Por que o aire seco é a mellor alternativa ao gas SF₆ nas unidades de anel principal

1. Células de anel aíreo e a SF₆

As células de anel aíreo integran principalmente interruptores de carga, seccionadores ou unha combinación de ambos con capacidade de aterramento, operados manualmente ou eléctricamente. Estas unidades tamén poden incorporar fusibles para controlar as liñas de entrada e saída de cabos. Por outro lado, as células de anel aísladas con gas SF₆, comúnmente coñecidas como equipos de conmutación aíslados con gas, utilizan o gas SF₆ para o aislamento e a extinción do arco debido á súa alta resistencia dieléctrica, poderosa capacidade de extinción do arco, non toxicidade e estabilidade química, facendo que sexa un medio excelente para ambos os propósitos.

2. Razóns para substituír o gas SF₆ por aire seco

A pesar das súas vantaxes, o gas SF₆ ten un potencial de aquecimento global (GWP) extremadamente alto, situándoo entre os seis gases de efecto invernadero regulados polo Protocolo de Kyoto. Como signatario comprometido en reducir as emisións, China había reducido a súa intensidade de carbono en un 48,1% respecto aos niveis de 2005 ao final de 2019, logrando o seu obxectivo de 2020 con antelación. Con o obxectivo nacional de alcanzar o pico de emisións de carbono antes de 2030 e a neutralidade de carbono antes de 2060, a diminución das emisións de carbono é agora un foco crítico no planeamento futuro da enerxía. Neste contexto, a substitución do gas SF₆ por aire seco nos equipos de conmutación de media tensión serve cinco razóns clave:

2.1 GWP cero do aire seco

O índice GWP mide a cantidade de contribución dunha masa dada dun gas de efecto invernadero ao aquecimento global comparado coa mesma masa de dióxido de carbono nun período específico. O GWP do SF₆ é 23.900 veces o do CO₂, marcándoo como un dos seis gases visados polo Protocolo de Kyoto e a Directiva Europea 2003/87 debido ao seu impacto ambiental. Un compartimento de interruptor de carga ou cortacorrente médio contén aproximadamente 1 kg de SF₆; se fuga, iso equivaldría a conducir un coche aproximadamente 200.000 km en termos de danos ambientais.

Considerando que hai aproximadamente 30 millóns de unidades de equipos de conmutación a nivel global, a necesidade de atopar un alternativo ao SF₆ resulta evidente. Coa súa GWP de cero, o aire seco, composto naturalmente por un 21% de oxíxeno e un 79% de nitróxeno, ofrece unha solución que elimina as preocupacións sobre as contribucións ao aquecimento global, posicionándoo como o substituto ideal para o SF₆ debido á súa clara seguridade e beneficios ambientais. Unha comparación entre as propiedades do SF₆ e do aire seco está resumida na Táboa 1.

2.2 O aire seco non require recuperación nin eliminación

Os equipos de conmutación metálicos aíslados amigables co medio ambiente non usan gas SF₆ durante a súa produción e montaxe, eliminando a necesidade de sistemas de recuperación e protección do gas. É fácil de encher, e os seus produtos de descomposición non contén substancias nocivas, facéndoo conforme coas normas ambientais. Este equipo non causa contaminación ambiental durante a súa operación a longo prazo, é adecuado para entornos húmidos e adversos, e non require manutención. En contraste, os equipos de conmutación con gas SF₆ deben manter o gas SF₆ selado nun sistema cerrado durante todo o seu ciclo de vida para minimizar as fugas e reducir o impacto ambiental.

Cando se require manutención, se utilizan unidades de recuperación de gas para recoller o gas no local. Despois de purificar para eliminar impurezas, o gas é reutilizado. No entanto, baixo operacións de conmutación, o SF₆ pode producir subproductos tóxicos, clasificando o gas SF₆ usado como residuo perigoso. O custo de eliminar o gas SF₆ é substancial, aproximadamente o 20% do prezo orixinal do equipo. O uso de aire seco elimina completamente a necesidade de SF₆, reducindo significativamente o impacto ambiental dos equipos de conmutación e evitando os custos e procedementos asociados á eliminación e recuperación.

2.3 O aire seco ofrece vantaxes adicionais para os operadores

Os novos equipos de conmutación libres de SF₆ que usan aire seco ofrecen numerosas ventaxes para os operadores: ① mantén o tamaño compacto valorado nos equipos tradicionais de SF₆, e o método de operación permanece inalterado, polo que os técnicos non requiren formación adicional; ② o interruptor de carga de tres posicións nos equipos de conmutación aíslados con gas amigables co medio ambiente usa tecnoloxía de interrupción de vacío paralela, mantendo os hábitos de operación de tres posicións orixinais mentres permite solucions combinadas de electrodomésticos, ofrecendo aos clientes protección transformadora económica e fiable.

2.4 O aire seco protexe a saúde e a seguridade do persoal

Os equipos de conmutación de media tensión adoitan usarse en áreas públicas, polo que a saúde e a seguridade son consideracións primarias ao seleccionar un substituto do SF₆. O aire seco, como substituto seguro, protexe ao público de posibles riscos de saúde e seguridade. É completamente non tóxico, polo que mesmo no caso de unha fuga, non supón ningún perigo para as persoas ou o medio ambiente. Non presenta riscos de saúde para o persoal encargado da instalación e desmantelamento, e non é necesario establecer rexulacións estritas de manejo de equipos para a seguridade do persoal. En contraste, os gases proprietarios non verificados poden supor riscos de saúde e seguridade.

2.5 O aire seco alivia as preocupacións rexulatorias

Muitas empresas están dando pasos significativos para reducir drasticamente as emisións de gases de efecto invernadero. Estes esforzos estratégicos non só están motivados por un desejo de maior sustentabilidade, senón tamén por fortes presións rexulatorias. En Europa, o uso, manejo, desmantelamento, monitorización e rexistro de inventario do gas SF₆ están estritamente regulados. En China, desde 2012 introduciéronse políticas e medidas pertinentes para regular o uso e a recuperación do gas SF₆. Segundo as normas emitidas pola Administración de Normalización de China, as emisións de gas SF₆ xeradas durante a manutención e desmantelamento de equipos de SF₆ foron incluídas no ámbito de contabilidade e informe de gases de efecto invernadero para as empresas de redes eléctricas chinas.

Dada a expectativa de rexulacións cada vez máis estritas no futuro, adoptar produtos alternativos amigables co medio que non están suxeitos a restricións rexulatorias futuras é unha opción prudente para asegurar a continuidade operativa. Os equipos de conmutación de media tensión con aire seco proporcionan un rendemento confiable de aislamento e interrupción sen estar afectados por rexulacións ambientais ou impostos de carbono. Como a segunda maior economía mundial e o maior consumidor de enerxía, China xoga un papel pivotal na transición energética global. Recientemente, a Quinta Sessión Plenaria do XIX Comité Central propuxo obxectivos clave de desenvolvemento socioeconómico para o período do XIV Plan Quinquenal de China, indicando explícitamente que "a asignación de recursos enerxéticos debe ser máis racional, a eficiencia de uso debe mellorar significativamente, e as emisións totais de principais contaminantes deben continuar diminuíndo."

En resumo, o aire seco como medio aíslante ofrece as seguintes vantaxes: ① amigable co medio e verde; ② boa conductividade térmica; ③ non require ventilación ou equipos de protección durante a produción e manutención do equipo; ④ as partículas metálicas xeradas durante a produción ou o uso representan un perigo mínimo para os equipos de conmutación aíslados con aire seco.

3 Conclusión

O novo tipo de célula de anel usa aire seco como medio aíslante, substituíndo o gas SF₆ prejudicial para o medio ambiente, reducindo así as emisións de gases de efecto invernadero. Ao final do seu ciclo de vida, máis do 90% dos materiais poden ser reciclados. O uso dun método de aislamento con gas a ligeira presión positiva reduce a posibilidade de fugas de gas, aumentando a seguridade e a fiabilidade. As componentes de alta tensión están completamente seladas dentro dunha carcasa metálica, garantindo unha operación segura en entornos adversos como altitudes elevadas, frío intenso, humidade e contaminación. Os interruptores de vacío e os interruptores de aíslamento/aterramento de tres posicións admiten operación manual e eléctrica, e o equipo de conmutación presenta capacidades inteligentes.

Aínda que as células de anel amigables co medio fizeron progresos en intelixencia, sostenibilidade e protección ambiental, o rendemento aíslante do nitróxeno e do aire seco baixa a mesma presión é só aproximadamente un terzo do do SF₆, especialmente en produtos GIS de alta tensión, onde aínda non se atopou un substituto viable para o SF₆. Polo tanto, son necesarios esforzos adicionais no desenvolvemento de gases amigables co medio.