شدید سرد علاقوں میں ٹینک کرکٹ براکرز کے نصب کے دوران گیس کے مائع بننے کے مسئلے پر تبادلہ خیال
سولفہ ہیکسا فلورائیڈ (SF₆) سرکٹ بریکرز اور گیس کے مائع بنانے کے تحفظات کا ٹیکنیکل وضاحت
سولفہ ہیکسا فلورائیڈ گیس کا استعمال کرنے والے SF₆ سرکٹ بریکرز، جو اپنی بہترین آرک-کوئینچنگ اور عایق خصوصیات کے لیے مشہور ہیں، طاقت کے نظاموں میں وسیع پیمانے پر استعمال ہوتے ہیں۔ ان بریکرز کا استعمال بار بار کام کرنے اور تیز رفتار رکاوٹ کی ضرورت والے ماحولوں میں مناسب ہوتا ہے۔ چین میں، SF₆ سرکٹ بریکرز کا استعمال عموماً 110kV سے اوپر کے ولٹیج سطحوں کے لیے کیا جاتا ہے۔ تاہم، SF₆ گیس کی فزیکل خصوصیات کی وجہ سے، یہ مخصوص درجہ حرارت اور دباؤ کی شرائط میں مائع بن سکتی ہے، جس کے باعث سرکٹ بریکرز کے ٹینک میں SF₆ گیس کی کثافت کم ہو جاتی ہے۔ جب کثافت کی قدر کم ہو جاتی ہے تو سرکٹ بریکر حفاظتی لاک آؤٹ کو تحریک دیتا ہے۔ چین کے کچھ علاقوں میں، جیسے نیں مانگولیا، شمال مشرقی چین، سنکیانگ، اور تبت، جہاں موسم کا درجہ حرارت سرما کے موسم میں -30°C یا اس سے کم ہو سکتا ہے، SF₆ گیس کی مائع بنانے کی وجہ سے لاک آؤٹ کا پدیدہ بار بار دیکھا گیا ہے۔
SF₆ گیس کے مائع بنانے کا مختصر وضاحت
SF₆ گیس کی بہت زیادہ کیمیائی استحکامیت ہوتی ہے۔ یہ عام درجہ حرارت اور دباؤ پر رنگہیں، بوہیں، ذائقہ یا آتش زدا نہیں ہوتی ہے، اور اس کی بہترین عایق اور آرک-کوئینچنگ خصوصیات ہوتی ہیں۔
گیس کا کریٹیکل درجہ حرارت گیس کو مائع بنانے کے لیے سب سے زیادہ درجہ حرارت کو ظاہر کرتا ہے۔ جب درجہ حرارت اس قدر سے زیادہ ہو تو گیس کو مائع بنانے کے لیے کتنا ہی دباؤ لگایا جائے، گیس مائع نہیں بن سکتی۔
اورجن، نائٹروجن، ہائیڈروجن، اور ہیلیم جیسی "معمولی گیسوں" کے لیے، ان کے کریٹیکل درجات حرارت -100°C سے نیچے ہوتے ہیں، لہذا ماحولی درجات حرارت پر گیس کو مائع بنانے کی ضرورت نہیں ہوتی۔ SF₆ گیس مختلف ہے؛ اس کا کریٹیکل درجہ حرارت 45.6°C ہے۔ صرف تو یہ گیس 45.6°C سے اوپر کے درجات حرارت پر مستقل گیسی حالت میں رہ سکتی ہے۔ ماحولی درجات حرارت پر، جب بیرونی دباؤ مخصوص حد تک پہنچ جاتا ہے تو یہ مائع ہو سکتی ہے۔ لہذا، SF₆ گیس سے بھرے ہوئے معدات کے لیے گیس کو مائع بنانے کا مسئلہ خیال کیا جانا چاہئے۔
SF₆ گیس کا حالت پیرامیٹرز کریو شکل 1 میں دکھایا گیا ہے۔ مقررہ گیس کی کثافت ρ کے تحت، درجہ حرارت کم ہونے کے ساتھ گیس کا دباؤ بھی کم ہوتا ہے۔ جب درجہ حرارت اس گیس کی کثافت کے متعلق مائع بنانے کے نقطہ A تک پہنچ جاتا ہے تو گیس مائع ہونا شروع ہوجاتی ہے، اور گیس کی کثافت کم ہوجاتی ہے۔
میدانی حقیقی حالات
شیمنگ کنورٹر اسٹیشن کی موضعیت چاکو وولا سومو، شیلینہوت شہر، شیلینگول لیگ، انر منگولیا آزاد علاقہ میں ہے۔ یہ 914 میٹر کی بلندی اور 44.2° کی عرض بلد پر واقع ہے۔ یہاں گرمی کا دور تقریباً سات ماہ کا ہوتا ہے اور چین میں یہ شدید سرد علاقہ کے طور پر درج ہے۔ اسٹیشن کے اے سی فلٹر کے کھیتوں میں ہانگژو سیمنس کی 20 سیٹ 3AP3 DT ٹینک-ٹائپ سرکٹ بریکرز نصب ہیں، جن کا مقررہ ولٹیج 550 kV ہے۔ ان سرکٹ بریکرز کو گیس کی کثافت کی تبدیلی کو ظاہر کرنے کے لیے ٹیمپریچر-کمپنشن کی صلاحیت والے ڈنسٹی ریلیز لگائے گئے ہیں۔ سرکٹ بریکرز کے اہم پیرامیٹرز جدول 1 میں دکھائے گئے ہیں۔
نصب کے دوران، گیس کو چارجنگ کیا گیا تھا جس کی پیروی صارف کی طرف سے متعین کردہ پیرامیٹرز کے مطابق کی گئی تھی۔ مقررہ گیس کو چارجنگ کا دباؤ 0.8 MPa، الارم کا دباؤ 0.72 MPa، اور لاک آؤٹ کا دباؤ 0.7 MPa (20°C پر گیج کا دباؤ) مقرر کیا گیا تھا۔ SF₆ گیس کا حالت پیرامیٹرز کریو شکل 2 میں دکھایا گیا ہے۔ شکل سے واضح ہے کہ جب ٹینک اچھی طرح سے بند ہو اور گیس کی لوٹنہوئی نہ ہو تو گیس ٹینک میں مائع ہونا شروع ہوگی جب درجہ حرارت -18°C تک پہنچ جائے؛ الارم -21°C تک پہنچنے پر تحریک دیا جائے گا؛ اور سرکٹ بریکر -22°C تک پہنچنے پر لاک آؤٹ ہو جائے گا۔ میدانی حقیقی حالات شکل 3 میں دکھائے گئے ہیں۔
میدانی حقیقی حالات حالت پیرامیٹرز کریو سے حاصل کردہ نتائج سے مطابقت رکھتے ہیں۔
موجودہ مالیات کی فراہمی کی صورتحال اور معدات کے نصب کے عمل کے مطابق، ٹینک-ٹائپ سرکٹ بریکرز نومبر کے آخر میں نصب، ویکیوئم-پمپنگ، اور گیس-فلنگ کے کامات کو مکمل کر لیا گیا تھا۔ معدات کے ہینڈ اوور ٹیسٹ اور کمشننگ کامات دسمبر کے پہلے دس دنوں میں مرکوز تھے۔ اس وقت، ماحولی درجہ حرارت -22°C سے نیچے گر گیا تھا، اور تمام نصب شدہ سرکٹ بریکرز لاک آؤٹ ہو گئے تھے، جس کے باعث سرکٹ بریکر معدات کے ہینڈ اوور ٹیسٹ کو معمولی طور پر کرنا ممکن نہیں ہوا اور یہ پورے اسٹیشن کے تعمیر کے سچوڈول کے نوڈس کو متاثر کر دیا۔
حل
مذکورہ بالا لاک آؤٹ کے میدانی پدیدہ کی روشنی میں، نیچے کے حل کا پیشکش کیا جاتا ہے:
گیس-فلنگ کی مقدار کو کم کرنا
SF₆ گیس کے پیرامیٹرز کے خصوصیات کریو سے ظاہر ہوتا ہے کہ جب ٹینک میں گیس-فلنگ کی مقدار کم ہو تو گیس کا مائع بنانے کا درجہ حرارت کم ہوگا، اور متعلقہ لاک آؤٹ کا درجہ حرارت بھی کم ہوگا۔ مثال کے طور پر، جب مقررہ گیس-فلنگ کا دباؤ 0.56 MPa تک کم کیا جائے تو مائع بنانے کا درجہ حرارت -28°C ہوگا، اور لاک آؤٹ کا درجہ حرارت -32°C ہوگا۔ اس وقت، مائع بنانے کا درجہ حرارت ماحولی درجہ حرارت سے کم ہوگا، اور لاک آؤٹ کا پدیدہ نہیں ہوگا۔ تاہم، گیس-فلنگ کی مقدار کو کم کرنے کے بعد، سرکٹ بریکر کی آرک-ایکسٹنگ کی صلاحیت اور عایق صلاحیت دونوں کم ہو جائیں گی۔ ایسے طریقے جو معدات کی آخری حالت میں تبدیلی کرتے ہیں اور اس کی صلاحیت کو متاثر کرتے ہیں، ان کی نفاذ سے پہلے ڈیزائن یونٹ اور صانع کی جانب سے مکمل تحقیق اور ثابت کرنا ضروری ہے۔
اگر معدات کی آخری حالت کو تبدیل نہیں کیا جائے، یعنی ہینڈ اوور ٹیسٹ سے پہلے گیس-فلنگ کی مقدار کو مخصوص قدر (جیسے 0.6 MPa) تک کم کر دیا جائے اور ٹیسٹ اور کمشننگ کے بعد گیس-فلنگ کی مقدار کو مقررہ قدر تک بحال کر دیا جائے۔ اس طریقے کو ممکن لگتا ہے، لیکن حقیقت میں یہ نہیں ہے۔ پہلے، گیس-فلنگ کی مقدار کو کم کرنے کے بعد، سرکٹ بریکر کی عایق صلاحیت کمزور ہو جاتی ہے۔ صحیح ثابت کرنے کے بغیر، سرکٹ بریکر کے بریک کو ولٹیج ٹیسٹ کے دوران کیٹ کیا جانے کا امکان ہوتا ہے۔ دوسرے، یہاں تک کہ اگر ٹیسٹ کامیابی سے گزر جائے، ٹیسٹ کے نتائج کا کوئی مرجعی قیمت نہیں ہوتی۔ معدات کا ہینڈ اوور ٹیسٹ صانع کی پیداوار کی کوالٹی اور نصب کرنے والے کی نصب کی کوالٹی کی جانچ ہوتی ہے، اور یہ معدات کی نصب کے مکمل ہونے کے بعد کیا جانا چاہئے۔ اور گیس-فلنگ کا عمل واضح طور پر معدات کی نصب کے عمل کا ایک مرحلہ ہے۔
مخلوط گیس کا استعمال
موجودہ طور پر، گھر اور بیرون ملک، SF₆ گیس میں دوسری گیسوں (جیسے CF₄، CO₂، اور N₂) کی مخصوص تناسب کو مخلوط کرکے مائع بنانے کا درجہ حرارت کم کرنے کی کوششیں کی جا رہی ہیں۔ تاہم، مخلوط گیس کی عایق اور آرک-ایکسٹنگ کی صلاحیت صاف SF₆ گیس کی سطح تک نہیں پہنچ سکتی۔ ایک ہی گیس-فلنگ کے دباؤ پر، مخلوط گیس سے بھرے سرکٹ بریکر کی کرنٹ-بریکنگ کی صلاحیت صاف SF₆ گیس سے بھرے سرکٹ بریکر کی صلاحیت سے تقریباً 20% کم ہوگی۔ اگر ایک ہی عایق صلاحیت حاصل کرنی ہو تو مخلوط گیس کا گیس-فلنگ کا دباؤ صاف SF₆ گیس سے زیادہ ہونا ضروری ہوگا۔
SF₆/N₂ مخلوط گیس کے مثال کے طور پر، نیچے دی گئی کلکولیشن کی فارمولہ کا استعمال کیا جاسکتا ہے:
Pm=PSF6(100/x%)0.02
فرمول میں، Pm مخلوط گیس کا گیس-فلنگ کا دباؤ ہے جو ایک ہی عایق صلاحیت حاصل کرنے کے لیے مطلوب ہے،PSF6 صاف SF₆ گیس کا گیس-فلنگ کا دباؤ ہے، اور x% مخلوط گیس میں SF₆ گیس کی فی صد مقدار ہے۔بالا فارمولہ سے ظاہر ہوتا ہے کہ 20% SF₆ گیس کے ساتھ SF₆/N₂ مخلوط گیس کے لیے، مطلوب گیس-فلنگ کا دباؤ صاف SF₆ گیس کے دباؤ کا تقریباً 1.4 گنا ہونا چاہئے۔ میدانی سرکٹ بریکر کے لیے، گیس-فلنگ کا دباؤ 1.12 MPa تک پہنچنا ضروری ہے، جو سرکٹ بریکر کے پورے ڈھانچے کے لیے نئے مطالبات کو ظاہر کرتا ہے۔
گرم کرنے کے دستیابات کو نصب کرنا
SF₆ گیس کے مائع بنانے کا اہم بیرونی عامل یہ ہے کہ ماحولی درجہ حرارت اس کے مائع بنانے کے درجہ حرارت سے کم ہو۔ اگر ٹینک کے گرد ٹریسنگ ہیٹر نصب کیا جائے تاکہ ٹینک کو گرم کیا جا سکے اور اس کا درجہ حرارت بڑھا سکے تو مائع بنانے کا مسئلہ حل ہو سکتا ہے۔
ہانگژو سیمنس کے ٹینک-ٹائپ سرکٹ بریکرز سوئسٹرافاگ ڈنسٹی ریلی کا استعمال کرتے ہیں، جس کی ٹیمپریچر-کمپنشن کی صلاحیت ہوتی ہے اور اس کا ظاہرہ گیس کی کثافت کی تبدیلی کو ظاہر کرتا ہے، دباؤ کی تبدیلی کو نہیں۔ یہ ڈنسٹی ریلی کا ظاہرہ اصول گیس کی کثافت کو مانٹر کرتا ہے سرکٹ بریکر کے ٹینک میں موجود گیس اور ڈنسٹی ریلی کے ذریعے لیے گئے معیاری گیس کے درمیان دباؤ کے فرق کا موازنہ کرتا ہے۔ شکل 7 میں دکھایا گیا ہے کہ جب ماحولی درجہ حرارت مائع بنانے کے درجہ حرارت سے اوپر کے محدودہ میں تبدیل ہوتا ہے تو دو گیس کیمبر کے گیس کے دباؤ دونوں کے ساتھ ساتھ تبدیل ہوتے ہیں، دباؤ کا فرق صفر ہوتا ہے، ایکسپنشن جوائنٹ کوئی کام نہیں کرتا، اور میٹر پوائنٹر کوئی تبدیلی نہیں کرتا؛ جب ٹینک میں گیس مائع ہو جاتی یا لوٹنہوئی ہوتی ہے تو معیاری گیس کا دباؤ نسبتاً بڑھ جاتا ہے، ایکسپنشن جوائنٹ کام کرتا ہے، جس کے باعث میٹر پوائنٹر کو تبدیلی ہو جاتی ہے۔
جب ماحولی درجہ حرارت مائع بنانے کے درجہ حرارت تک پہنچ جاتا ہے تو ٹریسنگ ہیٹر کام کرنا شروع کرتا ہے، اور ٹینک کا درجہ حرارت نسبتاً بڑھ جاتا ہے۔ یہ ٹینک کے اندر کی گیس اور ایکسپنشن جوائنٹ کے اندر کی گیس کے درمیان درجہ حرارت کا فرق پیدا کرتا ہے، جس کے باعث میٹر کا ظاہرہ غلط ہو جاتا ہے اور یہ ٹینک کے اندر کی گیس کی حقیقی حالت کو صحیح طور پر ظاہر نہیں کرتا۔
خاتمه
یہ مقالہ SF₆ گیس کے مائع بنانے کے عمل کا مختصر وضاحت کرتا ہے۔ شیمنگ کنورٹر اسٹیشن کے اے سی فلٹر کے کھیت میں ٹینک-ٹائپ سرکٹ بریکرز کے نصب کے دوران SF₆ گیس کے مائع بنانے کے مسئلے کے بارے میں تین حل پیش کیے گئے ہیں اور ان پر بحث کی گئی ہے: گیس-فلنگ کی مقدار کو کم کرنا، مخلوط گیس کے ساتھ تبدیل کرنا، اور گرم کرنے کے دستیابات کو نصب کرنا۔ تجزیہ اور موازنہ کے ذریعے یہ ثابت ہوا ہے کہ گیس-فلنگ کی مقدار کو کم کرنا اور مخلوط گیس کے ساتھ تبدیل کرنا گیس کی عایق اور آرک-ایکسٹنگ کی صلاحیت کو متاثر کرتا ہے، لہذا یہ مناسب نہیں ہیں۔ ٹریسنگ ہیٹر کا استعمال کرتے ہوئے ٹینک کو گرم کرنا گیس کے مائع بنانے کو روکنے کا ایک مناسب حل ہے، یہاں تک کہ یہ میٹر کے ظاہرہ میں کچھ غلطی پیدا کرتا ہے، لیکن یہ معدات کے ہینڈ اوور ٹیسٹ کو مسلسل کرنے کی ضمانت دیتا ہے، لہذا یہ ایک زیادہ مناسب حل ہے۔
