Dlaczego suche powietrze jest najlepszą alternatywą dla gazu SF₆ w pierścieniowych jednostkach głównych

1. Jednostki pierścieniowe z izolacją powietrzną i gazową SF₆

Jednostki pierścieniowe z izolacją powietrzną głównie integrują przełączniki obciążeniowe, rozłączniki lub kombinację obu z możliwością ziemienia, obsługiwane ręcznie lub elektrycznie. Te jednostki mogą również zawierać bezpieczniki do kontroli linii wejściowych i wyjściowych kabla. Z drugiej strony, jednostki pierścieniowe z gazową izolacją SF₆, często nazywane sprzętem przestawczym z gazową izolacją, wykorzystują gaz SF₆ do izolacji i gaszenia łuku ze względu na jego wysoką przenikalność dielektryczną, potężną zdolność do gaszenia łuku, nieszkodliwość i chemiczną stabilność, co czyni go doskonałym medium do obu celów.

2. Powody zastąpienia gazu SF₆ suchym powietrzem

Pomimo swoich zalet, gaz SF₆ ma ekstremalnie wysoki potencjał globalnego ocieplenia (GWP), co umieszcza go wśród sześciu gazów cieplarnianych regulowanych przez Protokół z Kioto. Jako sygnatariusz zobowiązany do zmniejszania emisji, Chiny do końca 2019 roku obniżyły intensywność emisji węglowej o 48,1% w stosunku do poziomu z 2005 roku, osiągając swój cel na 2020 rok przed terminem. W kontekście krajowego celu osiągnięcia szczytu emisji węglowych przed 2030 rokiem i neutralności węglowej przed 2060 rokiem, zmniejszanie emisji węglowych jest teraz kluczowym priorytetem w przyszłym planowaniu energetycznym. W tym kontekście, zastąpienie gazu SF₆ suchym powietrzem w sprzęcie średniego napięcia służy pięciu kluczowym powodom:

2.1 Zero GWP suchego powietrza

Wskaźnik GWP mierzy, jak duży wpływ na globalne ocieplenie ma dana masa gazu cieplarnianego w porównaniu z taką samą masą dwutlenku węgla w określonym okresie. GWP SF₆ wynosi 23 900 razy więcej niż CO₂, co oznacza, że jest jednym z sześciu gazów objętych Protokołem z Kioto i Dyrektywą Europejską 2003/87 ze względu na swój wpływ środowiskowy. Średnia komora przełącznika obciążeniowego lub wyłącznika zawiera około 1 kg SF₆; jeśli ucieknie, to równoważne byłoby jazdzie samochodem około 200 000 km pod względem szkód dla środowiska.

Biorąc pod uwagę, że na świecie istnieje około 30 milionów jednostek sprzętu przestawczego, potrzeba znalezienia alternatywy dla SF₆ staje się oczywista. Z GWP równym zero, suche powietrze – składające się naturalnie z 21% tlenu i 79% azotu – oferuje rozwiązanie, które eliminuje obawy związane z wpływem na globalne ocieplenie, pozycjonując je jako idealną alternatywę dla SF₆ ze względu na jego jasne korzyści dla bezpieczeństwa środowiska. Porównanie właściwości SF₆ i suchego powietrza zostało podsumowane w Tabeli 1.

2.2 Suchemu powietrzu nie wymaga się odzysku ani utylizacji

Ekologiczny sprzęt przestawczy metalowy z gazową izolacją nie używa gazu SF₆ podczas produkcji i montażu, eliminując potrzebę systemów odzysku i ochrony gazu. Jest łatwe do napełnienia, a jego produkty rozpadu nie zawierają szkodliwych substancji, co sprawia, że jest zgodne ze standardami środowiskowymi. Taki sprzęt nie powoduje zanieczyszczenia środowiska podczas długotrwałej eksploatacji, jest odpowiedni dla wilgotnych i trudnych warunków, oraz nie wymaga konserwacji. Z kolei sprzęt przestawczy z gazem SF₆ musi utrzymywać gaz SF₆ zapieczętowany w zamkniętym systemie przez cały cykl życia, aby zminimalizować przecieki i zmniejszyć wpływ na środowisko.

W przypadku konieczności konserwacji, używane są urządzenia do odzysku gazu, które zbierają gaz na miejscu. Po oczyszczeniu, aby usunąć domieszki, gaz jest ponownie wykorzystywany. Jednakże, podczas operacji przestawczych, SF₆ może tworzyć toksyczne produkty uboczne, co kwalifikuje zużyty gaz SF₆ jako odpady niebezpieczne. Koszt utylizacji gazu SF₆ jest znaczny, około 20% początkowej ceny sprzętu. Używanie suchego powietrza całkowicie eliminuje potrzebę SF₆, znacznie redukując wpływ na środowisko sprzętu przestawczego i unikając kosztów i procedur związanych z utylizacją i odzyskiem.

2.3 Suche powietrze oferuje dodatkowe korzyści dla operatorów

Nowy sprzęt przestawczy bez SF₆, wykorzystujący suche powietrze, oferuje liczne korzyści dla operatorów: ① zachowuje kompaktowy rozmiar, który jest ceniony w tradycyjnym sprzęcie z SF₆, a sposób obsługi pozostaje taki sam, więc technicy nie wymagają dodatkowego szkolenia; ② trójpozycyjny przełącznik obciążeniowy w ekologicznym sprzęcie przestawczym z gazową izolacją wykorzystuje technologię równoległego przerwania próżniowego, utrzymując oryginalne nawyki obsługi trójpozycyjnej, umożliwiając jednocześnie rozwiązania z połączonymi urządzeniami, oferując klientom ekonomiczne i niezawodne ochrony transformatora.

2.4 Suche powietrze chroni zdrowie i bezpieczeństwo personelu

Sprzęt średniego napięcia jest często używany w obszarach publicznych, więc zdrowie i bezpieczeństwo są głównymi rozważaniami przy wyborze alternatywy dla SF₆. Suche powietrze, jako bezpieczna alternatywa, chroni publiczność przed potencjalnymi zagrożeniami dla zdrowia i bezpieczeństwa. Jest całkowicie nietoksyczne, więc nawet w przypadku przecieku, nie stanowi zagrożenia dla ludzi ani środowiska. Nie stanowi ryzyka zdrowotnego dla personelu odpowiedzialnego za instalację i demontaż, a nie ma potrzeby wprowadzania surowych regulacji dotyczących obsługi sprzętu dla bezpieczeństwa personelu. Z kolei niezweryfikowane specyficzne gazy mogą stanowić ryzyko dla zdrowia i bezpieczeństwa.

2.5 Suche powietrze zmniejsza obawy regulacyjne

Wiele firm podejmuje istotne kroki, aby drastycznie zmniejszyć emisje gazów cieplarnianych. Te strategiczne wysiłki są napędzane nie tylko pragnieniem większej zrównoważoności, ale także silnymi ciśnieniami regulacyjnymi. W Europie, użycie, obsługa, demontaż, monitorowanie i prowadzenie ewidencji gazu SF₆ są ściśle regulowane. W Chinach, od 2012 roku wprowadzono odpowiednie polityki i środki, aby uregulować użycie i odzysk gazu SF₆. Zgodnie ze standardami wydanymi przez Administrację Standardizacji Chin, emisje gazu SF₆ generowane podczas konserwacji i demontażu sprzętu z SF₆ zostały uwzględnione w zakresie bilansowania i raportowania gazów cieplarnianych dla chińskich przedsiębiorstw sieci elektroenergetycznych.

Z uwagi na oczekiwania dotyczące coraz bardziej restrykcyjnych przyszłych regulacji, adopcja ekologicznych produktów alternatywnych, które nie są objęte przyszłymi ograniczeniami regulacyjnymi, jest ostrożnym wyborem, aby zapewnić ciągłość działania. Sprzęt średniego napięcia z suchym powietrzem oferuje niezawodną izolację i przerwanie bez wpływu na regulacje środowiskowe lub podatki węglowe. Jako druga co do wielkości gospodarka świata i największy konsument energii, Chiny odgrywają kluczową rolę w globalnej transformacji energetycznej. Ostatnio, Piąta Sesja Plenarna XIX Centralnego Komitetu zaproponowała kluczowe cele rozwoju społeczno-ekonomicznego dla okresu XIV Pięcioletniego Planu, jasno stwierdzając, że "przydział zasobów energetycznych powinien stać się bardziej racjonalny, efektywność wykorzystania powinna znacznie wzrosnąć, a całkowite emisje głównych zanieczyszczeń powinny nadal maleć."

Podsumowując, suche powietrze jako środek izolacyjny oferuje następujące korzyści: ① ekologiczne i zielone; ② dobre przewodnictwo ciepła; ③ nie wymaga wentylacji ani sprzętu ochronnego podczas produkcji i konserwacji sprzętu; ④ cząsteczki metali generowane podczas produkcji lub użytkowania stanowią minimalne zagrożenie dla sprzętu przestawczego z suchym powietrzem.

3. Podsumowanie

Nowy typ jednostki pierścieniowej używa suchego powietrza jako środka izolacyjnego, zastępując szkodliwy dla środowiska gaz SF₆, co prowadzi do zmniejszenia emisji gazów cieplarnianych. Na końcu cyklu życia, ponad 90% materiałów można przetworzyć. Zastosowanie metody izolacji gazowej z lekkim dodatnim ciśnieniem redukuje możliwość przecieku gazu, zwiększając bezpieczeństwo i niezawodność. Komponenty wysokiego napięcia są całkowicie zapieczętowane w metalowej obudowie, zapewniając bezpieczne działanie w trudnych warunkach, takich jak wysokie pułapy, skrajne zimno, wilgoć i zanieczyszczenie. Przełączniki próżniowe i trójpozycyjne przełączniki izolacji/ziemienia wspierają zarówno ręczne, jak i elektryczne działanie, a sprzęt przestawczy cechuje się inteligentnymi funkcjami.

Chociaż ekologiczne jednostki pierścieniowe poczyniły postępy w zakresie inteligencji, zrównoważonego rozwoju i ochrony środowiska, izolacyjność azotu i suchego powietrza pod tym samym ciśnieniem wynosi tylko około jednej trzeciej SF₆, szczególnie w produktach GIS wysokiego napięcia, gdzie nie znaleziono jeszcze realnej alternatywy dla SF₆. Dlatego niezbędne są dalsze wysiłki w rozwoju ekologicznych gazów.