An tSeochnuacht is Déanach i dTiomáin Vochtair Ardvoltaíochta Bunaithe ar Ghás Ionchuir SF₆

1. Iiris
Bíonn SF₆ in úsáid go forleathan i gcúrsaí tarraingt agus roinnt reilte, cosúil le hionadóirí geimhridh (GIS), brúcháilí (CB) agus scuabanna luchtach (MV). Tá cumas insuláide reilte agus éiceachúnach unódach aici. In ainneon, is gaes ghreanála an-chumhachtach í SF₆, le gairm greanála domhanda de thart ar 23,500 ar thréimhse 100 bliana, agus mar sin tá a úsáid réglaithe agus tá cáineálacha faoi dhíscúisi leanúna. Mar thoradh, tá taighde déanta ar ghaistí ionradacha do chuid úsáid reilte le beagnach dá fhoraois.

I bhfoirneamh le CIGRE, d'fhoilsigh an "Club Zéro" (CZC) iniúchadh chun staid na feidhmíochta nua-aimseartha SF₆ don úsáid scuabach a mheas. Rinneadh suirbhé chun gach litríocht atá ar fáil ar an ábhar seo a bhailiú. Bhí na torthaí léirithe agus pléite ag seisiún comhthiomsaitheach le linn Seisiúin CIGRE i 2016. Léiríonn an t-alt seo na príomhthorthaí ón suirbhé sin. Ó tá teicneolaíocht scuabadh vácaim ag baint le gníomhaíocht séparach leanúna, ní mianar é a chur san alt seo.

2. Gaistí Ionradacha

Tar éis Protacal Kyoto a glacadh i 1997, d'éirigh an taighde ar ghaistí ionradacha agus tá sí tar éis dul chun cinn a dhéanamh le linn na deich mbliana seo caite. Tá na riaghais sonracha a aimsíodh do ghaistí ionradacha mar: garmhhaireacht greanála domhanda íseal (GWP), gan aon mhhaireacht scriosachán ozón (ODP), lochtacht íseal, neamhloigí, cumas dielectric ard, cumas éiceachúnach agus teasa sáraithe ard, stabacht cheimiceach, comhbhacht ábhair, agus fáilte trádála.

Idir na gaistí nádúrtha a scrúdaíodh, tá CO₂ tar éis a bheith mar an t-ionradach is mó maith chun éiceachún a dhéanamh, leis an t-seirbhís a fheabhsú trí chinntí cosúil le O₂ nó CF₄. Ach, tá a léiriú ag staidéir nach raibh an t-iarracht agus an insuláid CO₂ chomh maith le SF₆. Tá ionradach eile suntasach aimsithe idir na gaistí fluata, cosúil le CF₃I, hydrofluoroolefins (HFO-1234ze agus HFO-1234yf), perfluoroketones (mar shampla, C₅F₁₀O), perfluoronitriles (C₄F₇N), fluorinated ethers (HFE-245cb2), fluorinated epoxides, agus hydrochlorofluoroolefins (HCFO-1233zd).

Ag smaoineamh ar gach riahrais, is iad C₅ perfluoroketone (CF₃C(O)CF(CF₃)₂ nó C₅-PFK) agus iso-C₄ perfluoronitrile ((CF₃)₂CF-CN nó C₄-PFN) na príomhionradach. Do ghaistí glan, is coibhéiseach é an fheidhm dielectric le pointe buille—sin é, gaistí le cumas dielectric ard gnáthmhaireann pointe buille ard freisin. Ag 0.1 MPa, is 26.5°C agus –4.7°C iad na pointí buille C₅-PFK agus C₄-PFN, faoi seoil. Mar sin, do chuid úsáid uathais a bhfuil an pointe buille íseal riachtanach chun saincheisteanna teoranta teoranta a shroicheadh, ní mianar gaistí cuimhneach a chur leis. Mar gheall ar a chumas éiceachúnach, is é CO₂ an t-ionradach cuimhneach a roghnaithe do chuid úsáid uathais ard. Do chuid úsáid uathais meán, tá an t-aer freisin curtha i láthair mar ionradach cuimhneach a úsáid i gcomhthiomsa le C₅-PFK do phróiseáil insuláide.

3. Carachtar Gaistí Glan agus Meascáin Gaistí

Léiríonn An Buntábla 1 carachtar na ngaistí ionradacha cosúil le SF₆. Tá na GWP na ngaistí seo éagsúil go suntas: is GWP níos airde é C₄-PFN ná CO₂ nó C₅-PFK, agus tá GWPs de thart ar 1 ag an dá chuid. Tá gach ionradach de spéis neamhloigí, gan aon mhhaireacht scriosachán ozón, agus táthar ag rá go bhfuil siad neamhlochtach de réir foilsitheacha sonraí teicniúla agus slándachta ó dheantóirí ceimice.

An Buntábla 1: Comhréiteach Carachtar Gaistí Glan le SF₆

Tá Tábla 2 ag léiriú carachtar gaistí agus méithe gaistí nuair a úsáidtear i mbarrscuain. Tá comhréiteachtaí C₄-PFN agus C₅-PFK sa chéad colúin, go hiondúil faoi 13% (comhréiteach molach). Is féidir a lua go gur tuairiscíodh freisin nascadh ocsaigin le C₅-PFK in CO₂, mar dhamhail is féidir leis an bhfoilsíocht ocsaigin laghdú ar fhorbairt na dtáirgí neamhairbh (mar shampla CO) agus na dtáirgí cróda (mar shampla smólach).

Tábla 2: Carachtar/Forfheidhm Gaistí Ghlan agus Méithe Gaistí i ngníomhaíochtaí Barrscuaine Airmheánacha agus Ard-Voltasa

Mar gheall ar an laghdú i mbéim dieileachta na n-imiscintí i gcomparáid le SF₆ ag an bpíosa brú céanna (Colúm 6), ní mór an brú oibre is lú do C₅-PFK agus C₄-PFN le CO₂ mar ghás comhshlánaí i nuálaíochtaí airde-volt a mhéadú go tuairim is 0.7–0.8 MPa. Do nuálaíochtaí meán-volt a úsáideann imiscintí adhmaid/C₅-PFK, is féidir an brú a choinneáil ag 0.13 MPa, ag baint béime dieileachta réasúnta amach, go díreach faoi thomhas leis an bhféim atá ag SF₆.

Is féidir an bhféim dieileachta ard a bhaint amach le rátaí míchumhachtaí C₄-PFN nó C₅-PFK a úsáid a mhíniú trí éifeacht sinéadrach—i.e., níl an sterk dieileachta ag méadaíodh de réir líneach leis an gcumhachtach, rud a bhí séanta roimhe seo i mixtures SF₆/N₂. Is ínfheidhmiúil an GWP do imiscintí C₅-PFK, ach tá costas ann sa scéal san iarmhín is airde. Iarratas teorainn íseal (e.g., –25°C) is féidir é a dhéanamh trí úsáid CO₂ piorra nó mixtures CO₂ + C₄-PFN, cé go gcuireann sé seo isteach: laghdú suntasach ar an bhféim dieileachta i gcás CO₂ piorra, nó GWP go mór níos airde ag úsáid imiscintí C₄-PFN.

4. Foirmíocht Sóitis áiteach
Tá eolas tosaigh i gcomhlíonadh i Tábla 3 ar fhoirmíocht sóitis CO₂ piorra agus mixtures bunaithe ar CO₂, leis an bhfoirmíocht SF₆ tar éis do chur chun cinn do chomparáid. Trí mhéadú an brú oibre i gcomparáid le SF₆, is féidir an sterk dieileachta fuar—mar shampla, mar mhéadar do fhoirmíocht sóitis capacitív—to chur suas go leibhéal SF₆.

Tábla 3: Comhréiteach ar Fhoirmíocht Sóitis Gases agus Gas Mixtures ag Brú Oibre Ard i gcomparáid le SF₆ i Nuálaíochtaí Airde-Volt

I saothar litríochta a scrúdaíodh, níor aimsíodh ach ráitis cáilíocha faoi fhoirniú scuabála C₄-PFN agus C₅-PFK. Dá tharla CO₂, tá roinnt comhchomparáidí cainnímhacha ar fáil. De ghnáth, le CO₂ putha amháin ag ardú brúcháin lánaithe go luath 1 MPa, is féidir infheistíocht agus feidhm scuabála geille slán (SLF) trína chéile a shábháil atá faoi dhó na deiseanna SF₆ a shábháil.

Ag cur O₂ le CO₂ (le cóiméireachtaí chun 30%), is féidir feabhas a bhaint amach i scuabáil SLF agus méadaíonn sé beag forza dieléicteach. Ag cur C₄-PFN nó C₅-PFK le CO₂, is féidir cur chuige dieléicteach a bhaint amach atá coimeádach le SF₆. Deir staidéir gur thart ar 20% níos ísle an t-fheidhm scuabála SLF mixtí CO₂/O₂/C₅-PFK ná SF₆. Ar an mbonn eile, deirtear gur éirigh le breacaimpeáirí ar leith a dhiograiseadh do mixtí CO₂/C₄-PFN feidhm SLF a bhaint amach atá coimeádach le SF₆.

Tá staidéir freisin ar fáil a dhéanann comhchomparáid dhíreach idir CO₂ putha amháin agus mixtí CO₂/C₄-PFN agus CO₂/C₅-PFK faoi choinníollacha geoiméadracha agus brúcháin chomhionann, ag léiriú feidhm scuabála réigiúnach (tairneach) chomhionann do CO₂ le nó gan sóisíní. Le hathruithe dearaid bheaga nó meastacht mírtha, d'éirigh leis na mixtí nua imeachtaí tástála IEC L90 (SLF) agus T100 (deifect tearmiúil 100%) a pasáil, ag léiriú nach bhfuil a n-fheidhm scuabála go mór níos ísle ná SF₆. Tá seo léirithe freisin do fheidhm scuabála an bhréicaimpeára.

Tá feabhas tuilleadh ar feidhm scuabála á raonáil trí oibriúcháin dearaid sainiúla san am atá romhainn. Is ceist tábhachtach é toilseacht na ngas tar éis arcáil. Is molécáilí casta C₅-PFK agus C₄-PFN atá ann a thosaíonn a ndíolú ar feadh 650 °C don C₄-PFN. Nuair a ndíolann na molécáilí seo, ní dtiocfaidh siad ar ais leis an struchtúr bunreachtúil ach déanann siad foirmithe níos laige. Tá ráta díolú de 0.5 mol/MJ ar fáil do mixtí CO₂/O₂/C₅-PFK faoi mhírscuabáil airgid. Do scuabáil páirteach, cuireadh ar fáil go raibh an ráta díolú níos ísle ná uair an chéad uimhir den luach sin.

Níl an díolúchán sothuigthe dá ngas nua seo go díreach coimeádach le SF₆, a ndíolann go príomha mar gheall ar réagáid cheimiceach le hábhair a chuirtear ina suí agus mátráil. Do na gas nua, níl an díolúchán thar tréimhse an t-equipáil á mharcaíl mar cheist criticiúil, ach ba chóir monatóireacht a dhéanamh ar chónra gas sa t-equipáil nó a sheiceáil go rialta. Is iad CO agus HF na huilebrí a díolann is mó toilseachta i úsáid airgid (mar shampla, mixtí le CO₂). Meastar gur coimeádach le nó níos ísle ná SF₆ a díolann an t-arc a bhfuil sa mixtí seo. Mar sin, moltar modh oibriúcháin chomhionann lena n-úsáidtear do SF₆ a chuirtear ina suí airgid.

Is féidir a lua, áfach, gur bunaithe ar eolas teoranta faoi thoilseacht na ngas nua atá an ráiteas thuas. Tá barr croí níos mó ag teastáil faoi thoilseacht tar éis an arc do chuid SF₆ iontaofa. Tá imní eile ar fáil freisin, lena n-áirítear comhoibritheacht ábhar (mar shampla, tionchar ar sealadóirí agus greasa), dílseacht sealadach gas, agus modh oibriúcháin gas. Mar thoradh, ní mian leis an t-equipáil airgid ard-uasdána oibriú go sábháilte leis na gas nua seo gan athruithe dearaid nó ábhar oiriúnach.

Tá tástáil arc intíre déanta le gach mixtí, agus níor tuairiscíodh aon cheist suntasach. Is beag níos ísle ná SF₆ forza téarmanach na mixtí, rud a d'fhéadfadh a bheith in amhras do mhéadú mírtha nó do hathruithe dearaid chun cumas taisteal airgid a chumasú. Tá taithí réigiúnach bainte amach cheana féin le breacaimpeáirí CO₂ live-tank, agus tá breacaimpeáirí lánaithe le CO₂ fós ar fáil ar an margadh.

Tá taiscéalaí pilot airgid ard- agus meán-uasdána ag oibriú rathúil in Eilvéis agus an Ghearmáin ó 2015 le mixtí C₅-PFK. Tá taiscéalaí pilot le mixtí CO₂/C₄-PFN plandaithe nó ar bun i roinnt tíortha Eorpacha, lena n-áirítear GIS inbhuanach 145 kV in Eilvéis, trasfóirreir airgid 245 kV amach an aire in an Ghearmáin, agus cailíní airgid 420 kV amach an aire in Sasana agus Albain.

5. Conaidh agus Amach Anseo
Tá eolais foilsiútha faoi ghais SF₆ ina ionadaithe do fheidhmiú scuabála scrúduithe. Ag an staid reatha, tá an taighde seo fós ina tús agus níos lag ná an obair fadtéarmach a rinneadh ar SF₆. Léiríonn sonraí na mbreacaimpeoirí go bhfuil na gas nua – cosúil le C₅-PFK agus C₄-PFN – roghanna vioblachta, agus nuair a chuirtear le chéile le CO₂ mar gas buillí, is féidir leo cuid de chumas SF₆ a shábháil, cé nach mbeidh siad in ann a chumas go léir a chumasú.

Tá na héilimh príomha maidir le cumas infheistíochta agus scuabála, chomh maith le pointe builli – a dhiobrúann an teocht oibre ísle is minicí atá speisithe do scuabáil. Is féidir teocht oibre ísle (mar shampla, -50 °C) a bhaint amach le CO₂ putha amháin. Áfach, díolann CO₂ go ginearálta cumas scuabála níos ísle, go háirithe maidir le forza iarmhairc a dhéanamh agus cumas scuabála, i gcomparáid le mixtí gas a bhfuil C₄-PFN nó C₅-PFK ann.

Is féidir leis an bhuanchaomhnas CO₂/C₅-PFK níos fearr ná CO₂/C₄-PFN mixtí a bhaint amach, agus is í an GWP (Global Warming Potential) lag (thart ar 1 vs. 427/600 do C₄-PFN). In ainneoin sin, cuireann mixtí CO₂/C₄-PFN teocht oibre ísle níos ísle (thart ar -25 °C) i gcomparáid le mixtí CO₂/C₅-PFK (thart ar -5 °C).

6. 40.5kV 72.5kV 145kV 170kV 245kV Dead tank Vacuum Circuit-Breaker

Cur síos:

Is iad na Breacaimpeoirí Vacúim Dead Tank 40.5kV, 72.5kV, 145kV, 170kV, agus 245kV gníomhaireachtaí cosanta tábhachtacha do chórais fóirceapa ard-uasdána. Úsáideann siad vacúim mar meán scuabála agus infheistíochta, agus tá a gcumas scuabála arc casta, ag scuabadh cúrsaí deifect go tapa agus ag coinneáil ná scuabadh arís chun infheistíocht stiúrtha a chinntiú. Tugann an dearadh dead tank clúiche beag agus stabilité meicniúil láidir, ag éascú suíomh agus cothabháil. Le meicniúm oibriú sruthán casta, tá oideas meicniúil níos mó ná 10,000 oibriú acu, ag soláthar freagra tapa agus cruinn. Le cumas timpeallachta casta, is féidir leo oibriú stiúrtha faoi choinníollacha amach an aire casta. Tá siad le feiceáil go forleathan i staidéir, línte taisteal, agus scénáir eile, ag soláthar rialú scuabála fóirceapa casta agus cosaint casta ar fud na ndearcadh fóirceapa.

Príomhshonáil:

• Forbraíonn sé an t-arc go héifeachtach: Úsáideann sé vácuam chun an t-arc a scuabadh go tapa agus iontaofa, ag cosc ar athlasadh.

• Raon voltaí leathan: Ina dhiaidh sin, tá sé ar fáil i rátáil 40.5kV, 72.5kV, 145kV, 170kV, agus 245kV do úsáid gineálach gréasáin.

• Dearbhadh Dearthán Ciallmhar: Tá an struchtúr comhuaineach ina chinntíocht go mbeidh stabacht meicniúil agus go n-éaseoidh sé an t-istalláil/maintenáil.

• Oibriú Iontaofa: Meicniúm oibre bunaithe ar sprioc le breis agus 10,000 ciorcal éadain meicniúla.

• Seochnú Forbraite: Tá díorthú dhaorán dátheangach ann atá tar éis a thabhairt faoi scáth uisce agus gaiste, is maith le húsáid amuigh faoin aer.