چرا هوا خشک بهترین جایگزین گاز SF₆ در واحدهای حلقه اصلی است

1. هوایی و واحد‌های حلقه اصلی عایق‌شده با گاز SF₆

واحد‌های حلقه اصلی عایق‌شده با هوا در اصل ترکیبی از سوئیچ‌های بار، جداکننده‌ها یا ترکیبی از هر دو با قابلیت زمین‌سازی را در خود جای می‌دهند که می‌توانند به صورت دستی یا الکتریکی کنترل شوند. این واحدها ممکن است نیز فیوز‌هایی برای کنترل خطوط ورودی و خروجی کابل شامل شوند. به طور معکوس، واحد‌های حلقه اصلی عایق‌شده با گاز SF₆، که معمولاً به عنوان تجهیزات سوئیچ با عایق گازی شناخته می‌شوند، از گاز SF₆ برای عایق‌سازی و خاموش کردن قوس الکتریکی به دلیل قدرت عایق بالا، توانایی قوی در خاموش کردن قوس، غیر سمی بودن و پایداری شیمیایی آن استفاده می‌کنند که آن را به مedium مناسب برای هر دو منظور می‌کند.

2. دلایل جایگزینی گاز SF₆ با هوا خشک

با وجود مزایای خود، گاز SF₆ یک پتانسیل گرمایی جهانی (GWP) بسیار بالا دارد که آن را در میان شش گاز گلخانه‌ای تحت تنظیم پروتکل کیوتو قرار می‌دهد. به عنوان یک عضو تعهد به کاهش انتشارات، چین تا پایان سال 2019 شدت کربن خود را 48.1٪ از سطح سال 2005 کاهش داده و هدف 2020 خود را پیش از موعد رسید. با هدف ملی رسیدن به اوج انتشارات کربن قبل از 2030 و دستیابی به خنثی بودن کربن قبل از 2060، کاهش انتشارات کربن حالا یک تمرکز کلیدی در برنامه‌ریزی آینده انرژی است. در این زمینه، جایگزینی گاز SF₆ با هوا خشک در تجهیزات سوئیچ ولتاژ متوسط به پنج دلیل کلیدی خدمت می‌کند:

2.1 GWP صفر هوا خشک

شاخص GWP اندازه‌گیری می‌کند که چقدر یک جرم معین از یک گاز گلخانه‌ای به گرم شدن جهانی نسبت به همان جرم از دی اکسید کربن در یک دوره مشخص کمک می‌کند. GWP گاز SF₆ 23900 برابر CO₂ است که آن را به یکی از شش گاز مورد هدف پروتکل کیوتو و دستورالعمل اروپایی 2003/87 به دلیل تأثیرات محیطی آن تبدیل می‌کند. یک کمد سوئیچ بار یا سوئیچ مداربر قطع معمولاً حدود 1 کیلوگرم گاز SF₆ دارد؛ اگر لکه شود، این مقدار معادل راندن یک ماشین تقریباً 200000 کیلومتر از نظر تلفات محیطی است.

با توجه به وجود حدود 30 میلیون واحد سوئیچگر در سراسر جهان، ضرورت یافتن جایگزینی برای SF₆ آشکار می‌شود. با GWP صفر، هوا خشک - که طبیعتاً شامل 21٪ اکسیژن و 79٪ نیتروژن است - راه حلی را ارائه می‌دهد که نگرانی‌های مربوط به کمک به گرم شدن جهانی را حذف می‌کند و آن را به عنوان جایگزین ایده‌آل برای SF₆ به دلیل ایمنی محیطی و مزایای آشکار آن می‌گذارد. مقایسه‌ای بین خصوصیات SF₆ و هوا خشک در جدول 1 خلاصه شده است.

2.2 هوا خشک نیازی به بازیافت یا دفع ندارد

تجهیزات سوئیچ با عایق گازی معدنی محیطی دوستانه از گاز SF₆ در تولید و مونتاژ استفاده نمی‌کنند، بنابراین نیاز به سیستم‌های بازیافت و محافظت از گاز حذف می‌شود. آن را به راحتی می‌توان پر کرد و محصولات تجزیه آن حاوی مواد مضری نیستند که آن را مطابق با استانداردهای محیطی می‌کند. چنین تجهیزاتی در طول عملکرد بلندمدت آلودگی محیطی ایجاد نمی‌کنند، برای محیط‌های مرطوب و سخت مناسب هستند و بدون نگهداری هستند. در مقابل، تجهیزات سوئیچ گازی SF₆ باید گاز SF₆ را در یک سیستم بسته طی تمام دوره عمر خود محفوظ نگه دارند تا لکه‌های آن را به حداقل برسانند و تأثیرات محیطی را کاهش دهند.

هنگامی که نگهداری مورد نیاز است، از واحدهای بازیافت گاز برای جمع‌آوری گاز در محل استفاده می‌شود. پس از تمیز کردن برای حذف آلودگی‌ها، گاز دوباره استفاده می‌شود. با این حال، در عملیات سوئیچ، SF₆ می‌تواند محصولات جانبی سمی تولید کند که گاز SF₆ مصرف شده را به فضای زباله خطرناک تبدیل می‌کند. هزینه دفع گاز SF₆ قابل توجه است، حدود 20٪ از قیمت اولیه تجهیزات. استفاده از هوا خشک نیاز به SF₆ را کاملاً حذف می‌کند و تأثیرات محیطی تجهیزات سوئیچ را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد و هزینه‌ها و رویه‌های مرتبط با دفع و بازیافت را اجتناب می‌کند.

2.3 هوا خشک مزایای اضافی برای اپراتورها ارائه می‌دهد

تجهیزات سوئیچ جدید بدون SF₆ که از هوا خشک استفاده می‌کنند، مزایای متعددی برای اپراتورها ارائه می‌دهند: ① اندازه کوچکی که تجهیزات سنتی SF₆ برای آن ارزشمند است را حفظ می‌کند و روش عملکرد تغییر نمی‌کند، بنابراین فنی‌ها نیازی به آموزش اضافی ندارند؛ ② سوئیچ بار سه وضعیتی در تجهیزات سوئیچ با عایق گازی محیطی از تکنولوژی مقطع خلاء موازی استفاده می‌کند، عادات عملکرد سه وضعیتی اصلی را حفظ می‌کند و راه‌حل‌های ترکیبی را امکان‌پذیر می‌کند، مشتریان را با محافظت اقتصادی و قابل اعتماد از ترانسفورماتورها مواجه می‌کند.

2.4 هوا خشک سلامت و ایمنی کارکنان را محافظت می‌کند

تجهیزات سوئیچ ولتاژ متوسط اغلب در مناطق عمومی استفاده می‌شود، بنابراین سلامت و ایمنی هنگام انتخاب جایگزین SF₆ ملاحظات اصلی هستند. هوا خشک به عنوان جایگزین ایمن، عموم را از خطرات بالقوه سلامت و ایمنی محافظت می‌کند. کاملاً غیر سمی است، بنابراین حتی در صورت لکه، آسیبی به انسان یا محیط ایجاد نمی‌کند. خطرات سلامتی برای کارکنان مسئول نصب و تخلیه ایجاد نمی‌کند و نیازی به ایجاد قوانین محدودیت استفاده از تجهیزات برای ایمنی کارکنان نیست. در مقابل، گازهای اختصاصی تأیید نشده ممکن است خطرات سلامت و ایمنی ایجاد کنند.

2.5 هوا خشک نگرانی‌های نظارتی را کاهش می‌دهد

بسیاری از شرکت‌ها مراحل قابل توجهی برای کاهش چشمگیر انتشارات گازهای گلخانه‌ای اتخاذ کرده‌اند. این تلاش‌های استراتژیک نه تنها توسط تمایل به پایداری بیشتر بلکه توسط فشارهای نظارتی قوی محرک می‌شوند. در اروپا، استفاده، مدیریت، تخلیه، نظارت و ثبت موجودی گاز SF₆ به طور دقیق تنظیم شده است. در چین، سیاست‌ها و اقدامات مربوطه از سال 2012 برای تنظیم استفاده و بازیافت گاز SF₆ معرفی شده است. بر اساس استانداردهای صادر شده توسط اداره استانداردسازی چین، انتشارات گاز SF₆ که در طول نگهداری و تخلیه تجهیزات SF₆ ایجاد می‌شوند در محدوده محاسبه و گزارش‌دهی گازهای گلخانه‌ای برای شرکت‌های شبکه برق چینی قرار گرفته است.

با توجه به انتظار از تنظیمات سخت‌گیرانه‌تر در آینده، اتخاذ محصولات جایگزین محیطی که تحت محدودیت‌های نظارتی آینده قرار نمی‌گیرند یک انتخاب منطقی برای اطمینان از ادامه عملکرد است. تجهیزات سوئیچ ولتاژ متوسط با هوا خشک عایق‌سازی و عملکرد مقطع قابل اعتماد ارائه می‌دهند بدون اینکه توسط قوانین محیطی یا مالیات کربن تحت تأثیر قرار گیرند. به عنوان دومین اقتصاد بزرگ جهان و بزرگترین مصرف‌کننده انرژی، چین نقش کلیدی در انتقال جهانی انرژی دارد. اخیراً، جلسه پنجم کمیته مرکزی 19 ام پیشنهادهای اصلی توسعه اجتماعی-اقتصادی برای دوره پلان چهارم چین را ارائه کرده است، به طور صریح بیان کرده است که "توزیع منابع انرژی باید به طور منطقی‌تر شود، کارایی استفاده به طور قابل توجهی افزایش یابد و کل انتشارات آلاینده‌های اصلی باید ادامه داشته باشد."

به طور خلاصه، هوا خشک به عنوان مedium عایق‌سازی مزایای زیر را ارائه می‌دهد: ① محیطی و سبز؛ ② هدایت حرارتی خوب؛ ③ نیازی به تهویه یا تجهیزات محافظ در تولید و نگهداری تجهیزات ندارد؛ ④ ذرات فلزی که در طول تولید یا استفاده تولید می‌شوند برای تجهیزات سوئیچ با عایق هوا خشک خطرات کمی ایجاد می‌کنند.

3 نتیجه‌گیری

نوع جدید واحد حلقه اصلی از هوا خشک به عنوان مedium عایق‌سازی استفاده می‌کند، جایگزین گاز SF₆ مضر به محیط می‌شود، بنابراین انتشارات گازهای گلخانه‌ای را کاهش می‌دهد. در پایان دوره عمر، بیش از 90٪ مواد قابل بازیافت هستند. استفاده از روش عایق‌سازی گاز با فشار مثبت کمی احتمال لکه را کاهش می‌دهد، ایمنی و قابلیت اطمینان را افزایش می‌دهد. اجزای فشار بالا کاملاً در یک پوشش فلزی مسدود شده‌اند، ایمنی عملکرد در محیط‌های سخت مانند ارتفاعات بالا، سرما، مرطوبیت و آلودگی را تضمین می‌کنند. سوئیچ‌های خلاء و سوئیچ‌های جداکننده/زمین‌سازی سه وضعیتی هم دستی و هم الکتریکی عمل می‌کنند و تجهیزات سوئیچ از قابلیت‌های هوشمند برخوردار هستند.

اگرچه واحد‌های حلقه اصلی محیطی پیشرفت‌هایی در هوشمندی، سبز بودن و حفاظت از محیط زیست داشته‌اند، اما عملکرد عایق‌سازی نیتروژن و هوا خشک در فشار یکسان فقط حدود یک سوم SF₆ است، به خصوص در محصولات GIS فشار بالا که هنوز جایگزین قابل قبولی برای SF₆ پیدا نشده است. بنابراین، نیاز به تلاش‌های بیشتری در توسعه گازهای محیطی وجود دارد.