Proč suchý vzduch je nejlepší alternativou k plynem SF₆ v okruhových hlavních jednotkách

1. Vzduchem chlazené a SF₆ plynně chlazené kruhové distribuční skříně

Vzduchem chlazené kruhové distribuční skříně primárně integrují vypínače s nulovou zátěží, odpojovače nebo kombinaci obou s možností zapojení zemnícího spojení, ovládané ručně nebo elektricky. Tyto jednotky mohou také obsahovat pojistky pro řízení vstupních a výstupních kabelů. Naopak, SF₆ plynně chlazené kruhové distribuční skříně, běžně označované jako plynově izolované výběžkové zařízení, využívají SF₆ plyn pro izolaci a uhašení oblouku díky své vysoké dielektrické síle, výkonné schopnosti uhašení oblouku, netoxičnosti a chemické stability, což z něj činí vynikající prostředek pro oba účely.

2. Důvody pro nahrazení SF₆ plynu suším vzduchem

Přestože má SF₆ plyn své výhody, má extrémně vysoký globální teplový propustný potenciál (GWP), který jej řadí mezi šest skleníkových plynů regulovaných Kjótským protokolem. Jako signatář se zavázal ke snížení emisí, Čína do konce roku 2019 snížila intenzitu uhlíku o 48,1% oproti rovnocennému stavu v roce 2005, dosahující tak svého cíle na rok 2020 před termínem. S národním cílem dosáhnout vrcholu emisí uhlíku před rokem 2030 a dosáhnout uhlíkové neutrality před rokem 2060, je nyní snížení emisí uhlíku klíčovým zaměřením budoucího plánování energetiky. V tomto kontextu slouží nahrazení SF₆ plynu suším vzduchem ve středově vysokotlačných výběžkových zařízeních pěti klíčovým důvodům:

2.1 Nulový GWP sušího vzduchu

Index GWP měří, jak moc daná hmotnost skleníkového plynu přispívá k globálnímu oteplování v porovnání s touto hmotností oxidu uhličitého po určitou dobu. GWP SF₆ je 23 900krát vyšší než u CO₂, což jej řadí mezi šest plynů cílených Kjótským protokolem a evropskou směrnicí 2003/87 kvůli jeho environmentálnímu dopadu. Průměrná komora vypínače nebo spínacího výběžku obsahuje asi 1 kg SF₆; pokud by unikl, bylo by to ekvivalentem jízdy autem přibližně 200 000 km z hlediska environmentálního poškození.

S ohledem na to, že celosvětově existuje přibližně 30 milionů výběžkových zařízení, je zřejmé, že je třeba najít alternativu k SF₆. Suší vzduch, skládající se přirozeně z 21 % kyslíku a 79 % dusíku, nabízí řešení s nulovým GWP, což eliminuje obavy ohledně příspěvku k globálnímu oteplování, umisťuje ho jako ideální náhradu za SF₆ díky jasné environmentální bezpečnosti a výhodám. Srovnání vlastností SF₆ a sušího vzduchu je shrnuto v tabulce 1.

2.2 Suší vzduch nevyžaduje sběr ani likvidaci

Environmentálně přátivá plynově izolovaná kovová uzavřená výběžková zařízení nepoužívají během výroby a montáže SF₆ plyn, což eliminuje potřebu systémů pro sběr a ochranu plynu. Je snadno naplnitelný a jeho dekompoziční produkty neobsahují žádné škodlivé látky, což ho činí v souladu s environmentálními normami. Toto zařízení není během dlouhodobého provozu zdrojem environmentálního znečištění, je vhodné pro vlhké a tvrdé podmínky a nevyžaduje údržbu. Naopak, výběžková zařízení s SF₆ plynem musí udržovat SF₆ plyn uzavřený v uzavřeném systému po celou dobu životnosti, aby minimalizovaly uniknutí a snížily environmentální dopad.

Při nutnosti údržby se používají jednotky pro sběr plynu k jeho shromáždění na místě. Po čištění k odstranění nečistot se plyn znovu použije. Nicméně, během přepínacích operací může SF₆ produkovat toxické vedlejší produkty, což použitý SF₆ plyn řadí mezi nebezpečný odpad. Cena likvidace SF₆ plynu je významná, přibližně 20 % původní ceny zařízení. Použití sušího vzduchu úplně eliminuje potřebu SF₆, což výrazně snižuje environmentální dopad výběžkových zařízení a vyhýbá se nákladům a postupům spojeným s likvidací a sběrem.

2.3 Suší vzduch nabízí další výhody pro provozovatele

Nové výběžkové zařízení bez SF₆, používající suší vzduch, nabízí mnoho výhod pro provozovatele: ① Udržuje kompaktní rozměry, za které jsou tradiční zařízení s SF₆ ceněna, a způsob provozu zůstává stejný, takže technici nepotřebují žádné dodatečné školení; ② Trojspárový vypínač s nulovou zátěží v environmentálně přátivém plynově izolovaném výběžkovém zařízení využívá paralelní vakuumovou přerušovací technologii, udržuje původní zvyklosti trojspárového provozu a umožňuje kombinovaná zařízení, nabízející zákazníkům ekonomickou a spolehlivou ochranu transformátoru.

2.4 Suší vzduch chrání zdraví a bezpečnost osob

Středově vysokotlačná výběžková zařízení jsou často používána v veřejných oblastech, takže zdraví a bezpečnost jsou hlavními závažnými záležitostmi při výběru alternativy k SF₆. Suší vzduch, jako bezpečná alternativa, chrání veřejnost před potenciálními zdravotními a bezpečnostními riziky. Je úplně netoxický, takže i v případě uniku nepředstavuje žádné nebezpečí pro lidi nebo životní prostředí. Nepředstavuje zdravotní rizika pro osoby odpovědné za instalaci a demontáž a není třeba zavádět přísná pravidla pro manipulaci s zařízením pro bezpečnost osob. Naopak, neověřené proprietární plyny mohou představovat zdravotní a bezpečnostní rizika.

2.5 Suší vzduch zmírňuje regulační obavy

Mnoho společností podniká významné kroky k drastickému snížení emisí skleníkových plynů. Tyto strategické úsilí jsou motivovány nejen touhou po větší udržitelnosti, ale také silnými regulačními tlaky. V Evropě je použití, manipulace, demontáž, sledování a evidování SF₆ plynu přísně regulováno. V Číně byly od roku 2012 zavedeny relevantní politiky a opatření pro regulaci používání a sběru SF₆ plynu. Podle standardů vydaných Správou pro standardizaci Číny byly emise SF₆ plynu generované během údržby a demontáže zařízení s SF₆ zařazeny do rozsahu účetnictví a hlášení o emisích skleníkových plynů pro čínské elektřárny.

S ohledem na očekávání stále přísnějších budoucích regulací je volba environmentálně přátivých alternativních produktů, které nejsou v budoucnu regulačně omezovány, opatrnou volbou pro zajištění kontinuity provozu. Středově vysokotlačná výběžková zařízení s suším vzduchem poskytují spolehlivou izolační a přerušovací výkonnost bez omezení environmentálními regulemi nebo uhlíkovými daňmi. Jako druhá největší ekonomika světa a největší spotřebitel energie hraje Čína klíčovou roli v globální energetické transformaci. Nedávno Pátá plenární relace 19. Ústředního výboru navrhla klíčové cíle sociálně-ekonomického rozvoje pro období 14. pětiletého plánu Číny, explicitně uvádějíc, že "distribuce energetických zdrojů by měla být více racionální, využití efektivnější a celkové emise hlavních znečišťujících látek by měly pokračovat v klesání."

Zhruba řečeno, suší vzduch jako izolační médium nabízí následující výhody: ① environmentálně přátivý a ekologický; ② dobrá tepelná vodivost; ③ nevyžaduje ventilaci nebo ochranné vybavení během výroby a údržby zařízení; ④ kovové částice vyprodukované během výroby nebo používání představují minimální nebezpečí pro výběžková zařízení s izolací suším vzduchem.

3 Závěr

Nový typ kruhové distribuční skříně používá suší vzduch jako izolační médium, nahrazuje tak environmentálně škodlivý SF₆ plyn, čímž snižuje emise skleníkových plynů. Na konci životního cyklu je více než 90 % materiálů recyklovatelných. Použití mírně nadtlakového plynového izolačního metodu snižuje možnost uniku plynu, což zvyšuje bezpečnost a spolehlivost. Vysokotlačné komponenty jsou úplně uzavřeny v kovové skříni, což zajistí bezpečný provoz v tvrdých podmínkách, jako jsou vysoké nadmořské výšky, extrémní chlad, vlhkost a znečištění. Vakuové vypínače a trojspárové odpojovače/zemnící spínací výběžky podporují ruční i elektrické ovládání a výběžková zařízení disponují inteligentními funkcemi.

Ačkoli environmentálně přátivé kruhové distribuční skříně dosáhly pokroku v inteligenci, ekologii a ochraně životního prostředí, izolační výkon dusíku a sušího vzduchu pod stejným tlakem je pouze asi třetina výkonu SF₆, zejména v produktech GIS s vysokým napětím, kde zatím nebyla nalezena žádná životaschopná náhrada pro SF₆. Proto je třeba dále usilovat o vývoj environmentálně přátivých plynů.