SF₆ alternativ gaza asoslangan zamonaviy yog'inchi qurilmalarining eng so'nggi rivojlanish tendensiyalari
1. Kirish
SF₆ elektr energiya uzatish va taqsimot tizimlarida keng qo'llaniladi, masalan, gazli izolyatsiyali o'g'ir qurilmalar (GIS), avtomatik sig'latqichlar (CB) va o'rtacha quvvatli (MV) yuk o'g'ir qurilmalari. U unikal elektr izolyatsiya va arka yoyish imkoniyatlarga ega. Biroq, SF₆ esa g'aroyev bo'lgan gaz hisoblanadi, 100 yillik muddatda global issiqlikni kamaytirish imkoniyati 23,500 ga teng, shuning uchun uni ishlatish nazorat ostida va cheklash haqidagi o'zaro muhokamalarda mavjud. Natijada, quvvat sohalarida alternativ gazlar haqida ikki asr davomida tadqiqotlar olib borilmoqda.
"Club Zéro" (CZC) CIGRE bilan hamkorlikda, bosqich vazifalarini almashtirish uchun SF₆ alternativ gazlari holatini baholash maqsadida initsiativani ishga tushirdi. Bu mavzuga oid barcha mavjud so'nggi adabiyotlar to'plash uchun so'rovnoma o'tkazildi. Natijalar 2016-yilda CIGRE Session da umumiy sesiyada tasvirlangan va muhokama qilindi. Bu maqola ushbu so'rovnomaning asosiy natijalarini ko'rsatadi. Vakuum bosqich texnologiyasi alohida davom etayotgan faoliyat hisoblanadi, shuning uchun bu nazoratda qamrab olinmaydi.
2. Alternativ Gazlar
1997-yilda Kyoto protokolini qabul qilishidan so'ng, alternativ gazlar haqida tadqiqotlar intensivlashtirildi va oxirgi on yilda yanada oshdi. Alternativ gazlar uchun asosiy talablarni quyidagicha aniqlab chiqarish mumkin: past global issiqlikni kamaytirish imkoniyati (GWP), nol ozonni yo'qotish imkoniyati (ODP), past zaharlanganlik, yonmaydiganlik, yuqori dielektrik kuch, yuqori arka yoyish va issiqlik tarqatish imkoniyati, kimyoviy barqarorlik, material moslashuvchanlik va bozordagi mavjudligi.
Tadqiqotlar jarayonida, CO₂ eng yaxshi arka yoyish gaziga aylanishi mumkin, O₂ yoki CF₄ kabi qo'shimchalarning qo'shilishi orqali uning imkoniyati oshirilishi mumkin. Biroq, tadqiqotlar CO₂ning kesish va izolyatsiya imkoniyatlari SF₆dan kam ekanligini ko'rsatadi. Boshqa qiziqarli kandidatlar fluorlangan gazlar orasida topilgan, masalan, CF₃I, hidrofluoroolefinlar (HFO-1234ze va HFO-1234yf), perfluorketonlar (masalan, C₅F₁₀O), perfluornitrillar (C₄F₇N), fluorlangan efirlar (HFE-245cb2), fluorlangan epoksiddar va hidroklorofluoroolefinlar (HCFO-1233zd).
Barcha talablar hisobga olinganda, eng yaxshi joriy kandidatlar C₅ perfluorketon (CF₃C(O)CF(CF₃)₂ yoki C₅-PFK) va iso-C₄ perfluornitril ((CF₃)₂CF-CN yoki C₄-PFN) hisoblanadi. Toza gazlar uchun, dielektrik imkoniyat kaynamoq nuqtasi bilan mutanosib—ya'ni, yuqori dielektrik kuchi bor gazlarning kaynamoq nuqtasi ham yuqori bo'ladi. 0.1 MPa bosimda, C₅-PFK va C₄-PFN ning kaynamoq nuqtalari mos ravishda 26.5°C va –4.7°C. Shuning uchun, past havo haroratida ishlash talablarini qanoatlantirish uchun, buffer gazlar qo'shilishi kerak. Yuqori quvvatli ishlab chiqarishlarda, CO₂ yaxshi arka yoyish imkoniyati sababli, buffer gaz sifatida tanlanadi. O'rtacha quvvatli ishlab chiqarishlarda, C₅-PFK bilan birga izolyatsiya maqsadida havo ham buffer gaz sifatida ishlatilganligi haqida xabar berilgan.
3. Toza va Gaz Aralashmalari Xossalari
Jadval 1 tanlangan alternativ gazlar SF₆ bilan solishtirilgan holda ko'rsatilgan. Bu gazlar GWP larini o'zaro aniq solishtirish mumkin: C₄-PFN CO₂ yoki C₅-PFK ga nisbatan juda yuqori GWP ga ega, ulardan har biri GWP si 1 ga yaqin. Qiziqarli bo'lgan barcha gaz kandidatlari yonmaydigan, nol ODP ga ega va kimyoviy ishlab chiqaruvchilar tomonidan taqdim etilgan texnik va xavfsizlik ma'lumotlar kitoblari bo'yicha zaharlantiradigan emas deyiladi. Toza C₄-PFN va C₅-PFK ning dielektrik kuchi SF₆ dan ikki barobar yuqori. CO₂ ning dielektrik kuchi havoga o'xshash, ya'ni SF₆ dan aniq past.
Jadval 1: Toza Gaz Xossalari SF₆ bilan Solishtirilganda
| 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 |
Jadval 2 oʻzgaruvchilar va oʻzgaruvchi qoplamalarning elektr tashkil etish vositalarida ishlatilganda ularning xususiyatlarini koʻrsatadi. C₄-PFN va C₅-PFK oʻzgaruvchilari oʻzgaruvchi qoplamalar bilan ishlatilganda, ikkinchi ustunda, adolatda 13% (mole konsentratsiya) dan past boʻlgan konsentratsiyada berilgan. C₅-PFK ni CO₂-da ishlatishda oksigen qoʻshimchalari haqida ham maʼlumotlar mavjud, chunki oksigen mavjudligi zararli tomon mahsulotlarni (masalan, CO) va qat’i tomon mahsulotlarni (masalan, anjir) yaratishni kamaytirishi mumkin.
Jadval 2: Toʻq va oʻrta bosqichli elektr tashkil etish vositalaridagi sodda oʻzgaruvchilar va oʻzgaruvchi qoplamalarning xususiyatlari/ish rejasi
| 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 |
SF₆ bilan bir xil bosimda (Jadval 6) solyutlarning dielektrik tahliya voltajining kamayishi sababli, C₅-PFK va C₄-PFN ning CO₂ ni buffer gaz sifatida ishlatilishi uchun minimum ishlash bosimi oʻrtacha 0.7–0.8 MPa gacha oshirilishi kerak. Oʻrta voltajli qurilmalarda havo/C₅-PFK aralashmalari ishlatilganda, 0.13 MPa bosimni saqlash mumkin, bu SF₆ ga yaqin dielektrik tahliya voltajini beradi.
C₄-PFN yoki C₅-PFK ning nisbiy ravishda past aralashma nisbatlari bilan yuqori dielektrik tahliya voltajiga erishish sinergetik ta'sir tomonidan tushuntirilishi mumkin—ya'ni, dielektrik quvvat qo'shimcha kontratsiyasi bilan chiziqli emas holda oshadi, bu jarayon oldin SF₆/N₂ aralashmalari uchun kuzatilgan. C₅-PFK aralashmalarning GWP i neglijiruem bo'lib, bu juda past minimal ishlash harorati narxini talab qiladi. Past haroratli qurilmalar (masalan, –25°C) uchun faqat CO₂ yoki CO₂ + C₄-PFN aralashmalar ishlatilishi mumkin, ammo bu kompromissiz: faqat CO₂ ishlatilganda dielektrik tahliya voltaji aniq darajada pasayadi, yoki C₄-PFN aralashmalari ishlatilganda GWP aniq darajada oshadi.
4. Alternativ Gazlar Uchun Klyuchlanish Xususiyatlari
Jadval 3 toza CO₂ va CO₂ asosidagi aralashmalarning klyuchlanish xususiyatlari haqidagi avvalgi ma'lumotlarni yig'indisi, SF₆ xususiyatlari solishtirish uchun ko'rsatilgan. SF₆ ga nisbatan ishlash bosimini oshirish orqali sovuq dielektrik quvvat—masalan, kapasitiv klyuchlanish xususiyatlarini baholash uchun ishlatiladigan oʻlchov—SF₆ darajasiga yetkazish mumkin.
Jadval 3: Yuqori voltajli qurilmalarda SF₆ ga nisbatan yuqori ishlash bosimlari uchun gazlar va gaz aralashmalari klyuchlanish xususiyatlarini solishtirish
| Gaz | Ishlov berish bosimi [MPa] | Dielektrik kuch / pu | SLF ni SF₆ bilan solishtirilganda / 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 ga yaqin | 0.8…0.87 | SF₆ ga yaqin |
| CO₂/C4-PFN | 0.67…0.82 | SF₆ ga yaqin | 0.83…(1) | SF₆ ga yaqin |
Tahlil etilgan adabiyotlarda, C₄-PFN va C₅-PFK qo'shimalari bo'yicha o'zgarish performansiga oid faqat sifatli ifodalarni topish mumkin. CO₂ uchun ba'zi sonli solishtirishlar mavjud. Umuman olganda, yagona CO₂ bilan, shu jumladan, 1 MPa ga yaqin tortib turish bosimi bilan, SF₆ ning ikkita tretega teng isolatsiya va qisqa chiziqli xato (SLF) o'zgartirish performansi kutiladi.
CO₂ ga O₂ (30% gacha ishlatiladigan aralashlik nisbatlari bilan) qo'shilishi orqali SLF o'zgartirish performansidagi yaxshilanish va dielektrik quvvatdagi qisman oshish kutiladi. CO₂ ga C₄-PFN yoki C₅-PFK qo'shilib, SF₆ ga yaqin dielektrik performans erkin tarzda erkinlashtirilishi mumkin. Tahlillar, CO₂/O₂/C₅-PFK aralashliklari bo'yicha SLF o'zgartirish performansining SF₆ dan 20% past ekanligini ko'rsatadi. Bu esa, CO₂/C₄-PFN aralashliklari uchun maxsus moslashtirilgan shuntlar, SF₆ ga yaqin SLF performansini erkinlashtirishga ega deb aytiladi.
Odatda, tahlillar, qo'shimcha yo'q holatda ham CO₂ ni, geometriya va bosim shartlari bir xil bo'lganda, CO₂/C₄-PFN va CO₂/C₅-PFK aralashliklari bilan, yaqin zonada (issiqlik) o'zgartirish performansida oxirgi ikkalasini bir xil natijalar berishi keltiriladi. Qisqa dizayn o'zgarishlari yoki oddiy derating orqali, yangi aralashliklar IEC test vazifalari L90 (SLF) va T100 (100% terminal xato) ni muvaffaqiyatli o'tkazishga erkin, bu esa ularning o'zgartirish performansining SF₆ ga nisbatan aniq ravishda past emasligini ko'rsatadi. Bu, shuntning o'zgartirish funksiyasi uchun ham tasdiqlangan.
Kelajakda, maxsus dizayn optimizatsiyalari orqali o'zgartirish performansidagi yanada yaxshilanishlar kutilmoqda. Aralashliklardan keyin gazlar toksigidan kelib chiqqan masala muhimdir. C₅-PFK va C₄-PFN murakkab molekulalar bo'lib, C₄-PFN hollatida 650 °C gacha bo'lgan darajada ajralish boshlanadi. Ajarlash paytida, bu molekulalar asl holatlariga qaytish o'rniga, kichik fragmentlarga aylanadi. CO₂/O₂/C₅-PFK aralashliklari uchun, juda katta oqimni o'zgartirish paytida 0.5 mol/MJ ajralish tezligi e'lon qilingan. Qismli oqimlar uchun, bu qiymatdan bir necha marta pastroq ajralish tezligi nazorat qilindi.
Bu yangi gazlar bo'yicha ajralish xususiyatlari, asosan kontakt va nozul materiallari bilan kimyoviy reaksiyalarning ta'siri ostida ajraladigan SF₆ bilan to'g'ridan-to'g'ri solishtirishga ruxsat berilmasligi kerak. Yangi gazlar uchun, jihoz omil davrigi boyicha ajralish ma'hmuriy masala hisoblanmaydi, lekin jihoz ichidagi gaz koncentrasiyasini monitoring qilish yoki periodik ravishda tekshirish talab etiladi. Yuk boruvchi qo'llanmalarda (ya'ni, CO₂ bilan aralashliklar), eng toxinin ajralish jarayonlari CO va HF bo'lib, bu aralashliklar bo'yicha ark by-products SF₆ dan kam yoki uning oxirgi toxin darajasiga teng bo'lishi kutiladi. Shuning uchun, ark-exposed SF₆ uchun ishlatiladigan usullar kabi, bu yangi gazlar bilan ishlash usullarini tavsiya etiladi.
Biroq, bu ifodalarni qo'llab-quvvatlovchi ma'lumotlar, yangi gazlarning toksinligi haqidagi cheklanmagan bilim asosida amalga oshirilgan. SF₆ alternativlari bo'yicha post-ark toksinligi haqida ko'proq tajribaga ehtiyoj bor. Boshqa e'tiborga solinishi lozim bo'lgan savollar, material kompatibilitati (masalan, sig'otlar va smarlarni ta'sirini), gaz sig'otlari integriteti va gaz ishlash usullari. Natijada, yangi gazlar bilan xavfsiz ishlash uchun, mevcut yuklu jihozlarni moslashtirish yoki material o'zgarishlari talab etiladi.
Ichki ark testlari, barcha aralashliklar bilan amalga oshirilgan va serius masalalar aniqlanmadi. Aralashliklarning issiqlik oqish quvvati, SF₆ dan qisman pastroq, bu esa, oqimni ta'minlash qobiliyatini o'rta yoki oddiy derating yoki dizayn o'zgarishlari talab etadi. CO₂ live-tank shuntlari, bir necha yillardan beri tajribaga ega bo'lgan va CO₂ bilan to'ldirilgan shuntlar endi savdogarlikda mavjud.
Yukli va o'rtacha voltaj pilot joylashtirishlari, C₅-PFK aralashliklari bilan, 2015 yildan buyon Shveytsariya va Germaniyada muvaffaqiyatli ishlayapti. CO₂/C₄-PFN aralashliklari bilan ishlov berilayotgan pilot loyihalar, bir qator Yevropa mamlakatlarida, Shveytsariyada 145 kV ichki GIS, Germaniyada 245 kV tashqi oqim o'lchovchisi va Britaniya va Skotlandiyada tashqi 420 kV GIL sistemlari bilan rejalashtirilgan yoki amalga oshirilmoqda.
5. Xulosa va Nazorda Tutulanlar
Switching qo'llanmalari uchun SF₆ alternativ gazlari haqida chop etilgan ma'lumotlar tahlil etildi. Joriy etapda, bu izohlar hali ortiqcha kamroq va SF₆ bo'yicha yillar davomida olib borilgan ishlar bilan solishtirilganda aniqroq. Mavjud ishlab chiqaruvchi ma'lumotlari, yangi gazlar—C₅-PFK va C₄-PFN kabi—CO₂ bilan aralashishda, SF₆ performansini qisman takomillashtirishini, ammo SF₆ning barcha qobiliyatlarini to'liq takomillashtirishini imkoniyatlarini ko'rsatadi.
Asosiy farqlar, isolatsiya va o'zgartirish performansida, hamda kaynamoq nuktasida—bu switchgearning eng past belgilangan ishlash temperaturasi ni aniqlovchi. -50 °C kabi past eng past ishlash temperaturasi, saf CO₂ bilan erkinlashtirilishi mumkin. Ammo, CO₂ umuman o'zgartirish performansida, xususan, tiklash voltaj pikni davom ettirish va o'zgartirish qobiliyatida, C₄-PFN yoki C₅-PFK bilan aralashgan gazlar bilan solishtirilganda, pastroq natija beradi.
CO₂/C₅-PFK aralashliklari, CO₂/C₄-PFN aralashliklari bilan solishtirilganda, GWP (~1 vs. C₄-PFN uchun 427/600) nisbatan neglijirlanadi. Aksincha, CO₂/C₄-PFN aralashliklari (-25 °C gacha) CO₂/C₅-PFK aralashliklari (-5 °C gacha) bilan solishtirilganda, pastroq eng past ishlash temperaturasini ta'minlaydi.
6. 40.5kV 72.5kV 145kV 170kV 245kV Dead tank Vacuum Circuit-Breaker
Tavsifi：
40.5kV, 72.5kV, 145kV, 170kV va 245kV Dead tank vakuum shuntlari, yuklu elektr energiya tizimlari uchun muhim himoya vositalaridir. Vakuumni arkni o'chirish va isolatsiya vositasi sifatida ishlatish orqali, ular a'lo arkni o'chirish qobiliyatiga ega, tezroq xato oqimlarini o'zgartirish va samarali arkni qayta yaratishdan himoya qilish orqali elektr energiya tizimining istiqbolli ishlashini ta'minlaydi. Dead tank dizayni, kompaktni va mekhanik mustahkamlashni ta'minlaydi, bu esa o'rnatish va texnik xizmatni osonlashtiradi. Yuqori ishonchli sprint operatsiya mekanizmlari bilan to'plangan, bu shuntlar 10,000 ta operatsiyadan oshiq mekhanik omil davriga ega, tez va aniq javoblarni ta'minlaydi. Zamonaviy ekologik moslashish bilan, ular tortib turish sharoitlarida ustuvor ishlashlari mumkin. Substantsiyalar, uzluksiz chiziqlar va boshqa holatlarda keng qo'llaniladi, ular turli voltaj darajalarida samarali va xavfsiz elektr energiyasini o'zgartirish va ishonchli himoya ta'minlaydi.
Asosiy funksiyalar:
Effektiv ark yoyilishi: Tez va ishonchli ark yoyish uchun vakumdan foydalanadi, qayta yonishni oldini oladi.
Keng shoshilish diapazoni: Versatil tarmoq qo'llanmalari uchun 40.5kV, 72.5kV, 145kV, 170kV va 245kV reytinglarda mavjud.
Kuchli o'lik rezervuar dizayni: Kompakt struktura mekanik qurilishni ta'minlaydi va o'rnatish/ishlab chiqarishni soddalashtiradi.
Ishonchli ishlash: Yuzma-yuzga asoslangan ish rejimi 10,000 dan ortiq mexanik davom etish tsikllari bilan.
Yaxshilangan sigim: Ikki sig'imli flanch dizayni suvda barqaror bo'lish va gaz sig'imligini ta'minlaydi, tashqi foydalanish uchun ideal.
