L-Aħħar Tendenzi tal-Iżvilupp ta' Brikka Elektrika ta' Qasam Inferjuri bazejta fuq Gas Alternattiv għal SF₆

1. Introduzzjoni
Il-SF₆ hu amministrat b'mod ampi fil-sistemi tal-trasferiment u distribuzzjoni tal-enerġija elektrika, bħal l-imbut tas-silġ (GIS), l-interrutturi (CB), u l-interrutturi ta' karriga ta' volti medja (MV). Jippossiedu kapabbiltajiet uniki ta' izolazzjoni elektrika u spezzament tal-lanġas. Ilkoll, il-SF₆ hu anke gas tal-ghemm għall-effett hotha, bl-potentizzju globali ta' approssimativament 23,500 f'daqqa ta' 100 sena, u għalhekk l-żviluppu tagħha hu regolat u sottoppost għal diskussjonijiet bejgħ il-limitazzjonijiet. B'modi konsegwenti, ir-riċerka dwar il-gazijiet alternattivi għall-applikazzjonijiet tal-enerġija elektrika ġiet miftuħa għal dawk id-disinn.

Il-"Club Zéro" (CZC), fl-kooperazzjoni mal-CIGRE, ħadet l-inizjattiva l-aħħar biex tassessa l-statu attwali tal-gazijiet alternattivi għall-SF₆ għall-applikazzjonijiet ta' interspezzament. Tiegħet lura ġie mneħħi sabiex jikkollektaw kull literatura disponibbli reċenti dwar dan is-suġġett. Ir-riżultati ġew prezentati u diskużati f'sessjoni komuni waqt is-sessjoni CIGRE fl-2016. Dan l-artiklu jippreżenta l-għoljien prinċipali ta' din is-sorġi. Minflok, milli l-teknoloġija tal-interspezzament fit-vakku huma attivita' separata kontinwa, ma se tkunx mgħadda f'din r-rivizzjoni.

2. Gazijiet Alternattivi

Fl-aħħar minn dawk id-disinn, wara l-adozzjoni tal-Protokoll ta' Kyoto fl-1997, ir-riċerka dwar il-gazijiet alternattivi ġiet intensifikata u segwiet inkrebta' ftit l-aħħar. L-irrequisiti prinċipali għal dawn il-gazijiet alternattivi ġew identifikati bħala: potentizzju globali ta' appoġġ minur (GWP), potenzjal ta' dissipazzjoni tal-ozon null, tossicità bassa, mhux infammabili, forza dielettrika alta, kapabilità ta' spezzament tal-lanġas u dissipazzjoni tal-ħalq, stabilità kemika, compatibilità tal-materjal, u disponibilità tal-merc.

Minn diversi gazijiet naturali investigati, il-CO₂ ġie rikonfermat bħala l-ark-quenching gas iktar promettent, bl-ebda performanż tiegħu potenzjalment imwaqqfa mill-additivi bħal O₂ jew CF₄. Ilkoll, studji ġew rivelati li s-silġ u l-prestazzjonijiet tal-izolazzjoni tal-CO₂ huma infeżer ghall-kwalitajiet ta' SF₆. Kanditati oħra interessanti ġew identifikati fost il-fluorinated gases, bħal CF₃I, hydrofluoroolefins (HFO-1234ze u HFO-1234yf), perfluoroketones (pereżempju, C₅F₁₀O), perfluoronitriles (C₄F₇N), fluorinated ethers (HFE-245cb2), fluorinated epoxides, u hydrochlorofluoroolefins (HCFO-1233zd).

Fis-sidida ta' kwalunkwe requisitu, il-kanditati aktar promettenti korrenti huma C₅ perfluoroketone (CF₃C(O)CF(CF₃)₂ jew C₅-PFK) u iso-C₄ perfluoronitrile ((CF₃)₂CF-CN jew C₄-PFN). Għal il-gazijiet puri, il-prestazzjoni dielettrika hi proporzjonali mal-point ta' ebullizzjoni—jiġifieri, il-gazijiet bl-forza dielettrika għoli tipikament huma anke bl-points ta' ebullizzjoni għoli. Fl-0.1 MPa, il-points ta' ebullizzjoni ta' C₅-PFK u C₄-PFN huma rispettivament 26.5°C u –4.7°C. Għalhekk, għal l-applikazzjonijiet ta' apparat tal-interspezzament li bagħtu points ta' ebullizzjoni bażi biex ikunu qegħdin għal l-operazzjonijiet ta' temperaturi bażi, għandhom jiżdiedu l-gazijiet buffer. Għall-kapaċità ta' ark-quenching toba, il-CO₂ ġie selezzjonat bħala gaz buffer fl-applikazzjonijiet ta' voltijiet għoli. Fl-applikazzjonijiet ta' voltijiet medja, ġie rapportat wkoll illu l-ħelu ġie użat bħala gaz buffer fl-kożjunnzjoni ma' C₅-PFK għal scopijiet ta' izolazzjoni.

3. Karatteristiċi tal-Gaz Puri u Mixtures

It-tabella 1 tippresenta l-karatteristiċi tal-gazijiet alternattivi selezzjonati relatati għall-SF₆. Il-GWPs ta' dawn il-gazijiet varjaw b'mod signifikanti: C₄-PFN jippermetti GWPs multu akbar minn CO₂ jew C₅-PFK, li l-inklussivi huma b'GWPs ta' approssimativament 1. Kull kandidati gas ta' interessa huma mhux infammabili, għandhom ODP null, u jikkonsidrawx mhux tossiku skond it-talbiejiet teknika u ta' sigurtà pruvduti mill-manifatturieri kemika. Il-forza dielettrika ta' C₄-PFN u C₅-PFK puri hija qrib meta żewġ darba ta' SF₆. Il-valur tal-volt ta' resistenza dielettrika ta' CO₂ hu paragonabbli mal-ħelu—that is, multu infeżer minn SF₆.

It-tabella 1: Konfront mill-Karatteristiċi tal-Gas Puri mal-SF₆

Tabela 2 tispuna l-karattristiki tal-gazijiet u tal-mixtures tal-gaz meta jiżomgħu fl-switchgear. Il-konċentrazzjonijiet ta' C₄-PFN u C₅-PFK fi mixtures mal-gaz buffer huma mniżża fil-kolonna tan-nisqa, tipikament infejor għal 13% (konċentrazzjoni molari). Għandu josservwa li għat-talb tal-C₅-PFK fl-CO₂, ġie rapportat wkoll l-użu ta' additivi ta' ossiġenu, billi l-presenza ta' ossiġenu tista’ tirdutt il-formazzjoni ta' prodotti laterali ħażini (kif is-silġ) u ta' prodotti laterali solidi (kif is-sot).

Tabela 2: Karattristiki/Performanza tal-Gazijiet Puri u tal-Mixtures tal-Gaz fl-Aplikazzjonijiet tal-Switchgear tal-Volttagh Medju- u Għoli

Għal effett ta' dawk pressjonijiet operattivi minuri tal-mixtures malrapporti għall-SF₆ fid-dinja stess (Kolonna 6), il-pressjoni operattiva minimu għal C₅-PFK u C₄-PFN bħala gas tas-silġ fil-karatteristika tal-volttagg għoli jgħadlu sal-lejl 0.7–0.8 MPa. Għal karatteristika tal-volttagg medju bil-mixtures ta' ħwa/C₅-PFK, tista' tiżomm pressjoni ta' 0.13 MPa, tajba lil volt ta' dielectric simili għal SF₆.

Il-volt ta' dielectric għoli rieċit mill-għatija tal-mixtures ta' C₄-PFN jew C₅-PFK b'minuri rapporti mingħajr ma jiġu miftuħa, jgħidul f'dan is-silġ effett sinerġiku - jiġifieri, it-taqsim tal-dielectric jiżdied mhux linjar mal-konċentrazzjoni tal-additiv, fenomenu li saret preċedentement osservat fis-silġ SF₆/N₂. Il-GWP tal-mixtures ta' C₅-PFK huwa negliġibbili, iżda dan jiġi skont l-prezz ta' temperatura operattiva minimu akbar. Aplikazzjonijiet tal-temperatura bassa (pereżempju, –25°C) jistgħu jiġu affrontati bl-użu ta' CO₂ żgħir jew mixtures ta' CO₂ + C₄-PFN, iżda b'taswija: volt ta' dielectric drastikament inqas fl-każ ta' CO₂ żgħir, jew GWP sostanzjalment akbar meta nużaw mixtures ta' C₄-PFN.

4. Performance tal-switching ta' Gases Alternattivi
Tabella 3 tkompilja informazzjoni preliminarji dwar l-performance tal-switching tal-CO₂ żgħir u mixtures bażati fuq il-CO₂, bl-performance tal-SF₆ tfornata għat-tqabbel. Dawn l-operazzjonijiet pressjoni relativi għal SF₆, il-forza dielectric freddin - uża, pereżempju, bħala metric għal performance tal-switching kapacitiv - tista' tinqasam sal-livell tal-SF₆.

Tabella 3: Tqabbel tal-Performance tal-switching ta' Gases u Mixtures ta' Gas fuq Pressjoni Operattivi Akbar rispetto għal SF₆ fil-Karatteristika tal-Volttagg Għoli

Fil-literatūra, bligħu jisibu l-istatamenti kwalitativi biss dwar l-prestazzjoni tal-mixta ta’ C₄-PFN u C₅-PFK. Għal CO₂, hemm dawni t-tulħa kwanziżati. Ġenerali, meta tkun hemm CO₂ puro b’pressjoni ta’ imqaddes ta’ 1 MPa, t-tas-silġ u l-prestazzjoni ta’ interrupting ta’ short-line fault (SLF) tista’ tiċċekkja ta’ sitt sewwa minn SF₆.

Bi l-aggiunta ta’ O₂ għal CO₂ (b’rapporti ta’ mixta sa 30%), tista’ tiċċekkja l-abbettar fil-prestazzjoni ta’ interrupting ta’ SLF u żviluppu fiexrilek għan-nifs mill-elettriku. Bi l-aggiunta ta’ C₄-PFN jew C₅-PFK għal CO₂, tista’ tiċċekkja l-prestazzjoni dieletriċi li tagħmel sfidu ma’ SF₆. L-istudji jagħmlu riferiment li l-prestazzjoni ta’ switching ta’ SLF ta’ mixtures ta’ CO₂/O₂/C₅-PFK hija nofs sewwa minn SF₆. Imma, il-breakers specifikament adaptati għal mixtures ta’ CO₂/C₄-PFN kienu qalu li huma raggiungew prestazzjoni ta’ SLF paragwali għal SF₆.

Imma, hemm wkoll studji li jiġu confrontati direttament il-CO₂ puro mal-mixtures ta’ CO₂/C₄-PFN u CO₂/C₅-PFK taħt kondizzjonijiet ta’ geometrija u pressjoni identika, li wasslu lill-prestazzjoni ta’ interrupting (termiku) ħafna paragwali għal CO₂ mhux b’oħrajn. B’modifiki minori tad-dinju jew bi derating modest, il-mixtures ġodda passaw bil-suċċess id-dovery IEC L90 (SLF) u T100 (100% terminal fault), li wasslu li l-prestazzjoni ta’ switching tagħhom mhuwiex inferiori signifikanti għal SF₆. Dan ġie dimostrat wkoll għal funzjoni ta’ interrupting tal-breaker.

Il-miglioramenti futuri fl-prestazzjoni ta’ switching permezz ta’ ottimizzazzjonijiet ta’ dinju dedikati huma attessati. Is-suġġett importanti huwa l-toxicity ta’ gasijiet wara l-arc. Il-C₅-PFK u C₄-PFN huma molekoli komplikati li jibdew jiddekompożu fuq 650 °C f’każ tal-C₄-PFN. Wara d-dekompozzjoni, dawn il-molekoli ma jiġux recombini fl-istrutturijiet oriġinali imma jagħmlu frammenti żgħar. Rate ta’ dekompozzjoni ta’ 0,5 mol/MJ ġiet rapportata għal mixtures ta’ CO₂/O₂/C₅-PFK taħt high-current interruption. Għal partial discharges, l-rate ta’ dekompozzjoni ġiet osservata akbar b’marġin ta’ waħed order ta’ magnitude minn valur suġġerit.

Il-komportament ta’ dekompozzjoni ta’ dawn il-gasijiet ġodda mhuwiex diretta paragwali għall-SF₆, li tiddekompożi primarjament minħabba reazzjonijiet kemmiċi mal-materiali tal-kontakti u tal-nozzle ablated. Għal dawn il-gasijiet ġodda, l-dekompozzjoni ftit it-tul tat-tajm tal-equipament mhuwiex considerata issue kritika, imma l-konċenrazzjoni ta’ gas fit-tajm tal-equipament għandha tuġġib monitorjata jew verifikata periodikament. Il-prodotti ta’ dekompozzjoni aktar toxici fl-applikazzjonijiet ta’ pressjoni alta (li huwa, mixtures mal-CO₂) huma CO u HF. Il-by-products ta’ arc ta’ dawn il-mixtures huma considerati li jagħmlu toxicity similari jew infehles minn arc-decomposed SF₆. Għalhekk, il-proċeduri ta’ handling similari għal arc-exposed SF₆ huma suggeriti.

Imma, għandu jittieħel kont kont kont tal-fatt li dawn is-suġġeġerimenti huma basati fuq know-how limitat tal-toxicity ta’ dawn il-gasijiet ġodda. Hemm bżonn ta’ esperjenza akbar dwar post-arc toxicity ta’ alternattivi potenzjali għal SF₆. Koncernijiet oħra rapportati inklużu l-kompattibilità ta’ materiali (pereżempju, effetti fuq seals u greases), l-integrity ta’ sealing tal-gas, u proċeduri ta’ handling tal-gas. Konsekwent, l-equipament ta’ voti alti esistenti m’għandux jiġu aspettati li jagħmlu safe bl-użu ta’ dawn il-gasijiet ġodda mingħajr modifiki ta’ dinju jew ta’ materiali appropriate.

Il-tests ta’ internal arc ġew esegwiti mal-kull mixture, u l-ebda problema serju ġie rapportat. Il-conductivity termiku ta’ mixtures hija infehles b’qasr minn SF₆, li jista’ jirrichiedi derating moderat jew modifiki ta’ dinju għal kapacità ta’ port tax-xejjet. Il-circuit breakers live-tank ta’ CO₂ ġew għadu magħqudin b’esperjenza f’field, b’diplojments li bdew diversi sena indak, u l-breakers mimlinn CO₂ huma disponibbli kommercialment issa.

Installazzjonijiet ta’ pilot ta’ voti alti u medju użant mixtures ta’ C₅-PFK ġew għadu jagħmlu successfilmen f’Svizzera u Fl-Ġermanja minn 2015. Progetti ta’ pilot użant mixtures ta’ CO₂/C₄-PFN huma pianifikati jew qed jiġu esegwiti f’diversi paesi Ewropej, inkluż 145 kV indoor GIS f’Svizzera, 245 kV outdoor current transformer f’l-Ġermanja, u sistemi outdoor 420 kV GIL f’l-Inġilterra u Skottlanda.

5. Konklussjonijiet u Outlook
L-informazzjoni pubblikata dwar l-alternativi ta’ gas ta’ SF₆ għal applikazzjonijiet ta’ switching ġiet rivisti. F’l-istadi presenti, dan ir-ricerka hija b’mod relattivament erba’ u l-ebda estensiva mintoffa lill-korp ta’ xogħol ta’ decades fuq SF₆. Id-data disponibbli ta’ manufaturier indicu li l-gasijiet ġodda – kif C₅-PFK u C₄-PFN – huma opzjonijiet validi li, meta misħquħa mal-CO₂ bħala buffer gas, jistgħu japprossimu l-prestazzjoni ta’ SF₆, imma m’għandux jereplicaw kull kapabilità ta’ SF₆.

Il-differenzi kliem huwa f’tas-silġ u l-prestazzjoni ta’ interrupting, kif ukoll il-boiling point – li jiddetermina l-operating temperature minimu speċifikata tal-switchgear. Operating temperature minimu bass (pereżempju, -50 °C) tista’ tiċċekkja bl-użu ta’ CO₂ puro. Imma, il-CO₂ jidher li jmanifesta prestazzjoni ta’ interrupting infehles, partikularment f’termini ta’ peak withstand ta’ recovery voltage u interrupting capability, imparagonati mal-mixtures ta’ gas kwinjuzzati C₄-PFN jew C₅-PFK.

L-avvantaggju ta’ mixtures ta’ CO₂/C₅-PFK fuq mixtures ta’ CO₂/C₄-PFN huwa l-GWP neglibili tagħhom (~1 kontra 427/600 għal C₄-PFN). Inkontroversament, mixtures ta’ CO₂/C₄-PFN joffru operating temperature minimu infehles (appr. -25 °C) imparagonati mal-mixtures ta’ CO₂/C₅-PFK (appr. -5 °C).

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

Description ：

Il-40.5kV, 72.5kV, 145kV, 170kV, u 245kV Dead tank Vacuum Circuit-Breakers huma dispositivi protektivi essenzjali għal sistemi ta’ enerġija ta’ voti alti. Użu tal-vakku kif medium ta’ arc-extinguishing u tas-silġ, huma jboastu b’kapabilitajiet ekstremi ta’ arc-quenching, interrompendo rapidament il-fault currents u prevenendu l-arc re-ignition biex jensurenu operazzjon stabili tal-sistema tal-enerġija. Il-design ta’ dead tank joffru footprint kompatt u stabilità mekanika robusta, ifasilita l-installazzjoni u l-manutenzjoni. Mħiegħa b’meċkanismi ta’ spring operativi ta’ fiducja, dawn il-circuit breakers għandhom lifespan meċkanika ta’ aktar minn 10,000 operazzjonijiet, jfornixxu risposti veloci u preċisi. Bil-adattabilità ambientali eccellenti, huma jistgħu jagħmlu stabbilment taħt kondizzjonijiet outdoor harsh. Aplikati ampiament f’substations, transmission lines, u skenarijiet oħra, huma jfornixxu control switċċatura ta’ enerġija efficienti u prottettri fideli għal livelli differenti ta’ voti.

Introduzzjoni għall-funzjoni prinċipali:

• Espulsjoni Efficjenti tal-Ark: Tiżvilġa l-vakju għal espulsjoni veloċi u fidili tal-ark, li jagħmlu l-impediment ta’ re-inkizzjoni.

• Ġejd tas-Silġ Aħjar: Disponibbli f’livelli ta’ volt 40.5kV, 72.5kV, 145kV, 170kV, u 245kV għal applikazzjonijiet diversa tal-grid.

• Dizajn Robust tas-Silġ Mortu: Struttura kompatta li tassigura stabilità mekanika u semplifika l-instalazzjoni/l-manutenzjoni.

• Operazzjoni Fidila: Meċaniku operattiv basat fuq spring għal aktar minn 10,000 sikli ta’ enduranza mekanika.

• Sigħtar Migħsul Iż żenjat: Dizajn ta’ flanċa bil-għasfur doppji li jprovdiku protezzjoni impermeabili u sigħtar gas, ideali għal użu barra.