Почему сухой воздух является лучшей альтернативой газу SF₆ в кольцевых распределительных устройствах

1. Воздушные и газовые кольцевые распределительные устройства с изоляцией SF₆

Воздушные кольцевые распределительные устройства в основном интегрируют выключатели нагрузки, разъединители или комбинацию обоих с возможностью заземления, управляемые вручную или электрически. Эти устройства также могут включать предохранители для управления входными и выходными кабельными линиями. Напротив, газовые кольцевые распределительные устройства с изоляцией SF₆, обычно называемые газоизолированным оборудованием, используют газ SF₆ для изоляции и гашения дуги благодаря его высокой диэлектрической прочности, мощной способности гасить дугу, нетоксичности и химической стабильности, что делает его отличным средством для обеих целей.

2. Причины замены газа SF₆ на сухой воздух

Несмотря на свои преимущества, газ SF₆ имеет чрезвычайно высокий потенциал глобального потепления (GWP), что ставит его в ряд шести парниковых газов, регулируемых Киотским протоколом. Как подписанное государство, приверженное снижению выбросов, Китай к концу 2019 года снизил углеродную интенсивность на 48,1% по сравнению с уровнем 2005 года, достигнув своей цели на 2020 год раньше срока. С национальной целью достижения пика выбросов углерода до 2030 года и углеродной нейтральности до 2060 года, снижение выбросов углерода стало ключевым приоритетом в будущем планировании энергетики. В этом контексте замена газа SF₆ на сухой воздух в средневольтном коммутационном оборудовании служит пяти ключевым причинам:

2.1 Нулевой GWP сухого воздуха

Индекс GWP измеряет, какое количество данного массы парникового газа вносит вклад в глобальное потепление по сравнению с такой же массой двуокиси углерода за определенный период. GWP газа SF₆ составляет 23 900 раз больше, чем у CO₂, что делает его одним из шести газов, нацеленных Киотским протоколом и Директивой ЕС 2003/87, из-за его экологического воздействия. Средний отсек выключателя нагрузки или автоматического выключателя содержит около 1 кг SF₆; если он утечет, это будет эквивалентно пробегу автомобиля примерно 200 000 км в терминах экологического ущерба.

Учитывая, что в мире насчитывается около 30 миллионов единиц коммутационного оборудования, необходимость найти альтернативу SF₆ становится очевидной. С GWP равным нулю, сухой воздух, состоящий естественно из 21% кислорода и 79% азота, предлагает решение, которое устраняет опасения по поводу вклада в глобальное потепление, позиционируя его как идеальную замену SF₆ из-за его явной экологической безопасности и преимуществ. Сравнение свойств SF₆ и сухого воздуха приведено в таблице 1.

2.2 Сухой воздух не требует восстановления или утилизации

Экологически чистое газоизолированное металлическое герметичное коммутационное оборудование не использует газ SF₆ во время производства и сборки, что исключает необходимость систем восстановления и защиты газа. Его легко заполнять, и продукты его разложения не содержат вредных веществ, что делает его соответствующим экологическим стандартам. Такое оборудование не вызывает загрязнения окружающей среды в течение длительного использования, подходит для влажных и суровых условий и не требует обслуживания. В противоположность этому, коммутационное оборудование с газом SF₆ должно сохранять газ SF₆ в герметичной системе на протяжении всего жизненного цикла, чтобы минимизировать утечки и снизить экологическое воздействие.

При необходимости обслуживания используются установки для сбора газа на месте. После очистки для удаления примесей газ повторно используется. Однако при переключении SF₆ может производить токсичные побочные продукты, классифицируя использованный газ SF₆ как опасные отходы. Стоимость утилизации газа SF₆ значительна, примерно 20% от первоначальной стоимости оборудования. Использование сухого воздуха полностью исключает необходимость SF₆, значительно снижая экологическое воздействие коммутационного оборудования и избегая затрат и процедур, связанных с утилизацией и восстановлением.

2.3 Сухой воздух предлагает дополнительные преимущества для операторов

Новое коммутационное оборудование без SF₆, использующее сухой воздух, предоставляет множество преимуществ для операторов: ① оно сохраняет компактные размеры, которые ценятся в традиционном оборудовании с SF₆, и методы управления остаются неизменными, поэтому техникам не требуется дополнительное обучение; ② трехпозиционный выключатель нагрузки в экологически чистом газоизолированном коммутационном оборудовании использует параллельную вакуумную технологию прерывания, сохраняя привычные методы трехпозиционного управления, позволяя предлагать клиентам экономичные и надежные решения для защиты трансформаторов.

2.4 Сухой воздух защищает здоровье и безопасность персонала

Средневольтное коммутационное оборудование часто используется в общественных местах, поэтому здоровье и безопасность являются основными соображениями при выборе альтернативы SF₆. Сухой воздух, как безопасная замена, защищает общественность от потенциальных рисков для здоровья и безопасности. Он абсолютно нетоксичен, поэтому даже в случае утечки он не представляет опасности для людей или окружающей среды. Он не представляет риска для здоровья персонала, ответственного за установку и демонтаж, и нет необходимости устанавливать строгие правила обращения с оборудованием для обеспечения безопасности персонала. В противоположность этому, не проверенные собственные газы могут представлять риски для здоровья и безопасности.

2.5 Сухой воздух устраняет регуляторные проблемы

Многие компании предпринимают значительные шаги для радикального снижения выбросов парниковых газов. Эти стратегические усилия продиктованы не только стремлением к большей устойчивости, но и сильным регулятивным давлением. В Европе использование, обработка, демонтаж, мониторинг и учет запасов газа SF₆ строго регулируются. В Китае с 2012 года были введены соответствующие политики и меры для регулирования использования и восстановления газа SF₆. Согласно стандартам, изданным Государственным управлением стандартизации Китая, выбросы газа SF₆, возникающие при обслуживании и демонтаже оборудования с SF₆, включены в рамки учета и отчетности о парниковых газах для предприятий электроэнергетической сети Китая.

Учитывая ожидания все более строгого регулирования в будущем, принятие экологически чистых альтернативных продуктов, не подверженных будущим регулятивным ограничениям, является разумным выбором для обеспечения непрерывности операций. Средневольтное коммутационное оборудование с сухим воздухом обеспечивает надежную изоляцию и прерывание без влияния экологических регуляций или углеродных налогов. Как вторая по величине экономика мира и крупнейший потребитель энергии, Китай играет ключевую роль в глобальном переходе к энергетике. Недавно на пятом пленарном заседании 19-го Центрального комитета были предложены ключевые социально-экономические цели развития Китая на период 14-й пятилетки, в которых четко указано, что "распределение энергетических ресурсов должно стать более рациональным, эффективность использования должна значительно повыситься, а общие выбросы основных загрязняющих веществ должны продолжать снижаться."

В заключение, сухой воздух как изолирующая среда предлагает следующие преимущества: ① экологически чистый и зеленый; ② хорошая теплопроводность; ③ не требуется вентиляция или защитное оборудование при производстве и обслуживании оборудования; ④ металлические частицы, образующиеся при производстве или использовании, представляют минимальную опасность для коммутационного оборудования с сухим воздухом.

3 Заключение

Новый тип кольцевого распределительного устройства использует сухой воздух в качестве изолирующей среды, заменяя вредный для окружающей среды газ SF₆, что снижает выбросы парниковых газов. По окончании жизненного цикла более 90% материалов можно переработать. Применение метода газовой изоляции с небольшим положительным давлением снижает вероятность утечки газа, повышая безопасность и надежность. Высоковольтные компоненты полностью герметизированы в металлическом корпусе, что обеспечивает безопасную работу в суровых условиях, таких как высокогорье, сильный холод, влажность и загрязнение. Вакуумные выключатели и трехпозиционные выключатели изоляции/заземления поддерживают как ручное, так и электрическое управление, и коммутационное оборудование оснащено интеллектуальными функциями.

Хотя экологически чистые кольцевые распределительные устройства достигли прогресса в области интеллектуализации, экологии и охраны окружающей среды, изоляционные свойства азота и сухого воздуха при одинаковом давлении составляют лишь около одной трети от свойств SF₆, особенно в высоковольтных GIS-продуктах, где пока не найдена жизнеспособная замена SF₆. Поэтому дальнейшие усилия необходимы в разработке экологически чистых газов.