من بين المسارات التقنية لاستبدال غاز SF6 التقليدي في وحدات التوزيع الحلقيّة الصديقة للبيئة، فإن النهج السائد حاليًّا هو «الانقطاع بالفراغ + العزل بالغاز الصديق للبيئة» (باستخدام الهواء الجاف أو النيتروجين أو خليط الغازات C4/C5). وعلى الرغم من ظهور نهج «العزل الكلي بالمواد الصلبة» في وقتٍ مبكّر، فإنه لم يصبح الخيار المهيمن بسبب القيود الفيزيائية الجوهرية والتحديات التصنيعية.
والأسباب التقنية الأساسية هي كما يلي:
١. استعادة وسط العزل تلقائيًّا (فَرقٌ فيزيائيٌّ جوهريٌّ)
-
نهج الغاز الصديق للبيئة: يتمتّع العزل الغازي بخاصيّة الاستعادة الذاتيّة. فإذا حدث انقطاع لحظي أو قوس كهربائي داخلي في المعدّة بسبب صواعق أو فرط جهد ناتج عن التشغيل/الإطفاء، فإن مقاومة العزل للغاز تعود إلى طبيعتها فور انقراض القوس، ما يسمح للمعدّة بالاستمرار في التشغيل.
-
نهج العزل الكلي بالمواد الصلبة: إن الانهيار في مواد العزل الصلبة مثل راتنج الإيبوكسي لا يمكن عكسه. وبمجرد حدوث تفريغ شجري داخلي أو انهيار، يتعرّض هيكل العزل لتلف دائم على هيئة تكربن، ما يجعل الوحدة بأكملها غير قابلة للاستخدام. ومدى التحمّل للأعطال منخفضٌ للغاية.
روكيويل سلسلة RAR من أجهزة التبديل المعزولة بالغاز الخالية من SF6/وحدات التوزيع الحلقيّة
٢. التحديات المتعلقة بالإجهاد الحراري والتحكم في التفريغ الجزئي (PD)
وهذه أصعب مشكلة تواجه العزل الكلي بالمواد الصلبة (وخاصةً فيما يتعلق ببحثكم حول عمليات التعبئة اللينة والتحكم في الإجهاد الحراري).
-
نهج العزل الكلي بالمواد الصلبة: يجب تركيب مقاطع الفراغ، والقضبان الناقلة النحاسية، ومفاتيح الفصل بشكل كامل داخل راتنج الإيبوكسي. وبما أن معامل التمدد الخطي يختلف اختلافًا كبيرًا بين النحاس (١٦٫٥×١٠⁻⁶/°C)، والخزف (غلاف مقاطع الفراغ)، وراتنج الإيبوكسي (حوالي ٣٠–٤٠×١٠⁻⁶/°C)، فإن التغيرات الحرارية طويلة الأمد الناتجة عن الأحمال المتغيرة تُحدث إجهادًا حراريًّا ميكانيكيًّا هائلًا عند واجهات التغليف. وهذا الإجهاد يؤدي بسهولة إلى انفصال المواد وتكوّن فراغات مجهرية، والتي بدورها تُحفّز حدوث تفريغ جزئي شديد وتدهور العزل في النهاية.
-
نهج الغاز الصديق للبيئة: وبوصفه سائلًا، يتكيف الغاز مع التمدد والانكماش الحراري للموصلات، ما يلغي مشكلة الإجهاد الحراري الواجهي بين المواد المختلفة. ويتطلب من مكونات العزل فقط توفير الدعم الميكانيكي، ويمكن التحكم في تشويه المجال الكهربائي ومخاطر التفريغ الجزئي بشكل أسهل عبر دروع التوحيد الموجودة داخل خزّان الغاز.
٣. اختناق التبديد الحراري يحد من توسيع السعة
-
نهج العزل الكلي بالمواد الصلبة: إن راتنج الإيبوكسي موصل حراري ضعيف. وفي حال التصنيفات العالية للتيار (مثل ١٢٥٠ أمبير فأكثر) تحت الحمل الكامل، يصعب تبديد الحرارة الناتجة عن مفاصل مقاطع الفراغ والقضبان الناقلة، ما يؤدي بسهولة إلى ارتفاع درجة الحرارة الداخلية بشكل مفرط ويُسرّع من الشيخوخة العازلة. وهذا يحد من إمكانية توسيع سعة أجهزة التبديل المعزولة بالمواد الصلبة لتصل إلى سعات أعلى أو مستويات جهد أعلى.
-
نهج الغاز الصديق للبيئة: يسمح الغاز الموجود داخل الخزان بتبادل حراري طبيعي عبر الحمل الحراري، وتوفّر مساحة سطح الخزان الفولاذي المقاوم للصدأ الكبيرة تبريدًا فعّالًا، ما ينتج عنه تحكمٌ في ارتفاع درجة الحرارة أفضل بكثيرٍ مقارنةً بالتغليف الصلب.
روكيويل سلسلة REC من أجهزة التبديل المعزولة بالغاز الخالية من SF6/وحدات التوزيع الحلقيّة
٤. العائد التصنيعي وقابلية التوسع حسب مستوى الجهد
-
على مستوى الجهد ١٢ كيلوفولت، يمكن لأجهزة التبديل المعزولة بالمواد الصلبة الحفاظ على عائد تصنيعي مقبول باستخدام عمليات APG (التبلور الآلي تحت الضغط). ومع ذلك، وبمجرد ارتفاع مستوى الجهد إلى ٢٤ كيلوفولت أو حتى ٤٠٫٥ كيلوفولت، يزداد سمك العزل المطلوب ازديادًا حادًّا، وتزداد أبعاد القطع المصبوبة بشكل كبير. وأصبحت إجهادات الانكماش والفراغات الداخلية والشقوق المجهرية أثناء عملية التصلب غير قابلة تجنّبها تقريبًا، ما يؤدي إلى تدهور كبير في العائد التصنيعي وارتفاع التكاليف بشكل أسّي.
-
أما أجهزة التبديل المعزولة بالغاز الصديق للبيئة فهي تتطلّب زيادةً متواضعة فقط في البُعد بين الطورين أو في ضغط الحشوة، ولا تتغير تعقيدات تصنيع الخزان المعدني المغلق جذريًّا.
٥. البصمة الكربونية خلال دورة الحياة (LCA) وتحديات إعادة التدوير
في سياق أهداف «الكربون المزدوج»، يشمل الجانب البيئي ليس فقط انعدام انبعاثات غازات الدفيئة أثناء التشغيل، بل أيضًا معالجة المعدّات في نهاية عمرها الافتراضي.
-
نهج الغاز الصديق للبيئة: عند إخراج المعدّة من الخدمة، يمكن إطلاق الهواء الجاف أو النيتروجين مباشرةً (وحتى خليط الغازات C4/C5 يمكن استرجاعه بسهولة). ويمكن تفكيك الخزان الفولاذي المقاوم للصدأ الخارجي، والقضبان الناقلة النحاسية الداخلية، ومقاطع الفراغ بالكامل وإعادة تدويرها كخردة معدنية بنسبة ١٠٠٪، ما يوفّر أداءً ممتازًا من حيث تقييم دورة الحياة (LCA).
المسار الصلب كليًا: تتم تغليف قضبان النحاس والراتينج معًا بإحكام، مما يجعل من الصعب جدًا الفصل الاقتصادي وإعادة التدوير للأعمدة المصبوبة ومكونات العزل بعد إزالة الخدمة. تتجاوز تكلفة إعادة التدوير قيمة الخردة للمواد بفارق كبير، مما يشكل صدامًا واضحًا بين الجدوى الاقتصادية والاستدامة البيئية. لذا، يكون بصمة الكربون خلال دورة الحياة الكاملة للعزل الصلب صعبة جدًا أن تكون أفضل من الحل القابل لإعادة التدوير بالكامل للعزل الغازي تحت التقنيات الحالية.
باختصار: للعزل الصلب مزايا لا يمكن الاستغناء عنها في البيئات القاسية للغاية وتطبيقات المساحة المدمجة. ومع ذلك، بالنسبة لغالبية العقد الوسيطة الشائعة، فإن نهج "الفصل بالفراغ + الغاز الصديق للبيئة" يحقق التوازن المثالي بين الموثوقية العالية والتبريد الممتاز والاستدامة البيئية خلال دورة الحياة كاملة - مما يجعله الطريق التطوري المفضل للمصنعين الرائدين.
تعتبر سلسلة RAR من Rockwill تجسيدًا عمليًا لهذه الفلسفة. تستخدم هذه السلسلة الهواء الجاف (GWP = 0) كوسط عازل، مع تقنية أساسية تتضمن آلية حدود دوارة وتصميم قطع القوس المعزز بالضغط الخطي. أثناء فصل الأتصالات، تقوم بضغط الهواء بشكل نشط لإجبار انطفاء القوس، مما يحقق أداء القطع المماثل لـ SF₆ باستخدام وسط ذي GWP صفر، وبالتالي توفير بديل موثوق به يمكن استخدامه مباشرة لترقية الشبكات التوزيعية بطريقة خضراء.
Edited From:Garca
تسجيل الدخول
