المحولات المعزولة بالغاز هي الحدود بين التحكم في شبكة النقل أو التوزيع. تعتبر GIS محطة كهربائية تشمل قواطع الدائرة، وفواصل، ومفاتيح تأريض، ومحولات تيار وجهد، وموصلات، والتي يتم وضعها في حاوية مغلقة معزولة بالغاز. تشغل محطة GIS مساحة أقل بكثير من المعدات المعزولة بالهواء، ولهذا السبب تجد شركات المرافق أنها مفيدة في المواقع التي تكون فيها الأرض مكلفة، والطقس قاسي، وتطبق قواعد موثوقية صارمة. اختيار مورد GIS هو أحد أهم المشتريات في برنامج رأس المال للمرافق، حيث يجب أن تدوم المنتج لمدة أربعين عامًا، وتظل قابلة للخدمة خلال تلك الفترة، وتعمل مع أنظمة الحماية والتحكم التي ستتغير عدة مرات حتى نهاية عمرها الافتراضي. تناقش هذه المقالة تقنية GIS، وأهم الموردين، وما يجب تحديده في المشروع.
في جوهرها، تشير المحولات المعزولة بالغاز (GIS) إلى المحولات المصممة للعمل عند مستوى جهد عالٍ، مما يضمن أن تكون المكونات الحية محاطة بغطاء معدني مغلق مملوء بعزل الغاز. تم استخدام سداسي فلوريد الكبريت (SF₆) تقليديًا كعزل غازي، ولكن الآن هناك أيضًا أنظمة محولات معزولة بالهواء أو محولات معزولة بالغاز تستخدم عزل غازي خالٍ من SF₆. الشركات المصنعة الرئيسية لأجهزة GIS التي تعمل في السوق العالمية هي Hitachi Energy وSiemens Energy وABB وMitsubishi Electric وGE Vernova وToshiba Energy Systems وHyosung Heavy Industries. في الصين، يتم إنتاج أجهزة GIS بواسطة Pinggao Group وCSIC Nanjing وSieyuan وTBEA. هناك مواصفات معينة في أجهزة GIS، مثل الجهد المقنن، مستوى جهد الانهيار (BIL)، التيار المقنن، تيار كسر الدائرة القصيرة المقنن، وكمية الجزيرة. الاتجاه الذي لوحظ مؤخرًا هو تحول الشركات من SF₆ إلى عزل غازي خالٍ من SF₆ بسبب سياسات الاتحاد الأوروبي التي تنظم استخدام SF₆ في المحولات متوسطة الجهد الجديدة. في هذا الصدد، يجب أيضًا أن يُذكر أن Subian لا تعمل كمتخصص تجاري في GIS؛ أي أنها تشارك في تصنيع المحولات لأجهزة أخرى موضوعة في المحطات.
ما هي GIS ولماذا تستخدمها المرافق
تعتمد المحطات التقليدية على الهواء والمسافة لعزل الموصلات الحاملة للتيار. هذه المبدأ البسيط والاقتصادي معروف جيدًا ولكنه يحتاج إلى مساحة كبيرة. تصل الفجوات المطلوبة لمحطات جهد النقل إلى عدة أمتار، مما يجعل المحطات المعزولة بالهواء (AIS) تشغل مساحة عدة هكتارات.
من ناحية أخرى، تعمل معدات التحويل المعزولة بالغاز باستخدام مبدأ مختلف تمامًا. يتم تثبيت قواطع الدائرة، الموصلات، مفاتيح الفصل، مفاتيح التأريض، والمحولات في كبسولات خاصة مملوءة بالغاز تحت الضغط. نظرًا لأن قوة العزل للغاز أكبر بكثير من تلك الموجودة في الهواء، فإن المسافات المطلوبة تقل بشكل كبير. يمكن تثبيت GIS بجهد 245 كيلوفولت في مبنى أصغر بكثير من ذلك المستخدم في AIS.
يسمح تنفيذ مثل هذه الأنظمة بالاستفادة القصوى من المساحة ويتم استخدامها بسرعة في أربع حالات.
- المناطق الحضرية والمحدودة الأراضي هي الأماكن التي يجب أن تقع فيها محطة تحويل في المدن، المجمعات التجارية، أو حتى المنشآت تحت الأرض حيث تعتبر GIS هي التكنولوجيا الوحيدة القابلة للتطبيق.
- تشمل المواقع المتطرفة والملوثة تلك البيئات التي تكون فيها المكونات الحية محكمة الإغلاق وبالتالي لا تتأثر برذاذ الملح، جزيئات الغبار، الرمل، الرطوبة، أو التلوث الصناعي؛ ولهذا السبب، اكتسبت تكنولوجيا GIS العديد من التطبيقات في المناطق الساحلية، الصحراوية، والصناعية في العالم.
- تعني معايير الاعتمادية العالية أن التكنولوجيا المغلقة تقضي على معظم الظروف الخارجية التي تسبب التفريغ في التركيب المعزول بالهواء وبالتالي تقلل من تكرار أعمال الصيانة.
- تشير الطاقة المتجددة والاتصالات البعيدة إلى أن تقنيات مثل الرياح والطاقة الشمسية تعتمد على محطات GIS المدمجة أو المبنية مسبقًا التي تقلل من الأعمال المدنية والوقت اللازم للتثبيت وكذلك التعرض للموقع.
التبادل هنا هو في التكلفة وتعقيد هذه التكنولوجيا، حيث تتطلب محطة GIS واحدة أموالًا أكثر بكثير من محطة AIS واحدة وتفرض متطلبات عالية على بيئة الاستخدام، والموظفين المعنيين، والمعدات لإدارة الغاز بالإضافة إلى مراقبة جودة التصنيع التي لا تسمح بأي عيوب في الوصلات أو الشوائب في التركيب، بينما عندما لا توجد قيود على المساحة والبيئة، تظل تكنولوجيا العزل الهوائي أكثر كفاءة من حيث التكلفة.
فئات الجهد والتكوينات
يتم تعريف GIS من خلال جهدها الاسمي والتصنيفات التي يتم الحصول عليها عادةً لمشاريع المرافق، والتي تركز حول معايير مختلفة.
| الجهد المقنن | التطبيق النموذجي | مستوى تحمل الصواعق الإرشادي (BIL) | تيار كسر الدائرة القصيرة النموذجي |
|---|---|---|---|
| 5 كيلوفولت | النقل الفرعي، إمدادات صناعية كبيرة | 325 كيلوفولت | 5-40 كيلو أمبير |
| 145 كيلوفولت | النقل والتوزيع الأولي | 650 كيلوفولت | 40 كيلو أمبير |
| 170 كيلوفولت | النقل | 750 كيلوفولت | 63 كيلو أمبير |
| 245 / 253 كيلوفولت | النقل، الاتصالات المتجددة | 1050 كيلوفولت | 50-63 كيلو أمبير |
| 300 كيلوفولت | النقل | 1050 كيلوفولت | 63 كيلو أمبير |
| 420 كيلوفولت | نقل الجهد العالي جدًا | 1425 كيلوفولت | 63 كيلو أمبير |
| 550 كيلوفولت وما فوق | النقل الضخم، ممرات UHV | فوق 1550 كيلوفولت | 63 كيلو أمبير وما فوق |
البيانات المقدمة هنا تم جمعها من عدة بيانات منشورة من الشركات المصنعة لتطبيقات GIS المتكاملة وتظهر المواصفات التي يجب تحديدها للموافقة عليها. التيار العادي المقنن للموصلات والمغذيات يتراوح بين 3150 A و 5000 A عند مستويات جهد مختلفة والتيار المقاوم لفترة قصيرة عادة ما يتم تحديده لمدة ثلاث ثوانٍ. جهد التحمل الناتج عن الصواعق أو مستوى العزل الأساسي هو المواصفة التي يجب تقدير أهميتها بالكامل لأنها تظهر أن عدم تحديد المواصفات بشكل كافٍ يمكن أن يصبح خطيرًا وليس فقط مكلفًا.
التكوين أيضًا حاسم بالإضافة إلى التصنيف. أبسط مخطط هو تكوين موصل واحد، والذي يكون أيضًا ميسور التكلفة؛ خيارات الموصل المزدوج توفر تكرارًا ومرونة بسعر أعلى؛ والتكوينات المقسمة تسمح بعزل جزء من المحطة للصيانة بينما يعمل جزء آخر. إنها خيار موثوق بدلاً من خيار المعدات ويجب اتخاذه قبل اختيار المورد وليس فقط إضافته لاحقًا.
انتقال SF₆
يجب معالجة قضية الغاز العازل في كل مناقشة حول شراء GIS في عام 2026، حيث إنها تسبب تغييرات في كل من النطاقات وعمليات تسويق أنظمة الإنتاج.
يحتوي سداسي فلوريد الكبريت على خصائص عازلة فريدة، وهو السبب في شعبيته المستمرة في معدات التبديل الكهربائية. ومع ذلك، لديه عامل بيئي: SF₆ لديه قدرة على الاحترار تتجاوز تلك الخاصة بثاني أكسيد الكربون عدة مرات وقادر على الوجود لسنوات عديدة. خلال تشغيل المعدات والتخلص منها، تحدث خسائر وتسريبات تجعلها واحدة من غازات الدفيئة المستخدمة على نطاق واسع في قطاع الكهرباء.
كانت هناك استجابات تنظيمية. قامت الاتحاد الأوروبي بتقييد استخدام SF₆ في معدات التبديل الكهربائية متوسطة الجهد المنتجة بعد يناير 2026، وبدأت شركات تصنيع مختلفة في تقديم بدائل. هناك بديلان رئيسيان متاحان في السوق: أحدهما هو استخدام الهواء الجاف كعازل مع التبديل بالفراغ، والآخر هو نوع من التكنولوجيا المبتكرة التي طورتها جنرال إلكتريك (مثل تقنية g³). كان التقدم سريعًا جدًا، حيث تمكنت Hitachi Energy من توفير GIS بدون استخدام SF₆ بجهد 550 KV وحصلت على عقد لمشروع مشابه لشركة يابانية، وقدمت GE Vernova حلولًا عند 170 KV، ودخلت Siemens سوق تقنيات الهواء النظيف المصممة لمستويات جهد تصل إلى 420 KV.
قد يؤدي ذلك إلى ثلاث عواقب مختلفة للشركات العاملة في هذا المجال. أولاً، قد تنص المواصفات بوضوح على ما إذا كان مطلوبًا إنتاج المعدات دون استخدام SF₆ أو العكس، وما إذا كانت هناك بعض القيود المتعلقة بالتسريبات المحتملة. الأمر الثاني هو أن حسابات التكلفة الإجمالية يجب أن تشمل ليس فقط التكلفة الأولية للإنتاج ولكن أيضًا السعر لإدارة الغاز خلال دورة حياته، أي لمراقبته واستعادته عند الضرورة. أخيرًا، يجلب هذا الانتقال بعض المخاطر المتعلقة بالوقت حيث قد تستثمر الشركات في تقنيات تصبح قديمة على الفور أو تختار أحدث الآلات التي تم إدخالها مؤخرًا إلى السوق، مما يعني أنها قد لا تمتلك خبرة كافية في العمل. كلا القرارين مفهومين.
مشهد موردي GIS
التركيز كبير في صناعة GIS عالية الجهد. الشركات التي تهيمن من حيث الإيرادات في هذا المجال موضحة أدناه، مع الإشارة إلى أن المبالغ المعطاة تمثل تقديرات مستندة إلى معلومات متاحة للجمهور بدلاً من بيانات مقسمة مدققة.
| المورد | المقر الرئيسي | نطاق الجهد | التموقع |
|---|---|---|---|
| هيتاشي للطاقة | زيورخ، سويسرا | 5-800 كيلوفولت، حتى 1200 كيلوفولت في المحفظة | رائد في إزالة الكربون من الشبكة وGIS الرقمية؛ منصة EconiQ خالية من SF₆؛ علاقات قوية مع المرافق على مستوى العالم |
| سيمنز للطاقة | ميونيخ، ألمانيا | ٧٢.٥-٥٥٠ كيلوفولت | مجموعة Blue GIS النظيفة بالهواء مع التبديل بالفراغ؛ قاعدة قوية في أوروبا والمرافق؛ قدرة DC GIS |
| ABB | زيورخ، سويسرا | ٧٢.٥-٥٥٠ كيلوفولت، سلسلة ELK حتى ١٢٠٠ كيلوفولت | بصمة واسعة في النقل والصناعة؛ تصاميم مدمجة ودمج رقمي؛ نطاقات جهد متوسط خالية من SF₆ |
| ميتسوبيشي إلكتريك | طوكيو، اليابان | ٧٢.٥-٨٠٠ كيلوفولت | مشاريع نقل عالية الموثوقية وHVDC؛ تصاميم معزولة بالهواء الجاف؛ تراث تصنيع طويل |
| GE فيرنوفا | كامبريدج، ماساتشوستس، الولايات المتحدة الأمريكية | ٧٢.٥-٥٥٠ كيلوفولت | غاز g³ خالي من SF₆؛ قدرة المحطات الفرعية الجاهزة؛ تركيز على تحديث الشبكة |
| توشيبا لأنظمة الطاقة | طوكيو، اليابان | ٧٢.٥-٥٥٠ كيلوفولت | تصاميم مدمجة مفصولة بالطور وتصاميم مغلفة ثلاثية الطور؛ قوية في اليابان مع مشاريع عالمية مختارة |
| هيونداي للصناعات الثقيلة | سيول، كوريا الجنوبية | ٧٢.٥-٨٠٠ كيلوفولت | GIS تنافسية من حيث التكلفة مع شراكات EPC قوية؛ تأسست في آسيا والشرق الأوسط وأفريقيا |
| نيسين إلكتريك | طوكيو، اليابان | ٧٢.٥-٢٤٥ كيلوفولت | متخصص في GIS المدمجة لمرافق النقل والتطبيقات |
| مجموعة بينغغاو | خنان، الصين | ٧٢.٥-٥٥٠ كيلوفولت | مورد تنافسي من حيث السعر يتوسع دوليًا، لا سيما في آسيا وأفريقيا وأمريكا اللاتينية |
| CSIC نانجينغ / سييوان / TBEA | الصين | ٧٢.٥-٥٥٠ كيلوفولت | نطاق تصنيع محلي؛ تنافسي في برامج الحجم الكبير |
في المرتبة التالية وبشكل قريب من المطابقة للقدرات اللازمة هم المصنعون الإقليميون والمتخصصون مثل هيونداي إلكتريك في كوريا، CG Power وBHEL في الهند، فوجي إلكتريك وMeiden في اليابان، شنايدر إلكتريك وEaton في الجهد المتوسط والتوزيع الأساسي وILJIN إلكتريك في كوريا. بالنسبة للمشاريع في شبه القارة الهندية، فإن BHEL وCG Power هما الشركات المفضلة بينما في أعمال المرافق في أفريقيا والشرق الأوسط، أنشأت هيونداي وجودًا كبيرًا في السوق بفضل ميزة تسعيرها مقارنة بالشركات الأوروبية واليابانية.
ملفات تعريف الموردين
- هيتاشي للطاقة تُعتبر الأفضل من حيث الأداء الاقتصادي لتقنية GIS على مستوى العالم. لقد كانت منصة EconiQ الخاصة بها ناجحة في دخول سوق النقل حيث بدأت الشركة بالفعل في استخدام تجاويف خالية من SF₆ في الأفق مع تسليمات تقنية مبتكرة بجهد ٥٥٠ كيلوفولت مخصصة لمشغل النقل في شنغهاي في الصين ونظيره في اليابان. الحلول الشاملة لـ GIS المتاحة من المنتج مفيدة بشكل خاص لمجموعة متنوعة من العملاء الذين يحتاجون إلى الطاقة مثل مناطق الطوارئ والاستبدال بالإضافة إلى عمليات النفط والغاز والتعدين. ستساعد ميزة وجود جميع المكونات من شركة واحدة بالتأكيد في تسهيل عمل شركات المرافق.
- سيمنز للطاقة, ، مستفيدة من شراكات طويلة الأمد مع العديد من شركات نقل الكهرباء الأوروبية، تقود تغييراتها بمساعدة تقنية Blue GIS، التي تستخدم العزل بالهواء النظيف مع التبديل بالفراغ. قامت الشركة بتنفيذ تركيبات Blue GIS بنجاح في أحدث مشغل نقل نوردك وأنتجت تقنية DC GIS موجهة نحو سوق الجهد المباشر. تعتبر مبادرة ٢٠٢٦ لإنشاء GIS خالية من الانبعاثات على مستوى ٤٢٠ كيلوفولت واحدة من أهم المبادرات في مجال تقنية الهواء النظيف في تقنية الجهد العالي جدًا.
- من بين الشركات المصنعة الثلاث الكبرى من أوروبا،, ABB تقدم أكبر تقليد صناعي، حيث يقدم قطاع النقل لديها معدات مفاتيح معزولة بالغاز (GIS). تشير سلسلة GIS الخاصة بالشركة - حل كامل من وحدات مدمجة في المناطق ذات القيود المكانية حتى نطاق ELK لأعلى الفولتية، إلى أن ABB مستعدة للتكيف مع عملية التحول من غاز SF₆. من خلال المنتجات المعزولة بالهواء الجاف وشراكة مع واحدة من أشهر الشركات الكهربائية الألمانية، تسير ABB على الطريق الصحيح لتحويل الصناعة. تخصصها في مشاريع المرافق يشمل توفر ليس فقط معداتها الخاصة ولكن أيضًا حلول مجمعة واسعة النطاق وخبرة عالمية.
- ميتسوبيشي إلكتريك تعتبر الخيار الأفضل في الحالات التي تأتي فيها الموثوقية أولاً وقد استخدم العملاء أجهزة النقل اليابانية من قبل. توفر إنتاج GIS في النطاق من 72.5 kV إلى 800 kV من خلال العزل بالهواء الجاف بينما تشارك أيضًا في تطوير تقنية التبديل المعتمدة على الغازات ذات القدرة على الاحتباس الحراري صفر. الشركة نشطة أيضًا في آسيا والشرق الأوسط، حيث تؤمن بعض المشاريع في أسواق أخرى أيضًا.
- GE فيرنوفا تجعل وجودها محسوسًا من خلال تقنية الغاز g³ وتوفير محطات فرعية كاملة النطاق. إطلاق وحدة معزولة خالية من الغاز بجهد 170 kV في عام 2026 يكمل خط الأجهزة الذي يتراوح من 72.5 kV إلى 420 kV، بما في ذلك أول وحدة خالية من الغاز بجهد 245 kV تم تركيبها في الولايات المتحدة الأمريكية.
- توشيبا و هيونسانغ تقدم نهجًا وقيمًا مختلفة تمامًا. تقترح الشركة الأولى تصاميم مدمجة مع قاعدة مثبتة كبيرة في اليابان وحضور كبير ولكن ليس شاملًا في الخارج، بينما تستطيع الأخيرة تقديم أجهزة في النطاق من 72.5 kV إلى 800 kV بأسعار معقولة جدًا.
- نيسين إلكتريك لديها تخصص ضيق في GIS المدمجة لقطاعات المرافق والنقل، بينما تقدم الشركات الصينية حلولًا منخفضة التكلفة، مكتسبة زخمًا في نطاق التصنيع في أسواق مثل إفريقيا وجنوب شرق آسيا وأمريكا اللاتينية.
ما يجب تحديده
توضح مواصفات GIS الجيدة النقاط المذكورة أعلاه بوضوح. السبب الأكبر لطلبات التغيير المكلفة هو المواصفات المكتوبة بشكل سيء.
- الجهد المقنن ومستوى العزل. هذا هو الجهد الاسمي للنظام مع جهد النبضة العازلة (BIL) وجهد التحمل بتردد الطاقة. هذا أمر أساسي لتصميم العزل ولا يمكن تغييره بعد التصنيع.
- التيار المقنن العادي للموصلات والمغذيات مع درجة الحرارة التي يتم تعريفها عندها. وبالتالي، فإن الموصلات المصنفة لدرجة حرارة 40°C والتي تعمل عند 50°C تشكل أنظمة مختلفة.
- التيار المقنن لقطع الدائرة القصيرة والتيار الذي يتحمل لفترة قصيرة مع مدة هذه التيارات. يجب مطابقة هذه الخصائص الكهربائية مع مستوى العطل في النظام مما يعني دراسة النظام الحالي بدلاً من الطرق القديمة.
- تكوين الموصلات التي قد تكون مفردة أو مزدوجة أو مزدوجة مع قفزة أو مقسمة بالإضافة إلى عدد الخلجان الواردة والصادرة، موصل الموصلات، خليج قسم الموصلات وخليج المحول.
- معدات التبديل المعزولة بالغاز - نوع الغاز العازل أو SF6 في حالة السماح بذلك وأقصى تسرب للغاز بالإضافة إلى وسائل مراقبة الغاز يجب تحديدها.
- نسب المحولات الحالية ومحولات الجهد بالإضافة إلى المعلمات الأساسية للقياس والحماية لهذه المحولات. هذه عناصر أساسية في النظام بأكمله وإذا لم يتم تحديدها بشكل صحيح ستتكبد الكثير من النفقات لوضع المخطط بالكامل في مكانه.
- أنظمة الحماية والتحكم والمراقبة - الامتثال لمعيار IEC 61850، وأنظمة الاتصال بالإضافة إلى توفير الأنظمة الثانوية من قبل الموردين.
- الغلاف الفيزيائي الذي يشمل عرض وارتفاع معدات التبديل وظروف بنائها وبيئتها.
- الاختبار والتوثيق - شهادات اختبارات النوع، والتقارير والبروتوكولات للاختبارات المكتملة.
الخبرة على مستوى المكونات مهمة بشكل خاص مع جانبين: تصنيف الدائرة القصيرة والمواصفات المتعلقة بالمحولات الآلية، لأن هذا النوع من المعلومات يتم تحديده بواسطة بيانات الشبكة وفلسفة القياس وليس من قبل الشركة المصنعة لمعدات التبديل. المعلمات نفسها تتبع نفس الانضباط كما هو موضح في أي مواصفات لمعدات الجهد العالي، والتي تم تحديدها في دليلنا لـ مواصفات المحولات المفسرة.
كيفية اختيار المورد
هناك ستة معايير مميزة تحدد عملية شراء GIS الناجحة من عملية شراء مكلفة.
- التحقق من المعدات المستخدمة بالفعل بنفس التصنيفات ضروري، بالإضافة إلى فحص تركيبات المعدات المستخدمة في نفس فئة الجهد في بيئة مماثلة مع عدة سنوات من التشغيل. على سبيل المثال، فئة جهد 145 كيلوفولت لا يمكن أن توفر معلومات كافية لجهاز 420 كيلوفولت المستخدم في موقع صحراوي ساحلي، حتى لو كان هذا ما يعلنه الموردون.
- يجب التأكد من الحصول على شهادة اختبار النوع وفقًا لمعيار IEC 62271 للتصنيفات الجهد المقابلة، حيث يتم إجراء اختبارات النوع بناءً على التصميم وليس بناءً على عائلة الأجهزة. لذلك، حتى الحصول على شهادة لجهد مختلف لا يوفر أي بيانات عن الجهد المطلوب.
- التحقق من القدرات المحلية للخدمة مهم أيضًا، حيث يمكن أن تدوم معدات التبديل لعقود وما يهم خلال هذه الفترة هو ما إذا كان هناك موظفون مدربون بشكل صحيح وقطع غيار متاحة على مسافة معقولة والقدرة على التعامل مع الغاز. بدون وجود هذا، لا يمكن تخيل استخدام معدات SF₆.
- Establishing the technology roadmap is critical as well. The buyers need to ask the supplier what is being provided for the technology and what their future plans are concerning making the technology free from SF₆ gases. If the design is getting phased out, then its cost of maintenance will only increase.
- Another important point is estimating the lifecycle instead of estimating the bay, as one needs to take into account gas management, condition monitoring, availability of spare parts, training, and outage cost. Very often having the lowest price for the purchase leads to having the highest overall spending for replacement and maintenance.
- It is necessary to ensure that the schedule provided by the supplier coincides with the project as indicated. High voltage switchgear supplies imply very long delivery times that are increasing across the industry and therefore it is necessary to guarantee that the schedule being provided has been confirmed with milestones.
In case the equipment is supplied with the provision that other equipment is a part of the complete substation, the testing and commissioning procedure needs to be adhered to, the same way as it has been done for primary technologies. Our guide to transformer testing covers the equivalent regime for the transformers that share the station.
Where Subian Fits
An honest guide must state this clearly so let us state it clearly. Subian is not a gas insulated switchgear manufacturer. GIS is a specialized product that requires the manufacture of enclosures, technology for sealing gas inside it, the development of arc quenching technology, and the ability to carry out type tests at insulation voltage levels which we do not manufacture. Any supplier claiming to be able to supply such equipment is misrepresenting himself.
What is supplied by Subian are appliances which complete the same substation. A GIS assembly cannot be used as a stand-alone product as it needs instrument transformers to measure current and voltage for the protection and metering systems and it also needs the distribution transformers used in distribution connected stations for transforming the voltage to a consumption level. These components are manufactured by us as well as various types of grounding and protection equipment.
Among the two instruments, the instrument transformer is more interesting from the technical point of view. Modern GIS may contain the current and voltage transformers implemented inside the sealed enclosure, and there are also stand-alone types of such transformers and retrofit projects. The specifications are the same for both cases as they include ratio, accuracy class for metering/ protection purposes, thermal rating, and burden.Our current transformer range illustrates what those specifications look like in practice, including the accuracy classes that separate a metering unit from a protection unit.
The protection side of the same installation — how the measured current is used to detect a fault, and why the transformer’s characteristics determine whether the relay operates correctly — is covered in our guide to أساسيات حماية أعطال الأرض.
The practical implication of the GIS package and transformer package being separate procurement decisions is that they should both be specified by the utility procurement team instead of being assumed to be bundled together. Where a project needs a transformer supplier with documented test data and a verifiable certification trail, the qualification criteria are set out in our guide to choosing a transformer supplier, and the same discipline applies to the instrument transformers that interface with the switchgear.
الأسئلة الشائعة
What is the difference between GIS and AIS switchgear?
Air insulated switchgear (AIS) relies on natural air to insulate the energized circuits, meaning the distances between the power conductors are large and require substantial space. Therefore, AIS installations are mostly placed outdoor. In contrast, GIS relies on the sealed electrical system of providing insulating gas on high pressure. That makes it possible to shorten distances considerably which makes the GIS system suitable for indoor installations. Although GIS attracts additional costs as compared to AIS, it is preferred where land is scarce, environment is aggressive or polluted, and reliability and maintenance are top priorities. On the other hand, AIS remains the optimal option when there is enough space and environment is friendly, while the capital costs dominate.
Which companies manufacture high-voltage GIS?
There are three main groups of manufacturers of high voltage GIS. The first group includes manufacturers like Hitachi Energy, Siemens Energy, ABB, Mitsubishi Electric, GE Vernova, Toshiba Energy Systems, and Hyosung Heavy Industries, covering approximately the voltage range of 72.5 kV to 800 kV. The second group mostly includes smaller manufacturers like Nissin Electric, Hyundai Electric, Fuji Electric, and CG Power. Finally, the third group includes producers from China like Pinggao Group, CSIC Nanjing, Sieyuan, and TBEA, who mainly face competition in terms of prices in the markets of Asia, Africa, and Latin America.
Why is the industry moving away from SF₆?
The reason why most companies try to substitute SF₆ is because of its extreme potency as a greenhouse gas that has a global warming potential thousands of times higher than that of carbon dioxide, as well as its very long residence time in the atmosphere. The European Union has forbidden the use of SF₆ gas in new medium-voltage switchgear with ratings of less than 24 kV since 2026. Manufacturers present alternatives in the form of dry-air and clean-air insulation combined with vacuum switching as well as proprietary gases like GE Vernova g³. Hitachi Energy issued GIS maintaining the voltage of 550 kV without using SF₆ gas, Siemens Energy is working on non-emission GIS with the ratings of 420 kV while GE Vernova released the series of GIS ranges from 72.5 kV to 420 kV.
What ratings should a GIS specification state?
The list of parameters should include the following minimum points: rated voltage, lightning impulse withstand voltage, rated normal current for busbars and feeders, rated short-circuit breaking current, busbar schema regarding the type and total number of bays, insulation gas as well as the leakage rate, ratios of current transformers and degrees of on-time operations, environmental protection means, physical dimensions of the GIS system, and the network in charge of testing and provision of data. Esoteric specifications of this type can result in expensive changes and variations during operational phase of equipment.
How do I verify a GIS supplier’s claims?
There are generally three ways for verifying the information provided by the suppliers. First of all, it can be confirmed by reference installation. It means that one can ask for information about the operation of any site with the same voltage rating and in similar environmental conditions and then check the success of such operation. Second, one can require the provision of certificates on type testing in terms of IEC 62271 standards. Finally, factory acceptance test is an option where the client can be present during the testing period of the equipment and monitor the process himself, thus providing a reliable source of information.
المراجع
- Hitachi Energy — Gas Insulated Switchgear and EconiQ SF₆-Free Portfolio
- Siemens Energy — Blue GIS Clean Air Switchgear Technology
- International Electrotechnical Commission — IEC 62271 High-Voltage Switchgear and Controlgear
- ABB — High-Voltage Gas Insulated Switchgear
- GE Vernova — Grid Solutions GIS and g³ SF₆-Free Technology
- U.S. EPA — SF₆ Emissions Reduction Partnership for Electric Power Systems
الخاتمة
Gas-insulated switchgear equipment has enabled substations to adapt to modern construction, allowing them to be made more compact, completely sealed, be free from climatic impacts and serve for around 40 years. The category is represented by small group of companies selling SF₆ equipment from 72.5 kV to 800 kV with Hitachi Energy, Siemens Energy, ABB, Mitsubishi Electric, GE Vernova, Toshiba and Hyosung as the leading brands and other, mostly Chinese producers following them actively in the emerging markets. The procurement process has remained the same: pick rated voltage, insulation level, normal current, short-circuit capacity, busbar configuration and an instrument transformer interface; confirm statements with reference projects and type test certificates; and calculate the cost of the lifecycle and gas operations instead of the isolated switchgear installation.The revolutionary change took place in the insulation gas. The age of SF₆ has come to an end due to regulations, so it is important to choose carefully transition from SF₆ technology to gas insulated switchgears with completely different insulation types.