Stacja elektroenergetyczna GIS i AIS – porównanie

W energetyce występują różne rodzaje stacji elektroenergetycznych. Dzieli się je nie tylko ze względu na funkcję czy napięcie, ale także na podstawie technologii wykonania aparatury rozdzielczej. W tym kontekście wyróżniamy dwie główne kategorie: GIS i AIS. Czym są te stacje? Skąd bierze się ich nazwa? Jak są zbudowane? Jakie są zalety i wady obu rozwiązań? A także jakimi czynnikami powinna być podyktowana decyzja o wyborze rodzaju stacji?

GIS i AIS – rozwinięcie skrótów

Skróty GIS oraz AIS pochodzą z języka angielskiego i oznaczają kolejno: Gas Insulated Switchgear, czyli rozdzielnice wykonane w technologii z izolacją gazową oraz Air Insulated Switchgear, co tłumaczymy jako rozdzielnice wykonane w technologii napowietrznej. Oba skróty określają różne rodzaje technologii wykorzystywanych w procesie wykonania rozdzielnic dla stacji elektroenergetycznych. Sprawna, niezawodna i bezpieczna sieć elektroenergetyczna nie może funkcjonować bez dobrze zaprojektowanych, a przede wszystkim dopasowanych do określonych warunków stacji.

Stacja elektroenergetyczna AIS – charakterystyka

AIS to układ, który można określić jako „tradycyjny” bądź „klasyczny”, gdyż jest to technologia mocno rozpowszechniona w energetyce. Jak działa stacja AIS? Otóż w procesie izolacji pomiędzy przewodnikami, a różnego rodzaju elementami stacji elektroenergetycznej, jak szyny zbiorcze, przekładniki, wyłączniki, odłączniki, uziemniki, ograniczniki przepięć itp., wykorzystuje się otoczenie powietrza. Wykorzystanie izolacji powietrznej warunkuje sposób wykonania rozdzielni, ale wpływa też na wymagania przestrzenne stacji.

Jak zbudowane są stacje AIS? Rozdzielnia składa się z aparatury WN zaprojektowanej w taki sposób, by zapewnić przestrzeń umożliwiającą wystawienie jej na działanie otaczającego powietrza, które niejako naturalnie staje się środkiem izolującym. W budowie aparatury WN wykorzystuje się też szklane, kompozytowe i ceramiczne izolatory do izolowania elementów pod napięciem od uziemienia czy izolacji międzyfazowej.

Zastosowanie AIS

Rozdzielnie AIS są stosowane w stacjach, w których można zastosować duże odległości izolacyjne, a wymagania przestrzenne stacji nie stanowią istotnego wyzwania. Dość powszechnie wykorzystuje się je w stacjach średniego napięcia, czy w stacjach budowanych na terenach wiejskich lub w obiektach przemysłowych.

Stacja elektroenergetyczna GIS – charakterystyka i zastosowanie

Rozdzielnia wykorzystująca technologię izolacji gazowej (GIS), to układ, w którym głównym elementem izolującym jest najczęściej sześciofluorek siarki (gaz SF6). W tym przypadku szyny zbiorcze, odłączniki, przekładniki, odgromniki, tulejki i inne elementy elektryczne są izolowane z wykorzystaniem właśnie gazu SF6, który cechuje się świetnymi właściwościami izolacyjnymi.

Technologia ta przechodzi obecnie fazę dynamicznego rozwoju, co sprawia, że pojawiają się nowe możliwości zastosowania GIS, m.in.:

• w stacjach średniego i wysokiego napięcia
• w sytuacjach, gdy powierzchnia stacji elektroenergetycznej jest przestrzennie ograniczona
• w systemach HVDC, czyli wysokiego napięcia prądu stałego

GIS a AIS – porównanie

Główną różnicą pomiędzy GIS a AIS jest rodzaj zastosowanej technologii izolacji: gazowa lub powietrzna. To z kolei wpływa na dalsze różnice, w tym przede wszystkim układ rozdzielnicy. W AIS mamy do czynienia ze stosunkowo prostszą i bardziej przejrzystą strukturą. Z kolei GIS, ze względu na zmniejszone odległości izolacyjne ma bardziej skomplikowaną i zminiaturyzowaną strukturę. Jednocześnie jest to kolejny element odróżniający oba rozwiązania, czyli wymagania przestrzenne stacji. Jeżeli Główny Punkt Zasilania zlokalizowany jest w miejscu, gdzie liczy się każdy centymetr, gdzie trzeba wygospodarować miejsce na dodatkowe słupy energetyczne i inne elementy sieci, to bardziej naturalnym wyborem staje się stacja elektroenergetyczna GIS. W sytuacji dostępnej dużej przestrzeni, można śmiało postawić na tradycyjne, sprawdzone rozwiązanie, czyli AIS.

Czynnikiem, który odróżnia AIS od GIS jest również koszt budowy stacji oraz jej późniejszej eksploatacji. Budowa stacji AIS to rozwiązanie tańsze, co wynika chociażby z prostszej struktury, braku konieczności stosowania specjalistycznych gazów izolacyjnych czy inwestycji w zabezpieczenia przed ich wyciekami. Trzeba bowiem wiedzieć, że gaz SF6 ma najwyższy spośród wszystkich znanych gazów współczynnik globalnego ocieplenia (GWP), dlatego zachowanie najwyższych standardów bezpieczeństwa w tym przypadku jest konieczne.

O ile inwestycja w GIS początkowo oznacza wyższe koszty, o tyle sama eksploatacja stacji GIS może okazać się na dłuższą metę korzystna. Bezolejowy i gazowy mechanizm napędowy charakteryzuje się wysokim stopniem niezawodności działania. Z kolei awaryjność stacji AIS uzależniona jest chociażby od czynników zewnętrznych, gdyż wiatr, opady i inne zjawiska atmosferyczne mogą wpływać na komponenty stacji podatne na działanie czynników środowiskowych. To z kolei oznacza konieczność regularnych przeglądów i konserwacji poszczególnych elementów stacji.

Wady i zalety GIS oraz AIS

Biorąc pod uwagę powyższe informacje, do głównych zalet AIS zaliczamy:

• prostotę konstrukcji
• duże rozpowszechnienie
• długą obecność na rynku energetycznym
• niższe koszty budowy stacji

Jako wady tego rozwiązania wymienić można:

• potencjalnie wyższe koszty eksploatacji
• konieczność regularnych przeglądów i konserwacji elementów narażonych na działanie czynników zewnętrznych
• większe wymagania przestrzenne stacji

W przypadku GIS główne zalety to:

• mniejsze rozmiary niż AIS
• większa wydajność niż AIS
• dynamiczny rozwój i nowe, pojawiające się możliwości zastosowania technologii

Wady GIS to z kolei:

• wyższy koszt budowy stacji
• potencjalnie wyższe ryzyko dla środowiska w przypadku wycieku gazu SF6
• bardziej skomplikowana konstrukcja wymaga profesjonalnego serwisu do obsługi i konserwacji

Niektóre cechy przypisywane poszczególnym rozwiązaniom mogą ulegać zmianom na przestrzeni czasu. Dla przykładu, koszty inwestycji w GIS wraz z rozwojem tej technologii stają się coraz niższe. Stąd można spotkać się z sytuacjami, w których modernizacja rozdzielni energetycznych napowietrznych AIS wiąże się z dodaniem technologii GIS i zastosowaniem rozwiązania hybrydowego. To także jedna z opcji do rozważenia przez inwestorów na etapie podejmowania decyzji o wyborze technologii stacji elektroenergetycznej.