1. تعارف
ایس ایف ہے کھلی بجلی کے نقل و حمل نظاموں میں وسیع طور پر استعمال ہوتا ہے، جیسے گیس سے لیس سوئچ گیر (جی آئی ایس)، سرکٹ بریکرز (سی بی)، اور درمیانی ولٹیج (ام وی) لوڈ سوئچز۔ یہ منفرد برقی عازمیت اور آرک ختم کرنے کی صلاحیتوں کا مالک ہے۔ البتہ، ایس ایف ہے ایک مضبوط گرین ہاؤس گیس بھی ہے، جس کا گلوبل وارمنگ پوٹنشل 100 سال کے وقت کے دوران تقریباً 23,500 ہے، اس لیے اس کا استعمال نظارت کے تحت ہے اور اس کے بارے میں محدودیت کے بارے میں مداوم بحث ہوتی رہتی ہے۔ نتیجے میں، بجلی کے اطلاقوں کے لیے متبادل گیسوں کے بارے میں تحقیق تقریباً دو دہائیوں سے کی جا رہی ہے۔
"کلب زیرو" (سی زی سی)، CIGRE کے ساتھ تعاون کرتے ہوئے، اسکیچنگ کے اپلیکیشنز کے لیے ایس ایف ہے کے متبادل گیسوں کی موجودہ حالت کا جائزہ لینے کے لیے ایک منصوبہ شروع کیا ہے۔ اس موضوع پر تمام دستیاب حوالہ جات کو جمع کرنے کے لیے ایک سروے کیا گیا تھا۔ نتائج کو 2016 کے CIGRE سیشن کے دوران ایک مشترکہ سیشن میں پیش کیا گیا تھا اور بحث کی گئی تھی۔ یہ مقالہ ان سروے کے اہم نتائج کا عرضہ کرتا ہے۔ کیونکہ ویکیم سوئچنگ ٹیکنالوجی ایک الگ مستقل سرگرمی ہے، اس لیے یہ مرور میں شامل نہیں ہے۔

2. متبادل گیسوں
1997 میں کیوتو پروٹوکول کے قبول کے بعد، متبادل گیسوں کی تحقیق میں تنگی آئی اور پچھلے دہائی کے دوران مزید بڑھ گئی ہے۔ متبادل گیسوں کے لیے بنیادی ضروریات کو شناخت کیا گیا ہے: کم گلوبل وارمنگ پوٹنشل (GWP)، صفر اوزن ڈیپلیشن پوٹنشل (ODP)، کم سمیت، غیر آتشی، بلند برقی عازمیت، بلند آرک ختم کرنے کی صلاحیت اور گرمی کو منتشر کرنے کی صلاحیت، کیمیائی استحکام، مادے کی مطابقت، اور بازار کی دستیابی۔
متعدد قدرتی ذرائع سے ملے گیسوں میں سے CO₂ کو سب سے زیادہ وعدہ کرنے والا آرک ختم کرنے والا گیس ثابت ہوا ہے، جس کی کارکردگی O₂ یا CF₄ جیسے اضافیوں سے بہتر ہو سکتی ہے۔ البتہ، مطالعات نے ظاہر کیا ہے کہ CO₂ کی روکنے اور عازمیت کی صلاحیت SF₆ سے کم ہے۔ دیگر دلچسپ مترضی فلورائن گیسوں میں سے ہیں، جیسے CF₃I، ہائیڈروفلوروفلینز (HFO-1234ze اور HFO-1234yf)، پرفلوروکیٹونز (مثال کے طور پر C₅F₁₀O)، پرفلورونائٹرائلز (C₄F₇N)، فلورائن ایتھرز (HFE-245cb2)، فلورائن ایپوکسائڈز، اور ہائیڈروکلوروفلوروفلینز (HCFO-1233zd)۔
تمام ضروریات کو مد نظر رکھتے ہوئے، سب سے واعظہ موجودہ مترضی C₅ perfluoroketone (CF₃C(O)CF(CF₃)₂ یا C₅-PFK) اور iso-C₄ perfluoronitrile ((CF₃)₂CF-CN یا C₄-PFN) ہیں۔ صاف گیسوں کے لیے، برقی کارکردگی کوکھانے کی نقطہ کے ساتھ تناسب ہے—یعنی، بلند برقی عازمیت والے گیسوں کے پاس عام طور پر بلند کوکھانے کی نقطہ بھی ہوتی ہے۔ 0.1 MPa پر، C₅-PFK اور C₄-PFN کی کوکھانے کی نقطہ 26.5°C اور –4.7°C ہیں۔ اس لیے، کم درجہ حرارت کے آپریشنل مطالب کو پورا کرنے کے لیے کافی کم کوکھانے کی نقطہ کی ضرورت رکھنے والے سوئچنگ یکجہ کے اپلیکیشنز کے لیے، بوفر گیسوں کو شامل کرنا ضروری ہے۔ CO₂ کی بخوبی آرک ختم کرنے کی صلاحیت کی وجہ سے، یہ بلند ولٹیج کے اپلیکیشنز میں بوفر گیس کے طور پر منتخب کیا جاتا ہے۔ درمیانی ولٹیج کے اپلیکیشنز میں، ہوا کو C₅-PFK کے ساتھ عازمیت کے مقاصد کے لیے استعمال کرنے کے بارے میں بھی رپورٹ کیا گیا ہے۔
3. صاف گیسوں اور گیس مکسلوں کی خصوصیات
جدول 1 میں ایس ایف ہے کے مقابلے میں منتخب متبادل گیسوں کی خصوصیات پیش کی گئی ہیں۔ ان گیسوں کے GWPs کافی مختلف ہیں: C₄-PFN کا GWP CO₂ یا C₅-PFK کے مقابلے میں بہت زیادہ ہے، دونوں کے GWPs تقریباً 1 ہیں۔ دلچسپی کے تمام مترضی گیسوں کو غیر آتشی، صفر ODP، اور کیمیائی کارخانوں کے ذریعے فراہم کردہ ٹیکنیکل اور سیفٹی ڈیٹا شیٹس کے مطابق غیر سمیت کے طور پر رپورٹ کیا گیا ہے۔ صاف C₄-PFN اور C₅-PFK کی برقی عازمیت تقریباً دو گنا زیادہ ہے۔ CO₂ کی برقی تحمل کی قوت ہوا کے مساوی ہے—یعنی، ایس ایف ہے کے مقابلے میں کافی کم۔
جدول 1: صاف گیسوں کی خصوصیات کا ایس ایف ہے کے ساتھ موازنہ
| Gas | CAS Number | Boiling Point / °C | GWP | ODP | Flammability | Toxicity LC50(4h) ppmv | Toxicity TWA ppmv | Dielectric Strength / pu at 0.1 MPa |
| SF₆ | 2551-62-4 | -64 | 23500 | 0 | No | - | 1000 | 1 |
| CO₂ | 124-38-9 | -78.5 | 1 | 0 | No | >300000 | 5000 | ≈0.3 |
| C5-PFK | 756-12-7 | 26.5 | <1 | 0 | No | ≈20000 | 225 | ≈2 |
| C4-PFN | 42532-60-5 | -4.7 | 2100 | 0 | No | 12000…15000 | 65 | ≈2 |
جدول 2 خصائص الغازات والخليط من الغازات عند استخدامها في معدات التبديل يظهر. تركيزات C₄-PFN و C₅-PFK في الخليط مع الغازات العازلة مذكورة في العمود الثاني، عادة ما تكون أقل من 13٪ (تركيز مولي). يجب ملاحظة أن لاستخدام C₅-PFK في CO₂، تم الإبلاغ أيضًا عن إضافة الأكسجين، حيث يمكن أن يقلل وجود الأكسجين من تكوين النواتج الجانبية الضارة (مثل CO) والنواتج الجانبية الصلبة (مثل الفحم).
جدول 2: خصائص/أداء الغازات النقية وخليط الغازات في تطبيقات معدات التبديل ذات الجهد المتوسط والعالي
| Gas | Concentration | Minimum Pressure / MPa | Minimum Temperature / °C | GWP | Dielectric Strength | Toxicity LC50 ppmv |
| SF₆ | - | 0.43…0.6 | -41…-31 | 23500 | 0.86…1 | - |
| CO₂ | - | 0.6…1 | ≤-48 | 1 |
0.4…0.7 | >3e5 |
| CO₂/C5-PFK/O₂ (HV) | ≈6/12 | 0.7 | -5…+5 | 1 | ≈0.86 | >2e5 |
| CO₂/C4-PFN(HV) | ≈4…6 | 0.67…0.88 | -25…-10 | 327…690 | 0.87…0.96 | >1e5 |
| Air/C5-PFK(MV) | ≈7…13 | 0.13 | -25…-15 | 0.6 | ≈0.85 | 1e5 |
میزبانوں کے مخلوط کی الیکٹرولیٹک تحمل کی قوت کم ہونے کی وجہ سے (کالم 6) برابر دباؤ پر ایس ایف ₆ کے مقابلے میں، عالی ولٹیج کارڈوں میں کاربن ڈائی آکسائیڈ کو بافر گیس کے طور پر استعمال کرتے ہوئے C₅-PFK اور C₄-PFN کے لیے کم سے کم کارکردہ دباؤ تقریباً 0.7–0.8 MPa تک بڑھا دیا جانा چاہئے۔ درمیانی ولٹیج کارڈوں میں ہوا/C₅-PFK کے مخلوط کا استعمال کرتے ہوئے، 0.13 MPa کا دباؤ برقرار رکھا جا سکتا ہے، جس سے ایس ایف ₆ کے قریب الیکٹرولیٹک تحمل کی قوت حاصل کی جا سکتی ہے۔
C₄-PFN یا C₅-PFK کے نسبتا کم مخلوط کی مقدار کے ساتھ بالکل زیادہ الیکٹرولیٹک تحمل کی قوت کو ممکن بنانے کی وضاحت کی جا سکتی ہے سینرجیٹک اثر کے ذریعے—یعنی الیکٹرولیٹک قوت غیر خطی طور پر اضافی مادے کی تراکیح کے ساتھ بڑھتی ہے، یہ پہلے ہی ایس ایف ₆/N₂ کے مخلوط میں دیکھا گیا تھا۔ C₅-PFK کے مخلوط کا GWP ناچیز ہے، لیکن یہ زیادہ کم کارکردہ درجہ حرارت کے قیام کے قیاس میں ہوتا ہے۔ کم درجہ حرارت کے کارڈوز (مثال کے طور پر –25°C) کو صرف CO₂ یا CO₂ + C₄-PFN کے مخلوط کے استعمال سے سنبھالا جا سکتا ہے، حالانکہ اس میں تنازعات ہیں: صرف CO₂ کے معاملے میں الیکٹرولیٹک تحمل کی قوت میں قابل ذکر کمی یا C₄-PFN کے مخلوط کے استعمال کے وقت GWP میں محسوس طور پر اضافہ۔
4. البترنیٹیو گیسوں کا سوئچنگ کارکردہ
جدول 3 پر صرف CO₂ اور CO₂-اساسی مخلوط کے سوئچنگ کارکردہ کی معلومات کا مجموعہ ہے، جس میں ایس ایف ₆ کا کارکردہ موازنہ کے لیے فراہم کیا گیا ہے۔ ایس ایف ₆ کے مقابلے میں کارکردہ دباؤ کو بڑھا کر، کولڈ الیکٹرولیٹک قوت—مثلاً کیپیسٹر سوئچنگ کارکردہ کے لیے ایک میٹرک کے طور پر استعمال کی جاتی ہے—ایس ایف ₆ کے سطح تک لایا جا سکتا ہے۔
جدول 3: عالی ولٹیج کارڈوز میں البترنیٹیو گیسوں اور گیس مخلوط کے سوئچنگ کارکردہ کا موازنہ ایس ایف ₆ کے ساتھ بلند کارکردہ دباؤ کے تحت
| گیس | آپریٹنگ پریشر [MPa] | ڈائی الیکٹرک سٹرینگتھ / pu | SLF پرفارمنس vs SF₆ / pu | |
| SF₆ | 0.6 |
1 | 1 |
1 |
| CO₂ | 0.8…1 | 0.5…0.7 | 0.5…0.83 | ≥0.5 |
| CO₂+C5-PFK/O₂ | 0.7…0.8 | SF₆ کے قریب | 0.8…0.87 | SF₆ کے قریب |
| CO₂/C4-PFN | 0.67…0.82 | SF₆ کے قریب | 0.83…(1) | SF₆ کے قریب |
جائزہ لیٹریچر میں، C₄-PFN اور C₅-PFK مخلوط کی سوئچنگ کارکردگی کے بارے میں صرف معیاری بیانات دریافت کیے جا سکے۔ CO₂ کے لیے، کچھ مقداری موازنے دستیاب ہیں۔ عمومی طور پر، تقریباً 1 MPa کے بڑھے ہوئے فلنگ دباؤ والے خالص CO₂ کے ساتھ، SF₆ کی تقریباً دو تہائی حد تک عزل اور شارٹ لائن فالٹ (SLF) روک تھام کی کارکردگی کی توقع کی جا سکتی ہے۔
CO₂ میں O₂ شامل کرنے سے (مخلوط تناسب 30% تک)، SLF روک تھام کی کارکردگی میں بہتری اور ڈائی الیکٹرک طاقت میں ہلکا سا اضافہ متوقع ہے۔ CO₂ میں C₄-PFN یا C₅-PFK شامل کرنے سے SF₆ کے قریب ڈائی الیکٹرک کارکردگی حاصل کی جا سکتی ہے۔ مطالعات رپورٹ کرتی ہیں کہ CO₂/O₂/C₅-PFK مخلوط کی SLF سوئچنگ کارکردگی SF₆ کی نسبت تقریباً 20% کم ہے۔ اس کے برعکس، CO₂/C₄-PFN مخلوط کے لیے خاص طور پر موافقت شدہ سرکٹ بریکرز کا دعویٰ کیا گیا ہے کہ وہ SF₆ کے برابر SLF کارکردگی حاصل کر سکتے ہیں۔
تاہم، وہ مطالعات بھی موجود ہیں جو ایک جیسی جیومیٹری اور دباؤ کی شرائط کے تحت خالص CO₂ کا CO₂/C₄-PFN اور CO₂/C₅-PFK مخلوط کے ساتھ براہ راست موازنہ کرتے ہیں، جو ظاہر کرتے ہیں کہ اضافات کے ساتھ یا بغیر CO₂ کی قریبی زون (حرارتی) روک تھام کی کارکردگی ایک جیسی ہوتی ہے۔ ہلکی ڈیزائن ترمیمات یا معمولی ڈیریٹنگ کے ساتھ، نئے مخلوط نے کامیابی کے ساتھ IEC ٹیسٹ ڈیوٹیز L90 (SLF) اور T100 (100% ٹرمینل فالٹ) پاس کیے ہیں، جو ظاہر کرتا ہے کہ ان کی سوئچنگ کارکردگی SF₆ کے مقابلے میں نمایاں طور پر کم نہیں ہے۔ یہ بریکر کے روک تھام فعل کے لیے بھی ثابت کیا گیا ہے۔
مستقبل میں مخصوص ڈیزائن کی بہتری کے ذریعے سوئچنگ کارکردگی میں مزید بہتری کی توقع ہے۔ ایک اہم مسئلہ قوس کے بعد گیسوں کی زہریلی صلاحیت ہے۔ C₅-PFK اور C₄-PFN پیچیدہ مالیکیولز ہیں جو C₄-PFN کی صورت میں تقریباً 650 °C سے اوپر گرم ہونے پر تحلیل ہونا شروع ہو جاتے ہیں۔ تحلیل کے بعد، یہ مالیکیول اپنی اصل ساخت میں دوبارہ جمع نہیں ہوتے بلکہ چھوٹے ٹکڑے بناتے ہیں۔ زیادہ کرنٹ روک تھام کے دوران CO₂/O₂/C₅-PFK مخلوط کے لیے 0.5 mol/MJ کی تحلیل کی شرح کی رپورٹ کی گئی ہے۔ جزوی ڈسچارجز کے لیے، تحلیل کی شرح اوپر دی گئی قدر سے ایک درجہ کم مشاہدہ کی گئی تھی۔
ان نئے گیسوں کا تحلیلی رویہ SF₆ کے ساتھ براہ راست موازنہ کے قابل نہیں ہے، جو بنیادی طور پر ختم شدہ کانٹیکٹس اور نوزل مواد کے ساتھ کیمیائی رد عمل کی وجہ سے تحلیل ہوتا ہے۔ نئے گیسوں کے لیے، سامان کی عمر کے دوران تحلیل ایک سنگین مسئلہ نہیں سمجھا جاتا، لیکن سامان کے اندر گیس کی اکائی کی نگرانی یا دورانیہ چیک کی جانی چاہیے۔ زیادہ دباؤ والے اطلاقات (مثلاً، CO₂ کے ساتھ مخلوط) میں سب سے زیادہ زہریلے تحلیلی مصنوعات CO اور HF ہیں۔ ان مخلوط کے قوسی مخلفات کو SF₆ کے قوسی تحلیل شدہ مخلفات کے برابر یا کم زہریلے سمجھا جاتے ہیں۔ اس لیے، قوس سے متاثرہ SF₆ کے لیے استعمال ہونے والی ہینڈلنگ طریقہ کار کی سفارش کی جاتی ہے۔
تاہم، یہ نوٹ کرنا ضروری ہے کہ اوپر دیے گئے بیانات ان نئے گیسوں کی زہریلی صلاحیت کے محدود علم پر مبنی ہیں۔ ممکنہ SF₆ متبادل کی قوس کے بعد کی زہریلی صلاحیت کے بارے میں مزید تجربہ درکار ہے۔ دیگر رپورٹ شدہ خدشات میں مواد کی مطابقت (مثلاً، سیلز اور گریس پر اثرات)، گیس سیلنگ کی سالمیت، اور گیس ہینڈلنگ طریقہ کار شامل ہیں۔ نتیجتاً، موجودہ ہائی وولٹیج سامان کو ان نئے گیسوں کے ساتھ بغیر مناسب ڈیزائن یا مواد کی ترمیمات کے محفوظ طریقے سے کام کرنے کی توقع نہیں کی جانی چاہیے۔
تمام مخلوط کے ساتھ داخلی قوس ٹیسٹ کیے گئے ہیں، اور کوئی سنگین مسئلہ رپورٹ نہیں کیا گیا ہے۔ مخلوط کی حرارتی ہدایت SF₆ کے مقابلے میں تھوڑی کم ہے، جو کرنٹ برداشت کرنے کی صلاحیت کے لیے معتدل ڈیریٹنگ یا ڈیزائن ایڈجسٹمنٹ کی ضرورت ہو سکتی ہے۔ CO₂ لائی ٹینک سرکٹ بریکرز کو پہلے ہی فیلڈ تجربہ حاصل ہے، جس کی تعیناتی چند سال قبل شروع ہوئی تھی، اور CO₂ سے بھرے بریکرز اب تجارتی طور پر دستیاب ہیں۔
C₅-PFK مخلوط کا استعمال کرتے ہوئے ہائی اور میڈیم وولٹیج پائلٹ انسٹالیشنز سوئٹزرلینڈ اور جرمنی میں 2015 سے کامیابی کے ساتھ کام کر رہی ہیں۔ CO₂/C₄-PFN مخلوط کا استعمال کرتے ہوئے پائلٹ منصوبے یورپ کے کئی ممالک میں منصوبہ بند یا جاری ہیں، جن میں سوئٹزرلینڈ میں 145 kV انڈور GIS، جرمنی میں 245 kV آؤٹ ڈور کرنٹ ٹرانسفارمر، اور برطانیہ اور اسکاٹ لینڈ میں آؤٹ ڈور 420 kV GIL سسٹمز شامل ہیں۔
5. نتائج اور امکانات
سوئچنگ اطلاقات کے لیے SF₆ متبادل گیسوں پر شائع شدہ معلومات کا جائزہ لیا گیا ہے۔ موجودہ مرحلے میں، یہ تحقیق ابھی ابتدائی مراحل میں ہے اور دہائیوں پر محیط SF₆ پر کام کے مقابلے میں کہیں کم وسیع ہے۔ دستیاب صنعت کار کے ڈیٹا ظاہر کرتے ہیں کہ نئے گیس—جیسے C₅-PFK اور C₄-PFN—قابلِ عمل اختیارات ہیں جو جب بفر گیس کے طور پر CO₂ کے ساتھ مخلوط کیے جاتے ہیں، تو SF₆ کی کارکردگی کو جزوی طور پر میچ کر سکتے ہیں، حالانکہ وہ SF₆ کی تمام صلاحیتوں کو مکمل طور پر نہیں دہرا سکتے۔
اہم فرق عزل اور روک تھام کی کارکردگی میں ہیں، اور ابالنے کا نقطہ—جو سوئچ گیئر کے کم از کم مقررہ آپریٹنگ درجہ حرارت کا تعین کرتا ہے۔ خالص CO₂ کے ساتھ کم از کم آپریٹنگ درجہ حرارت (مثلاً، –50 °C) حاصل کیا جا سکتا ہے۔ تاہم، C₄-PFN یا C₅-PFK والے گیس مخلوط کے مقابلے میں CO₂ کی روک تھام کی کارکردگی عموماً کم ہوتی ہے، خاص طور پر ریکوری وولٹیج پیک برداشت اور روک تھام کی صلاحیت کے لحاظ سے۔
CO₂/C₅-PFK مخلوط کا CO₂/C₄-PFN مخلوط پر ایک فائدہ ان کا ناگہانی GWP (~1 بمقابلہ C₄-PFN کے لیے 427/600) ہے۔ اس کے برعکس، CO₂/C₄-PFN مخلوط CO₂/C₅-PFK مخلوط (تقریباً –5 °C) کے مقابلے میں کم از کم آپریٹنگ درجہ حرارت (تقریباً –25 °C) پیش کرتے ہیں۔
6. 40.5kV 72.5kV 145kV 170kV 245kV ڈیڈ ٹینک ویکیوم سرکٹ-بریکر
تفصیل :
40.5kV، 72.5kV، 145kV، 170kV، اور 245kV ڈیڈ ٹینک ویکیوم سرکٹ-بریکرز ہائی وولٹیج پاور سسٹمز کے لیے اہم تحفظی آلات ہیں۔ ویکیوم کو قوس مٹانے اور عزل کے وسیلے کے طور پر استعمال کرتے ہوئے، ان میں غیر معمولی قوس مٹانے کی صلاحیت ہوتی ہے، جو خرابی کرنٹس کو تیزی سے روکتی ہے اور قوس کی دوبارہ آتشزدگی کو مؤثر طریقے سے روکتی ہے تاکہ پاور سسٹم کے مستحکم آپریشن کو یقینی بنایا جا سکے۔ ڈیڈ ٹینک ڈیزائن کمپیکٹ جگہ اور مضبوط میکانی استحکام فراہم کرتا ہے، جو انسٹالیشن اور دیکھ بھال میں تسہیل فراہم کرتا ہے۔ انتہائی قابل اعتماد سپرنگ آپریٹنگ میکانزم سے لیس، ان سرکٹ بریکرز کی میکانی عمر 10,000 آپریشنز سے زیادہ ہے، جو تیز اور درست ردعمل فراہم کرتی ہے۔ نمایاں ماحولیاتی موافقت کے ساتھ، وہ سخت آؤٹ ڈور حالات کے تحت مستحکم طور پر کام کر سکتے ہیں۔ سبسٹیشنز، ٹرانسمیشن لائنوں، اور دیگر منظرناموں میں وسیع پیمانے پر لاگو، وہ مختلف وولٹیج سطحوں پر موثر اور محفوظ پاور سوئچنگ کنٹرول اور قابل اعتماد تحفظ فراہم کرتے ہیں۔
اہم کارکردگی کا تعارف:
کارآمد آرک ختم کرنے کی صلاحیت: آرک کو جلدی اور مطمئن طور پر ختم کرنے کے لئے خلا کا استعمال کرتا ہے، جس سے دوبارہ روشن ہونے کی روک تھام کی جاتی ہے۔
ویڈ وولٹیج رینج: 40.5kV، 72.5kV، 145kV، 170kV، اور 245kV کی درجات میں دستیاب ہے تاکہ مختلف گرڈ کے اطلاقات کے لئے مناسب ہو۔
موٹی مردہ ٹینک ڈیزائن: کثیف ڈھانچہ مکینکل استحکام کو یقینی بناتا ہے اور نصب / صيانت کو آسان بنا دیتا ہے۔
معتمد آپریشن: سپرنگ - مبنی آپریشنگ مکینزم 10,000 سے زائد مکینکل اندرژن کے سائکل کے ساتھ۔
بہتر سیلنگ: دوہرا سیل فلینج ڈیزائن پانی سے بچانے اور گیس ٹائٹ پروٹیکشن کی عرض کرتا ہے، جو باہر کے استعمال کے لئے مثالی ہے۔