Varför torr luft är det bästa alternativet till SF₆-gas i ringhuvuden

1. Luftisolereda och SF₆-gasisolereda ringhuvuden

Luftisolereda ringhuvuden integrerar huvudsakligen belastningsbrytare, avkopplare eller en kombination av båda med jordningsförmåga, som kan betjänas antingen manuellt eller elektriskt. Dessa enheter kan också inkludera säkringar för att kontrollera kabelin- och utgångslinjer. Å andra sidan använder SF₆-gasisolereda ringhuvuden, även kända som gasisolereda spänningsledningar, SF₆-gas för isolering och bågnedsläckning på grund av dess höga dielektriska styrka, kraftfulla bågnedsläckningsförmåga, ofarliga egenskaper och kemiska stabilitet, vilket gör det till ett utmärkt medium för båda ändamål.

2. Anledningar till ersättning av SF₆-gas med torr luft

Trots sina fördelar har SF₆-gas extremt hög global uppvärmningspotential (GWP), vilket rankar den bland de sex växthusgaser som regleras av Kiotoprotokollet. Som signatarie som är åtagen att minska utsläppen hade Kina minskat sin kolintensitet med 48,1% jämfört med 2005-nivån vid slutet av 2019, och nådde sitt 2020-mål före tiden. Med det nationella målet att nå toppkolutsläpp före 2030 och kolneutralitet före 2060, är minskningen av kolutsläpp nu en viktig fokus i framtida elplanering. I detta sammanhang tjänar ersättningen av SF₆-gas med torr luft i mellanspänningsutrustning fem viktiga syften:

2.1 Torr lufts GWP är noll

GWP-indexet mäter hur mycket en given massa av en växthusgas bidrar till den globala uppvärmningen jämfört med samma massa koldioxid över en specifik period. SF₆:s GWP är 23 900 gånger så hög som CO₂:s, vilket markerar den som en av de sex gaser som riktas in av Kiotoprotokollet och Europeiska direktivet 2003/87 på grund av dess miljöpåverkan. Ett genomsnittligt belastningsbrytar- eller kretsavbrytarfack innehåller omkring 1 kg SF₆; om detta läcker ut skulle det motsvara att köra en bil cirka 200 000 km i termer av miljöskada.

Med tanke på att det finns ungefär 30 miljoner spänningsledningsenheter globalt blir behovet av att hitta ett alternativ till SF₆ tydligt. Med en GWP på noll, erbjuder torr luft – som består av naturligt 21% syre och 79% kväve – en lösning som eliminerar bekymmer angående bidrag till den globala uppvärmningen, vilket placerar den som det ideala alternativet till SF₆ på grund av dess klara miljötrygghet och fördelar. En jämförelse mellan SF₆ och torr lufts egenskaper sammanfattas i tabell 1.

2.2 Torr luft kräver ingen återvinning eller bortskaffande

Miljövänlig gasisolerd metallomspänd spänningsledning använder inte SF₆-gas under produktion och montering, vilket eliminerar behovet av gasåtervinning och skyddssystem. Den är lätt att fylla, och dess nedbrytningsprodukter innehåller inga skadliga ämnen, vilket gör den kompatibel med miljöstandarder. Sådan utrustning orsakar ingen miljöförorening under långvarig drift, är lämplig för fuktiga och hårda miljöer och är underhållsfri. I kontrast måste SF₆-gas spänningsledningsutrustning hålla SF₆-gas instängd i ett stängt system under hela livscykeln för att minimera läckage och reducera miljöpåverkan.

När underhåll krävs används gasåtervinningssystem för att samla upp gasen på plats. Efter rening för att ta bort orenheter återanvänds gasen. Men under brytningsoperationer kan SF₆ producera giftiga biprodukter, vilket klassificerar använt SF₆-gas som farligt avfall. Kostnaden för bortskaffande av SF₆-gas är betydande, ungefär 20% av utrustningens ursprungliga pris. Genom att använda torr luft elimineras behovet av SF₆ helt, vilket drastiskt minskar miljöpåverkan från spänningsledningsutrustning och undviker kostnader och procedurer kopplade till bortskaffande och återvinning.

2.3 Torr luft erbjuder ytterligare fördelar för operatörer

Ny SF₆-fri spänningsledningsutrustning som använder torr luft ger flera fördelar för operatörer: ① Den behåller den kompakta storleken som traditionell SF₆-utrustning är berömd för, och driftsmetoden förblir oförändrad, så tekniker behöver inget extra utbildning; ② Trepositionsbrytaren i miljövänlig gasisolerd spänningsledning använder parallell vakuumavbrytnings-teknologi, vilket bibehåller de ursprungliga trepositionshabiterna samtidigt som det möjliggör kombinerade apparatlösningar, vilket erbjuder kunderna ekonomiska och tillförlitliga transformatorskyddsalternativ.

2.4 Torr luft skyddar personalens hälsa och säkerhet

Mellanspänningsutrustning används ofta i offentliga områden, så hälsa och säkerhet är primära överväganden när man väljer ett alternativ till SF₆. Torr luft, som ett säkert alternativ, skyddar allmänheten från potentiella hälsorisker och säkerhetsrisker. Den är helt ofarlig, så även i fall av läckage utgör den ingen risk för människor eller miljön. Den utgör inga hälsorisker för personal som ansvarar för installation och demontering, och det finns ingen anledning att införa strikta hanteringsregler för personals säkerhet. I kontrast kan osäker egendomsgas utgöra hälsorisker och säkerhetsrisker.

2.5 Torr luft lindrar regleringsbekymmer

Många företag tar stora steg för att drastiskt minska växthusgasutsläpp. Dessa strategiska insatser drivs inte bara av en önskan om större hållbarhet, utan också av starka regleringspress. I Europa regleras användningen, hanteringen, demontering, övervakning och inventeringsregistrering av SF₆-gas strikt. I Kina har relevanta policyer och åtgärder införts sedan 2012 för att reglera användningen och återvinningen av SF₆-gas. Enligt standarder utfärdade av Standardiseringsadministrationen i Kina har SF₆-gasutsläpp genererade under underhåll och demontering av SF₆-utrustning inkluderats i koldioxidberäkning och rapportering för kinesiska elkraftnät.

Med tanke på förväntningen på allt strängare framtida regleringar, är det en klok val att adoptera miljövänliga alternativa produkter som inte utsätts för framtida regleringsbegränsningar för att säkerställa driftkontinuitet. Torr luft-mellanspänningsutrustning ger tillförlitlig isolering och avbrytningsprestanda utan att påverkas av miljöregleringar eller koldioxidskatter. Som världens näst största ekonomi och största energiförbrukare spelar Kina en avgörande roll i den globala energiomställningen. Nyligen föreslog den femte fullständiga sessionen av den 19:e centrala kommittén viktiga socioekonomiska utvecklingsmål för Kinas 14:e femårsplan, där det explicit anges att "energiressursallokeringen bör bli mer rationell, nyttjandeeffektiviteten bör förbättras betydligt, och totala utsläpp av huvudsakliga föroreningar bör fortsätta att minska."

Sammanfattningsvis erbjuder torr luft som isolerande medium följande fördelar: ① miljövänlig och grön; ② god termisk ledning; ③ ingen ventilation eller skyddsutrustning krävs under produktion och underhåll av utrustning; ④ metallpartiklar genererade under produktion eller användning utgör minimal risk för torrluftisolerade spänningsledningsutrustningar.

3 Slutsats

Den nya typen av ringhuvud använder torr luft som isolerande medium, vilket ersätter miljöfarliga SF₆-gas, vilket minskar växthusgasutsläpp. Vid livscyklens slut kan mer än 90% av materialerna återvinnas. Genom att använda en liten positiv tryckgasisolering minskas risken för gasläckage, vilket ökar säkerheten och tillförlitligheten. Hövspänningskomponenter är helt instängda i en metallomslutning, vilket garanterar säker drift i hårda miljöer som högland, svårt kall, fuktighet och förorening. Vakuumbrytare och trepositionsavkoppling/jordningsbrytare stöder både manuell och elektrisk drift, och spänningsledningsutrustningen har intelligenta funktioner.

Även om miljövänliga ringhuvuden har gjort framsteg inom intelligens, grönhet och miljöskydd, är isoleringsprestandan för kväve och torr luft vid samma tryck endast ungefär en tredjedel av SF₆:s, särskilt i högspännings-GIS-produkter, där inget rimligt ersätt för SF₆ har hittats än. Därför krävs ytterligare ansträngningar i utvecklingen av miljövänliga gaser.