Pencemrayên Tazî yên Dîwarî yên Birkarên Bi Zihêr SF₆ Alternatifên Berkarên Dilanên Mezin

1. Tanişer
SF₆ elektrik naxtiyê ve distribûsyonê sisteman de wekî gazî izolekirin (GIS), dîmeran (CB) û swîçên naxtî ya navendî (MV) serpilî ye. Li ser divêrikîya elektrîkî û çewtiyêra arkê xusûlîkîya yekpar heye. Bêsin, SF₆ da ku şeş rengayê di dema 100 sal de dest bi 23,500 ye, li viri bikarhêneriya wê hatine qeyd kirin û piştgirîkirina bencînên li ser berdastkirin. Naverok, tîmara derbarê gazên alternatif yên bikarhêneriyê ji du salên herî pir ast.

"Club Zéro" (CZC), bi ekguherî CIGRE, tiştî pêşkeftina kiribûn di navbera gazên alternatif yên SF₆ de ji bo bikarhêneriyên swîçandina. Li ser îro serhilan dibînin da ku hêzik hilberên taze di vê parde de bike. Neticeya li ser otur ên bi CIGRE di dema 2016 de hate rast û çalakkirin. Vê nivîsê neticeya mîna serhilana wekî serhatîne. Ji ber ku teknolojîya swîçandina vakûman ên malpera malpera li ser çalakî, di vê nivîsan de nehatiye serhatîne.

2. Gazên Alternatif

Di dema kabulkirina Kyoto Protocol di salê 1997 de, tîmarên derbarê gazên alternatif hatine zêdetir kirin û li ser dema dekerdiya pir hatine girîngkirin. Tiştî berdestên li ser gazên alternatif yên belasiyê hatine teyin kirin: potensiyelî ya kam a global warming (GWP), potensiyelî ya sifir a ozon depletion (ODP), zehmarîya kam, negirîna nayîn, hêzikîya dielektrîkî ya bilind, hêzikîya ark-quenching û dissipasyonê ya cih û stabilitê ya kimîaî, material compatibility, û market availability.

Li ser yekêrîn gasên dinasîyî yên têkildar, CO₂ hatiye nîşankirin ku gazê a mîna ark-quenching e, bi performansa wê ku dikare bi additivan lîke O₂ an CF₄ bigere. Bêsin, li ser têkildar hatiye wergerandin ku performansa interrupting û insulating ya CO₂ li ser SF₆ da ku kam e. Diger kandidatên interesan hatine nîşankirin li ser gasên fluorinated, wate CF₃I, hydrofluoroolefins (HFO-1234ze û HFO-1234yf), perfluoroketones (misalî, C₅F₁₀O), perfluoronitriles (C₄F₇N), fluorinated ethers (HFE-245cb2), fluorinated epoxides, û hydrochlorofluoroolefins (HCFO-1233zd).

Li ser hemî berdestan, kandidatan a mîna niha C₅ perfluoroketone (CF₃C(O)CF(CF₃)₂ an C₅-PFK) û iso-C₄ perfluoronitrile ((CF₃)₂CF-CN an C₄-PFN). Ji bo gasên saf, performansa dielektrîkî proporsional e bi boiling point—ya'ni, gasên bi hêzikî ya dielektrîkî ya bilind jî li ser boiling points yan li ser bilind. Di 0.1 MPa de, boiling points ya C₅-PFK û C₄-PFN 26.5°C û –4.7°C ne. Bêsin, ji bo bikarhêneriyên equipment switching ên ku hewceyan boiling points yan li ser kam a karbarkirina operasyonê, buffer gases hatibin zêde kirin. Ji ber hêzikîya ark-quenching ya bibin, CO₂ li ser bikarhêneriyên high-voltage ên bi buffer gas hatibin bijarte. Di bikarhêneriyên medium-voltage de, hava da ku li ser bikarhêneriyên insulation ên bi C₅-PFK hatibin serbest kirin.

3. Properties of Pure and Gas Mixtures

Jadval 1 properties ya gazên alternatif yên bijartîn bi SF₆. GWPs ya gazên wan di navbera wan de guhertir e: C₄-PFN potensiyelî ya GWP bi pola CO₂ an C₅-PFK hatiye wergerandin, her du bi GWPs da ku dest bi 1 ne. Hemî kandidatên gasên bijartîn non-flammable ne, zero ODP, û bi technical û safety data sheets ên chemical manufacturers hatibin nîşankirin. Hêzikîya dielektrîkî ya C₄-PFN û C₅-PFK saf bi SF₆ da ku dest bi du dize. Dielectric withstand voltage ya CO₂ bi hava da ku dest bi air—that, bi pola SF₆ da ku kam e.

Jadval 1: Comparison of Pure Gas Properties with SF₆

Cihê 2 nîşan dide ser bingehên gazan û amasazên gaz di demê çalakirina li ser switchgear. Li kolona duyem, porsantîna C₄-PFN û C₅-PFK da ku bi gazên parzûn hatin yekbûn dikare were tayin kirin, genînan derbas 13% (porsantîya molekulyar). Ew wekheviyê da ku ji bo bikaranîna C₅-PFK di CO₂ de, hewlê da ku anîne yên oksijen were tayin kirin, çünki hewlê oksijenê dê bilindanîna rasteyên xerab (wisa CO) û rasteyên girtîn (wisa soot) biguherîne.

Cihê 2: Bingeh/Performans ê Gazên Pûr û Amasazên Gaz di Vendiyan ê Switchgear ê Nîvî û Bilind

Bijarkaî dijimêrên dielektrîk a yekbûyên bi pêşbazîyên SF₆ da (Sedema 6), pêşbazîya operasyonî ya ên zêdetir ji bo C₅-PFK û C₄-PFN me CO₂ wekî gazê pêşbazîyê li ser karberdanên bixwehatî deryav bike werdigire ku werekariyek ji bo 0.7-0.8 MPa. Ji bo karberdanên mesaxwehatî me yekbûyên hawâ/C₅-PFK, pêşbazîya 0.13 MPa werekariyek ji bo dikayina dielektrîk ek nehat da ku yekem e ku SF₆.

Dijimêrên dielektrîk a yekbûyên bi nisabên kêmtir C₄-PFN û C₅-PFK dikayin da ku hûn bi efektî sinergetîk têne afirandin - ya ku dikayina dielektrîk bi piramendî naqîşî nehat da ku hûn dikayin da ku hûn di yekbûyên SF₆/N₂ de hatine çavk kirin. GWP a yekbûyên C₅-PFK qeyri-metnî ye, lê ew ber bi pêşbazîya operasyonî ên zêdetir derket. Karberdanên pêşbazîya ên zêdetir (mînace -25°C) bi karberdan a CO₂ bixwehatî û yekbûyên CO₂ + C₄-PFN dikare werekariyek bikin, lê bi pêşbazîyek: dikayina dielektrîk ên zêdetir ji bo CO₂ bixwehatî, an GWP ên zêdetir ji bo yekbûyên C₄-PFN.

4. Performansa Switching a Gazên Alternatif
Ji Bo 3 agahdarên sereke yên performansa switching a CO₂ bixwehatî û yekbûyên CO₂-based komikirin, bi performansa SF₆ ji bo pergalan. Bi zêdekirina pêşbazîya operasyonî bi pêşbazîya SF₆, dikayina dielektrîk ên serd - mînace ser metrika ji bo performansa switching a kapasîtîv - werekariyek bi pêşbazîya SF₆.

Ji Bo 3: Perhevala Performansa Switching a Gazan û Yekbûyên Gazan bi Pêşbazîyên Operasyonî Ên Zêdetir versus SF₆ li Ser Karberdanên Bixwehatî

Li serdemên ku hatîn mirîn, tenê gotinan kualitatî yên li ser performansa hilkerdanan C₄-PFN û C₅-PFK dast bikin. Ji bo CO₂, hemanî hejmaran perest ên din bêtir hene. Li gorîn, bi CO₂ xalîk û bi presiyonê ya pêşandîyê ya piştî 1 MPa, performansa îlîgir û hilkerdanê ya serîkê (SLF) ya taybetmendîya duhêman SF₆ dikare binêrîne.

Bi zêdekirina O₂ bi CO₂ (bi nisbeyên pêwendî derbas 30%), serkeftin di performansa SLF hilkerdanan de û zêdetirina qalînda dielektrîk dikare bêtir hene. Zêdekirina C₄-PFN û C₅-PFK bi CO₂ dikare performansa dielektrîkê yekî da bike ku SF₆ heye. Agahdarên ku hatine şopandin deketin performansa SLF hilkerdanan bi CO₂/O₂/C₅-PFK piştî 20% yê SF₆ bêtir e. Di herî, hilkerdanên ku ji bo CO₂/C₄-PFN pêşniyar kirin dikare performansa SLF yekî da bike ku SF₆ heye.

Lê, hemanî agahdarên ku CO₂ xalîk bi CO₂/C₄-PFN û CO₂/C₅-PFK mixtures di şertên cizî û presiyonê de biceribînin, deketin performansa hilkerdanan (termîk) yekî da bike CO₂ bi û bi lêveber. Bi guherandîna minor design an derating modest, mixtures çûn dewamî testên IEC L90 (SLF) û T100 (100% terminal fault) biguheztin, ku nîşan dide performansa hilkerdanan nekêş ne hatiye bi SF₆. Ev jî li ser funksiyona hilkerdana hilkerdan de demîstir dibike.

Dema dawî serkeftin di performansa hilkerdanan de bi tekmilên designê pêşniyar dibe. Pirsgirêka ekspresîfî li ser toxîkîyat gazên pas arcing e. C₅-PFK û C₄-PFN molekulên komplikeyn ne ku di virgîra 650 °C de destnîşan dabejin. Di vê demê de, ev molekulên ne rekombinê ne bibin be structureyên aslen ne, lê fragmanên kêmtir bibin. Rateyê destnîşankirinê 0.5 mol/MJ li ser CO₂/O₂/C₅-PFK mixtures di hilkerdanan bi courên mezin de şopandin. Ji bo partial discharges, rateyê destnîşankirinê şopandin ku di virgîra 10 yanê bi vîsa wê ye.

Destnîşanka gazên nûyên ne wekhevî ne bi SF₆, ku di virgîra chemical reactions bi ablated contact û nozzle materials de destnîşan dikin. Ji bo gazên nûyên, destnîşanka di demê ya equipment de ne hatiye pirsgirîk e, lê concentration gazan di navên equipment de hewce ye ku bipeşîne an tiştîne. Destnîşanka toxîkîyan di ser applications mezin (yani, mixtures bi CO₂) CO û HF ne. Arc by-products of these mixtures are considered to have toxicity similar to or lower than that of arc-decomposed SF₆. Therefore, handling procedures similar to those used for arc-exposed SF₆ are recommended.

Lê, divê bînivîse ku vê gotinan li ser knowledge li ber toxîkîyat gazên nûyên ne hatiye destnîşan. Pir experience li ser toxîkîyat post-arc potential SF₆ alternatives hewce ye. Pirsgirêkan din hemanî material compatibility (e.g., effects on seals and greases), gas sealing integrity, û gas handling procedures ne. Buna, existing high-voltage equipment should not be expected to operate safely with these new gases without appropriate design or material modifications.

Internal arc tests have been performed with all mixtures, and no serious issues have been reported. The thermal conductivity of the mixtures is slightly inferior to that of SF₆, which may necessitate moderate derating or design adjustments for current-carrying capacity. CO₂ live-tank circuit breakers have already gained field experience, with deployments beginning several years ago, and CO₂-filled breakers are now commercially available.

High- and medium-voltage pilot installations using C₅-PFK mixtures have been operating successfully in Switzerland and Germany since 2015. Pilot projects using CO₂/C₄-PFN mixtures are planned or underway in several European countries, including a 145 kV indoor GIS in Switzerland, a 245 kV outdoor current transformer in Germany, and outdoor 420 kV GIL systems in the UK and Scotland.

5. Conclusions and Outlook
Published information on SF₆ alternative gases for switching applications has been reviewed. At the current stage, this research is still in its early phases and far less extensive than the decades-long body of work on SF₆. Available manufacturer data indicate that new gases—such as C₅-PFK and C₄-PFN—are viable options that, when blended with CO₂ as a buffer gas, can partially match SF₆ performance, though they may not fully replicate all of SF₆’s capabilities.

Key differences lie in insulation and interruption performance, as well as boiling point—which determines the minimum specified operating temperature of the switchgear. A low minimum operating temperature (e.g., –50 °C) can be achieved with pure CO₂. However, CO₂ appears to exhibit generally lower interruption performance, particularly in terms of recovery voltage peak withstand and interruption capability, compared to gas mixtures containing C₄-PFN or C₅-PFK.

An advantage of CO₂/C₅-PFK mixtures over CO₂/C₄-PFN mixtures is their negligible GWP (~1 vs. 427/600 for C₄-PFN). Conversely, CO₂/C₄-PFN mixtures offer a lower minimum operating temperature (approximately –25 °C) compared to CO₂/C₅-PFK mixtures (approximately –5 °C).

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

Description ：

The 40.5kV, 72.5kV, 145kV, 170kV, and 245kV Dead tank Vacuum Circuit-Breakers are essential protective devices for high-voltage power systems. Employing vacuum as the arc-extinguishing and insulating medium, they boast exceptional arc-quenching capabilities, swiftly interrupting fault currents and effectively preventing arc re-ignition to ensure stable power system operation. The dead tank design offers a compact footprint and robust mechanical stability, facilitating installation and maintenance. Equipped with highly reliable spring operating mechanisms, these circuit breakers have a mechanical lifespan exceeding 10,000 operations, delivering rapid and precise responses. With outstanding environmental adaptability, they can operate stably under harsh outdoor conditions. Widely applied in substations, transmission lines, and other scenarios, they provide efficient and secure power switching control and reliable protection across various voltage levels.

Pêşnûma ya fonksiyonên sereke:

• Lekda Xweşka Bêrnavî: Îstemişan dijîn bêrnavî ji bo xweşkirina çabdar û bêparastina wekheviyekirina.

• Daraçeya Darajeyê Yekbûyî: Di darajeyên 40.5kV, 72.5kV, 145kV, 170kV, û 245kV de yê li ser karanîna taybetandina şebikê.

• Rêzimêya Dabeşkariya Naveroka: Struktûra kompakt dixwazin stabilitêyên mekanîkî û hêsan bikin da ku îşandin û pêşvebirin biguheztin.

• Îşandinê Yekbûyî: Mekanizma îşandinê bi lêngîn derbasî yên jêrîn 10,000 cîh û endamîn.

• Bêrnavkirina Herêmend: Rêzimêya flanjê bi du rêzik herêmend dike navbera berî û gazê, li gorî şitîna derveyî.