatör bağlantıları için işlem daha da zahmetliydi; transformatör yağı kablo bölmesinden boşaltılıp tekrar doldurulmalıydı..

Sızıntı Riskleri
Sıvının varlığı, elektrik arızasına yol açabilecek herhangi bir sızıntıyı önlemek için bağlantı noktasının çok dikkatli bir şekilde kapatılmasını gerektiriyordu.En kritik nokta, kablo ile sonlandırma taban plakası arasındaki arayüzdü; burada sızdırmazlık sisteminin çeşitli kablo boyutlarına uyum sağlaması gerekiyordu.Bu potansiyel sızıntı riski, yağ seviyesini veya gaz basıncını kontrol etmek için periyodik incelemeler yapılmasını gerektiriyordu..

Güvenlik Tehlikeleri
İç ark oluşumu durumunda, özellikle yağ dolu olan sıvı dolu bağlantılar, çevredeki ekipmana ciddi hasar verebilir ve personel için risk oluşturabilir.Sistemin sızdırmazlığının, herhangi bir sızıntıyı önlemek ve ürünün tüm kullanım ömrü boyunca iyi performans sağlamak için mükemmel bir şekilde yapılması gerekiyordu..

Alan Gereksinimleri
Bu zorluklara rağmen, bu iç bağlantıların en büyük avantajı, dış mekanlar yerine binaların içine yerleştirilebilen, yalıtımlı ve korunaklı bir kurulum olmasıydı; ancak bu da beraberinde büyük bir alan ihtiyacı getiriyordu..

3. XLPE ve Katı Yalıtıma Geçiş

Kablo yalıtım malzemelerinin evrimiyle birlikte önemli bir dönüm noktası yaşandı. Son on yıllarda, kablo yalıtımında baskın malzeme emdirilmiş kağıt ve yağdan çapraz bağlı polietilene (XLPE) doğru değişti.Ayrıca, kablo aksesuarlarının yalıtım malzemesi, silikon kauçuk (SIR) gibi yalıtım elastomerleri gibi katı malzemelerle değiştirildi..

Bu geçiş, kablo sonlandırmalarının tasarım olanaklarını temelden değiştirdi. Polimer yalıtımlı kablolarla birlikte, yağ kullanımını gerektiren faktörler artık ortadan kalktı.Sektör, sıvı izolasyonla ilişkili riskleri ortadan kaldırabilecek sıvı içermeyen alternatifleri araştırmaya başladı.

4. Kuru Tip Uçların Yükselişi

Sıvı içermeyen sızdırmazlık uçları, diğer adıyla kuru sonlandırmalar, yüksek gerilim sistemlerinde daha yakın zamanda kullanılmaya başlanmış olup günümüzde ekstrüde kabloların sonlandırılmasında yaygın olarak kullanılmaktadır..

Kuru Teknolojinin Başlıca Avantajları:

• Sızıntı risklerinin ortadan kaldırılması

• İç ark durumunda patlama riskinin azalması

• Periyodik sıvı seviyesi kontrolüne gerek yok.

• Daha hafif ve daha kompakt tasarım

Kuru sızdırmazlık uçları, ekstra yüksek voltaj seviyesine (550 kV) kadar GIS sonlandırmaları için uzun yıllardır kullanılmaktadır ve bu tasarımlar artık yaygın olarak kabul görmekte ve bu tür uygulamalar için giderek daha fazla standart haline gelmektedir.GIS veya transformatör bağlantıları gibi iç mekan uygulamaları için, kuru sistemler artık standart haline geliyor çünkü avantajları geleneksel sıvı dolu sistemlere göre açıkça daha fazla..

5. Eklenti Devrimi

GIS kablo sonlandırma teknolojisindeki en önemli yeniliklerden biri, aşağıdakilerin geliştirilmesidir:kuru fişli sonlandırma sistemleriKompakt, kuru fişli tip sonlandırma sistemleri, transformatörleri, bağlantı kutularını ve gaz yalıtımlı şalt cihazlarını bağlamak için 1966'dan beri mevcuttur..

Eklenti Tasarımını Devrimci Kılan Şey Nedir:

Fabrika Ön Montajı
Epoksi yalıtkan (burç), GIS üreticisi tarafından fabrikada önceden monte edilmiştir.Bu, kusursuz kurulumu sağlar ve GIS bölmesinde kirlenme riskini ortadan kaldırır..

Basitleştirilmiş Yerinde Kurulum
Ekipman burcu, kuru tip sistemler için IEC standartlarına uygun olarak fabrikada önceden monte edilmiştir.Yerinde, kablo montajcısı kablo ucunu hazırlar ve gerilim konisini ve iletken konektörünü içeren fişli parçayı takar..

Kurulum Süresinin Kısalması
Sistem, sıvı yalıtım malzemelerini tamamen ortadan kaldırdığı için, montaj süreleri geleneksel bağlantı yöntemlerine kıyasla önemli ölçüde azalır.Tak-çıkar özelliği, bir arıza durumunda kablonun sistem bileşeninden hızlı ve kolay bir şekilde çıkarılmasını sağlar..

Kompakt Tasarım
Tak çalıştır sistemler, geleneksel tasarıma kıyasla %50 oranında önemli ölçüde daha kısa kurulum süresi sunar.Bu sistemler katı yalıtım malzemeleri üzerinde çalıştığı için, istenilen her türlü mekansal düzenleme gerçekleştirilebilir; yatay, dikey ve hatta yukarıdan veya aşağıdan açılı düzenlemeler mümkündür..

Yüksek Güvenilirlik
Önceden üretilmiş ve test edilmiş bileşenlerin kullanımı yüksek düzeyde güvenlik ve güvenilirlik sağlarken, montaj hataları da en aza indirilir.Dünya çapında 145 kV'a kadar olan kablo ağlarında 2.000'den fazla bu takılabilir sistem kullanılmaktadır..

6. İç Koni ve Dış Koni: İki Arayüz Standardı

Kuru fişli teknoloji olgunlaştıkça, iki farklı genel tasarım ortaya çıktı:iç koni ve dış konisistemlerGeleneksel sıvı dolu sızdırmazlık sistemleri ortadan kaldırılmış ve yerini mekanik basınç altında kauçuk/epoksi arayüzü almıştır..

İç Koni Sistemi:
Gerilim konisi, epoksi yalıtkanın içine oturarak kompakt ve korumalı bir arayüz oluşturur. Bu tasarım, GIS uygulamalarında yaygın olarak kullanılır ve genellikle orta gerilim aralıkları için standartlaştırılır..

Dış Koni Sistemi:
Gerilim konisi, epoksi izolatörün dışına oturarak farklı mekanik ve montaj özellikleri sunar. Her iki sistemin de savunucuları vardır ve üreticiler farklı voltaj sınıfları ve uygulamalar için varyantlar geliştirmeye devam etmektedir..

7. Standartların Rolü: IEC 60859'dan IEC 62271-209'a

GIS kablo sonlandırma yöntemlerinin evrimi, arayüzleri, boyutları ve test gereksinimlerini tanımlayan uluslararası standartların geliştirilmesiyle birlikte gerçekleşmiştir.

IEC 60859 (1986):Bu standardın ilk versiyonu 1986 yılında yayınlanmıştır.Bu, kablo uçlarının sıvı dolu olduğu gaz yalıtımlı metal muhafazalı şalt cihazlarındaki kablo bağlantılarını kapsıyordu..

IEC TS 60859 (1999):Bu sürüm, hem sıvı dolu hem de kuru tip bağlantıları kapsayacak şekilde genişletildi..

IEC 62271-209 (2007, 2019):Mevcut standart, kablo uçlarının sıvı dolu veya kuru tipte olduğu durumlarda, sıvı dolu ve ekstrüde kabloların GIS'e bağlantı düzeneğini kapsamaktadır.Bu, sonlandırma noktası ile şalt cihazı arasındaki arayüzleri belirterek, farklı üreticilerden gelen bileşenlerin birbirleriyle değiştirilebilir olmasını sağlar..

CIGRE TB 784 (2019):Bu teknik broşür, 145 kV'a kadar GIS ve güç kabloları için ortak, kuru tip fişli arayüz için standart tasarım kılavuzu sağlamaktadır..

8. Günümüzün Olgun Kuru Teknolojisi

Günümüzde kuru tasarımlar, 550 kV'a kadar GIS ve transformatörlere bağlantı için kablo sonlandırmalarında olgunlaşmış ve baskın hale gelmiştir.GIS ve transformatörlere bağlanan kablo sonlandırmaları için, şu anda pazarın büyük çoğunluğu kuru teknolojiye yönelmiş durumda..

Standart fişli sonlandırma tasarımı, 245 kV'a kadar gerilim seviyelerine ve 1600 mm²'ye kadar kablo kesitlerine kadar genişletilmiştir.Daha yakın zamanlarda ise, 550 kV'a kadar nominal gerilimlere sahip EHV dış mekan bağlantıları için fişli bağlantı teknolojisi kullanılmaya başlandı..

Modern Kuru Tip GIS Bağlantılarının Başlıca Avantajları:

• Sıvı içermez—sızıntı riskini ve periyodik kontrolleri ortadan kaldırır.

• Kısa kurulum süresi—yerinde yapılan işleri azaltır

• Kompakt tasarım—değerli trafo merkezi alanından tasarruf sağlar.

• Fabrika ön montajı—kaliteyi güvence altına almak ve kirlenme riskini azaltmak

• Mekânsal esneklik—her türlü yönelim mümkün

9. Yeni Sınır: SF₆ İçermeyen ve Sürdürülebilir Çözümler

GIS kablo sonlandırmalarının evrimi, çevresel sürdürülebilirliğe yeni bir odaklanmayla devam ediyor. SF₆ gazı, mükemmel bir yalıtkan olmasına rağmen, güçlü bir sera gazıdır. Sektör şu anda kuru tip sonlandırmalı, SF₆ içermeyen GIS tasarımları geliştiriyor..

Son Gelişmeler:

• Nexans, 2023 yılında 525 kV DC SF₆ içermeyen kablo sonlandırmaları için dünyada bir ilk olan elektrik tipi testini gerçekleştirdi..

• SF₆ gazı kullanımının ortadan kaldırılmasıyla, kablo sonlandırma işlemleri potansiyel sera gazı emisyonlarını %99 veya daha fazla azaltabilir..

• Kuru tip fişli bağlantı uçlarına sahip, SF₆ içermeyen 420 kV GIS trafo merkezleri şu anda tasarlanmakta ve uygulanmaktadır..

• Üreticiler, floronitril bazlı karışımlar ve vakum kesintili temiz hava gibi alternatif gazlarla uyumlu sonlandırma çözümleri geliştiriyorlar..

GIS kablo sonlandırma sistemlerinin yolculuğu, güç mühendisliğinin daha geniş evrimini yansıtmaktadır: 1970'lerin sıvı dolu, emek yoğun tasarımlarından, günümüzün fabrika montajlı, saatler içinde sahaya kurulabilen ve on yıllarca bakım gerektirmeyen hizmet için tasarlanmış kuru, tak-çalıştır sistemlerine kadar.Bu teknoloji, sızıntı risklerini ortadan kaldırmak, kurulum süresini kısaltmak, yerden tasarruf sağlamak ve güvenilirliği artırmak gibi tutarlı bir dizi hedef doğrultusunda geliştirilmiştir..

Sektör SF₆ içermeyen çözümlere ve daha yüksek voltaj seviyelerine doğru ilerlerken, evrim de devam ediyor. Bir zamanlar devrim niteliğinde olan kuru fişli sonlandırma konsepti, yeni standart haline geldi; bu da elektrik altyapımızı daha güvenli, daha güvenilir ve daha sürdürülebilir hale getirmede yeniliğin gücünün bir kanıtı.1966'daki ilk fişli sistemlerden günümüzün 550 kV kuru sonlandırmalarına kadar, GIS kablo aksesuarları uzun bir yol kat etti ve bu yolculuk henüz bitmedi.