واحدپارهای حلقه ای با گاز SF6 در مقایسه با واحدپارهای حلقه ای بدون گاز SF6: تفاوت های کلیدی

از دیدگاه عملکرد عایق، سولفور هگزافلورید (SF6) ویژگی‌های عایق‌بندی بسیار خوبی ارائه می‌دهد. قدرت دی الکتریک آن تقریباً ۲/۵ برابر هوای محیط است که به طور موثر عملکرد عایق‌بندی تجهیزات الکتریکی را تحت فشار جوی استاندارد و دمای محیطی تضمین می‌کند. گازهای جدید بدون SF6 که در تجهیزات کلیدزنی بدون گاز SF6 استفاده می‌شوند—مانند برخی ترکیبات گازی—همچنین می‌توانند نیازهای عایق‌بندی را برآورده کنند، اگرچه مقادیر خاص آنها بسته به فرمولاسیون متفاوت است. برخی از این گازهای جدید بدون SF6 دارای قدرت دی الکتریک نزدیک به SF6 هستند، در حالی که برخی دیگر کمی پایین‌تر هستند.

از نظر تأثیر گرم شدن جهانی، SF6 یک گاز گلخانه‌ای قدرتمند با بالاترین ظرفیت گرم شدن جهانی (GWP) است. در افق زمانی ۱۰۰ ساله، مقدار GWP آن به ۲۳۹۰۰ می‌رسد. در مقابل، گازهای استفاده شده در تجهیزات کلیدزنی بدون گاز SF6 بیشتر جایگزین‌های با GWP پایین هستند؛ به عنوان مثال، برخی از ترکیبات فلوئوریدی GWP‌هایی در حدود چند صد یا حتی کمتر دارند که به طور قابل توجهی تأثیر آنها بر تغییرات اقلیمی را کاهش می‌دهند.

از نظر پایداری شیمیایی، SF6 بسیار پایدار شیمیایی است و تحت شرایط عملیاتی معمول تقریباً با مواد دیگر واکنش نمی‌دهد، که به حفظ محیط داخلی پایدار تجهیزات الکتریکی در طول زمان کمک می‌کند. با این حال، برخی از مولفه‌های گازهای بدون SF6 پایداری شیمیایی نسبتاً ضعیف‌تری دارند و ممکن است تحت شرایط عملیاتی خاص—مانند دماهای بالا یا میدان‌های الکتریکی قوی—واکنش‌های شیمیایی خاصی را تجربه کنند که می‌تواند عملکرد تجهیزات را تحت تأثیر قرار دهد.

از نظر نیازهای بسته‌بندی، مولکول‌های SF6 نسبتاً کوچک هستند که منجر به ریسک بالاتری از نشتی می‌شود. بنابراین، تجهیزات کلیدزنی با عایق‌بندی SF6 نیاز به فرآیندهای و مواد بسته‌بندی بسیار دقیق دارند و معمولاً از مخلوط‌های بسته‌بندی با عملکرد بالا و ساختارهایی برای تضمین نرخ نشتی سالانه کمتر از ۰/۵٪ استفاده می‌کنند. اگرچه تجهیزات کلیدزنی بدون گاز SF6 نیز نیاز به بسته‌بندی دقیق دارند، اما تمرکز در انتخاب مواد و فرآیندهای آنها با تجهیزات SF6 متفاوت است. برخی از گازهای بدون SF6 کمتر تخریب‌کننده مواد بسته‌بندی هستند که این امر محدوده گسترده‌تری از گزینه‌های بسته‌بندی را امکان‌پذیر می‌کند.

از نظر قابلیت خاموش کردن قوس الکتریکی، SF6 عملکرد خاموش کردن قوس بسیار عالی دارد. پس از تجزیه، به سرعت الکترون‌های آزاد در پلاسمای قوس را جذب می‌کند و خاموش کردن سریع قوس را ممکن می‌سازد—به ویژه در سناریوهای قطع ولتاژ و جریان بالا مؤثر است. قابلیت خاموش کردن قوس گازهای بدون SF6 متفاوت است: برخی از فرمولاسیون‌های پیشرفته عملکرد خاموش کردن قوس مشابه با SF6 دارند، در حالی که برخی دیگر در سرعت و کارایی خاموش کردن قوس کمتر مؤثر هستند.

از دیدگاه هزینه، خود گاز SF6 نسبتاً ارزان است. با این حال، به دلیل نیازهای بسته‌بندی دقیق و پیچیدگی سیستم‌های بازیابی و مدیریت گاز، هزینه کلی تجهیزات کلیدزنی با SF6 همچنان بالاست. برای تجهیزات کلیدزنی بدون گاز SF6، برخی از گازهای جدید بدون SF6 هزینه‌های تحقیق و توسعه بالایی دارند و در حال حاضر گران‌تر هستند، اما با پیشرفت تکنولوژی و اقتصاد مقیاس، هزینه‌های آنها به تدریج کاهش می‌یابد و در آینده می‌توانند با تجهیزات SF6 رقابت کنند.

از نظر فواصل نگهداری، تجهیزات کلیدزنی با SF6 از پایداری گاز بهره‌مند هستند و معمولاً نیاز به تست کامل گاز و بازرسی تجهیزات فقط یک بار در هر ۳ تا ۵ سال در شرایط معمولی دارند. در مقابل، فواصل نگهداری تجهیزات کلیدزنی بدون گاز SF6 بستگی به پایداری گاز و شرایط عملیاتی دارد؛ برخی از واحد‌ها ممکن است نیاز به نظارت بیشتر روی گاز و ارزیابی عملکرد داشته باشند که می‌تواند دوره نگهداری را به ۱ تا ۲ سال کاهش دهد.

از نظر ویژگی‌های ولتاژ تخریب، SF6 ولتاژ تخریب در میدان‌های الکتریکی یکنواختی دارد که ۲/۵ تا ۳ برابر هوای محیط است، که به آن اجازه می‌دهد ولتاژهای بالا را بدون تخریب تحمل کند. ولتاژ تخریب گازهای بدون SF6 به ترکیب گاز و فشار بستگی دارد و در میان فرمولاسیون‌های مختلف تفاوت قابل توجهی دارد—برخی به سطح SF6 نزدیک هستند، در حالی که برخی دیگر قابل توجه کمتر هستند—که نیاز به ارزیابی دقیق در طراحی و کاربرد دارد.

از نظر محدوده کاربرد، تجهیزات کلیدزنی با SF6 در سیستم‌های برق ولتاژ بالا و خیلی بالا گسترده استفاده می‌شوند، به ویژه در زیرстанسیون‌ها و سیستم‌های تأمین ولتاژ بالا از تأسیسات صنعتی بزرگ غالب هستند. تجهیزات کلیدزنی بدون گاز SF6 به تدریج در سیستم‌های ولتاژ متوسط و پایین مورد استفاده قرار می‌گیرند و با تکامل تکنولوژیک، به تدریج به کاربردهای ولتاژ بالا گسترش می‌یابند. با این حال، در سناریوهای ولتاژ و ظرفیت بالا، اعتبارسنجی و تکمیل بیشتری نسبت به راه‌حل‌های SF6 لازم است.

از نظر روش‌های تشخیص گاز، SF6 معمولاً با استفاده از کروماتوگرافی گاز یا تکنیک جذب اشعه فروسرخ—روش‌های رسیده که دقت تشخیص بالایی دارند—تشخیص داده می‌شود. برای گازهای بدون SF6، به دلیل ترکیبات پیچیده و متنوع آنها، روش‌های تشخیص متنوع‌تر و در حال تکامل هستند. در حالی که برخی از روش‌های تشخیص SF6 می‌توانند تطبیق داده شوند، تکنولوژی‌های تشخیص جدید مخصوص به مولفه‌های گازی خاص نیز باید توسعه یافته تا تشخیص سریع و دقیق گاز را ممکن سازند.