Waarom droge lucht de beste alternatief is voor SF₆-gas in ringhoofdschakelaars

1. Luchtgeïsoleerde en SF₆-gasgeïsoleerde ringkasten

Luchtgeïsoleerde ringkasten integreren voornamelijk lastonderbrekers, afzonderaars, of een combinatie van beide met aarding mogelijkheden, die handmatig of elektrisch kunnen worden bediend. Deze eenheden kunnen ook vuses bevatten om kabelin- en uitgangen te regelen. Aan de andere kant gebruiken SF₆-gasgeïsoleerde ringkasten, ook wel bekend als gasgeïsoleerde schakelinstallaties, SF₆-gas voor isolatie en boogdoofing vanwege zijn hoge diëlektrische sterkte, krachtige booguitdovingsvermogen, niet-toxiciteit en chemische stabiliteit, waardoor het een uitstekend medium is voor beide doeleinden.

2. Redenen voor het vervangen van SF₆-gas door droge lucht

Ondanks de voordelen heeft SF₆-gas een extreem hoog broeikaseffect (GWP), waardoor het een van de zes broeikasgassen is die gereguleerd worden door het Kyoto-protocol. Als ondertekenende partij die zich heeft verbonden tot het verminderen van emissies, had China zijn koolstofintensiteit aan het einde van 2019 met 48,1% verlaagd ten opzichte van 2005, waarmee het zijn doelstelling voor 2020 vooruitlopend heeft bereikt. Met het nationale doel om de koolstofuitstoot voor 2030 te laten pieken en koolstofneutraliteit voor 2060 te bereiken, is het verminderen van koolstofuitstoot nu een cruciaal punt in toekomstige energieplanning. In deze context dient het vervangen van SF₆-gas door droge lucht in middenspanningschakelinstallaties vijf belangrijke redenen:

2.1 Nul GWP van droge lucht

De GWP-index meet hoeveel een bepaald massa van een broeikasgas bijdraagt aan de opwarming van de aarde vergeleken met dezelfde massa koolstofdioxide over een specifieke periode. Het GWP van SF₆ is 23.900 keer dat van CO₂, waardoor het een van de zes gassen is die gericht worden door het Kyoto-protocol en de Europese Richtlijn 2003/87 vanwege zijn milieueffect. Een gemiddelde lastschakelaar of circuitbreaker compartiment bevat ongeveer 1 kg SF₆; indien gelekt, zou dit gelijk staan aan het rijden van een auto ongeveer 200.000 km in termen van milieuvervuiling.

Met ongeveer 30 miljoen schakelinstallaties wereldwijd wordt de noodzaak om een alternatief voor SF₆ te vinden duidelijk. Met een GWP van nul biedt droge lucht - bestaande uit 21% zuurstof en 79% stikstof - een oplossing die zorgen over bijdragen aan de opwarming van de aarde elimineert, waardoor het de ideale vervanger voor SF₆ is vanwege zijn duidelijke milieuveiligheid en voordelen. Een vergelijking tussen de eigenschappen van SF₆ en droge lucht is samengevat in Tabel 1.

2.2 Droge lucht vereist geen herwinning of afvoer

Milieuvriendelijke gasgeïsoleerde metalen omsloten schakelinstallaties maken tijdens productie en montage geen gebruik van SF₆-gas, waardoor de noodzaak voor gasherwinning en beschermingssystemen wordt geëlimineerd. Het is eenvoudig te vullen, en de ontbindingsproducten bevatten geen schadelijke stoffen, waardoor het voldoet aan milieunormen. Dergelijke apparatuur veroorzaakt geen milieupollutie tijdens langdurige operatie, is geschikt voor vochtige en ruige omstandigheden, en is onderhoudsvrij. Daarentegen moet SF₆-gas schakelinstallaties het SF₆-gas gedurende de hele levenscyclus verzegeld houden in een gesloten systeem om lekkage te minimaliseren en de milieueffecten te verminderen.

Bij onderhoud wordt gebruikgemaakt van gasherwinningsapparatuur om het gas ter plaatse te verzamelen. Na zuivering om onzuiverheden te verwijderen, wordt het gas hergebruikt. Echter, tijdens schakeloperaties kan SF₆ giftige bijproducten produceren, waardoor gebruikt SF₆-gas als gevaarlijk afval wordt geclassificeerd. De kosten voor het afvoeren van SF₆-gas zijn aanzienlijk, ongeveer 20% van de oorspronkelijke prijs van de apparatuur. Het gebruik van droge lucht elimineert volledig de noodzaak voor SF₆, wat de milieueffecten van schakelinstallaties aanzienlijk reduceert en de kosten en procedures die gepaard gaan met afvoer en herwinning vermijdt.

2.3 Droge lucht biedt extra voordelen voor operators

Nieuwe SF₆-vrije schakelinstallaties die gebruikmaken van droge lucht bieden tal van voordelen voor operators: ① Ze behouden de compacte grootte waar traditioneel SF₆-apparatuur om bekend staat, en de bedieningsmethode blijft ongewijzigd, zodat technici geen extra training nodig hebben; ② De driepositie lastschakelaar in milieuvriendelijke gasgeïsoleerde schakelinstallaties maakt gebruik van parallelle vacuümonderbrekingstechnologie, waardoor de oorspronkelijke gewoonten van driepositiebediening worden behouden, terwijl er combinatieapparaatoplossingen mogelijk zijn, waardoor klanten economische en betrouwbare transformatorbescherming krijgen.

2.4 Droge lucht beschermt de gezondheid en veiligheid van personeel

Middenspanningschakelinstallaties worden vaak gebruikt in openbare gebieden, dus gezondheid en veiligheid zijn de primaire overwegingen bij het selecteren van een alternatief voor SF₆. Droge lucht, als een veilig alternatief, beschermt het publiek tegen potentiële gezondheids- en veiligheidsrisico's. Het is volledig niet-toxisch, dus zelfs in geval van lekkage vormt het geen gevaar voor mensen of het milieu. Het brengt geen gezondheidsrisico's met zich mee voor het personeel dat verantwoordelijk is voor installatie en demontage, en er is geen noodzaak om strikte apparatuurregels in te stellen voor de veiligheid van het personeel. Daarentegen kunnen niet-geverifieerde propriëtaire gassen gezondheids- en veiligheidsrisico's met zich meebrengen.

2.5 Droge lucht vermindert regelgevingszorgen

Veel bedrijven zetten grote stappen om de uitstoot van broeikasgassen drastisch te verminderen. Deze strategische inspanningen worden niet alleen gedreven door een wens naar grotere duurzaamheid, maar ook door sterke regelgevingsdruk. In Europa zijn het gebruik, de behandeling, de demontage, de monitoring en de inventarisregistratie van SF₆-gas streng gereguleerd. In China zijn sinds 2012 relevante beleidsmaatregelen ingevoerd om het gebruik en de herwinning van SF₆-gas te reguleren. Volgens normen uitgevaardigd door de Standardisatiebeheersorganisatie van China zijn de SF₆-gasemissies die tijdens het onderhoud en de demontage van SF₆-apparatuur ontstaan, opgenomen in de broeikasgasboekhouding en -rapportage voor Chinese netwerkbedrijven.

Gezien de verwachting van steeds strengere toekomstige regelgeving, is het een verstandige keuze om milieuvriendelijke alternatieve producten te adopteren die niet onder toekomstige regelgevingsbeperkingen vallen, om de continuïteit van de operaties te waarborgen. Middenspanningschakelinstallaties met droge lucht bieden betrouwbare isolatie- en onderbrekingseigenschappen zonder te worden beïnvloed door milieuregels of koolstofbelastingen. Als de op twee na grootste economie en grootste energieverbruiker speelt China een cruciale rol in de wereldwijde energietransitie. Onlangs heeft de Vijfde Plenaire Sessie van het 19e Centraal Comité belangrijke sociaal-economische ontwikkelingsdoelen voor de 14e Vijfjarenplanperiode voorgesteld, waarbij expliciet wordt gesteld dat "energiebronnen toewijzing meer rationeel moet worden, de efficiëntie van het gebruik aanzienlijk moet verbeteren, en de totale uitstoot van belangrijke vervuilende stoffen moet blijven afnemen."

Samenvattend biedt droge lucht als isolatiemedium de volgende voordelen: ① milieuvriendelijk en groen; ② goede warmtegeleiding; ③ geen ventilatie of beschermingsapparatuur nodig tijdens productie en onderhoud; ④ metaaldeeltjes die tijdens productie of gebruik worden gegenereerd, vormen weinig gevaar voor schakelinstallaties met droge lucht-isolatie.

3 Conclusie

Het nieuwe type ringkast gebruikt droge lucht als isolatiemedium, waarmee het milieuschadelijke SF₆-gas wordt vervangen, waardoor de uitstoot van broeikasgassen wordt verminderd. Aan het einde van de levenscyclus kunnen meer dan 90% van de materialen worden gerecycled. Door een lichte positieve druk gasisolatiemethode te gebruiken, wordt de kans op gaslekken verminderd, waardoor de veiligheid en betrouwbaarheid worden verhoogd. Hoogspanningscomponenten zijn volledig afgesloten in een metalen behuizing, waardoor veilig werken in strenge omstandigheden zoals grote hoogten, extreme kou, vochtigheid en verontreiniging mogelijk is. Vacuümschakelaars en driepositie-isolatie/aardingsschakelaars ondersteunen zowel handmatige als elektrische bediening, en de schakelinstallatie heeft intelligente mogelijkheden.

Hoewel milieuvriendelijke ringkasten vooruitgang hebben geboekt op het gebied van intelligentie, duurzaamheid en milieubescherming, is de isolatieprestatie van stikstof en droge lucht onder dezelfde druk slechts ongeveer een derde van die van SF₆, vooral in hoogspannings-GIS-producten, waarvoor nog geen haalbare vervanging voor SF₆ is gevonden. Daarom zijn verdere inspanningen nodig in de ontwikkeling van milieuvriendelijke gassen.