وضع موجود وروند تکامل دیگانه‌های فشار بالا SF6

بازکننده‌های فشار بالا که به عنوان سوییچ‌های فشار بالا نیز شناخته می‌شوند، دارای قابلیت‌های کافی برای قطع و خاموش کردن آتش سوزی هستند. آنها نه تنها می‌توانند جریان‌های بدون بار و با بار مدارهای فشار بالا را قطع و بسته کنند بلکه در صورت بروز خرابی در سیستم، با دستگاه‌های حفاظتی و خودکار همکاری کرده و به سرعت جریان خرابی را قطع می‌کنند، که این کار محدوده قطع برق را کاهش می‌دهد و از گسترش حوادث جلوگیری می‌کند. این موضوع برای تضمین عملکرد ایمن سیستم برق بسیار مهم است.

بازکننده‌های فشار بالا از طریق بازکننده‌های روغنی، بازکننده‌های هوا فشرده، بازکننده‌های خلأ و بازکننده‌های SF₆ توسعه یافته‌اند. از بین این نوع‌ها، دو نوع اول به تدریج منسوخ شده‌اند و بازکننده‌های SF₆ نسبت به دو نوع بعدی بیشتر مورد استفاده قرار گرفته‌اند. بازکننده‌های SF₆ در اوایل دهه ۱۹۷۰ به طور گسترده مورد پذیرش قرار گرفتند. آنها از سولفور هگزافلورید به عنوان مedium آتش‌نشانی استفاده می‌کنند. این نوع بازکننده‌ها دارای ظرفیت قطع بزرگی هستند. در شرایط قطع آزاد، ظرفیت قطع آنها تقریباً ۱۰ برابر بازکننده‌های دیگر است. این بازکننده‌ها نقش مهمی در عملکرد پایدار و ایمن سیستم برق ایفا می‌کنند و از نظر اقتصادی و اجتماعی نیز اهمیت زیادی دارند.

۱. عملکرد بازکننده‌های SF₆

بازکننده‌های SF₆ تجهیزات تغییر وضعیت بدون روغن هستند که از گاز SF₆ به عنوان medium عایق و آتش‌نشانی استفاده می‌کنند. عملکرد عایق و ویژگی‌های آتش‌نشانی آنها به طور قابل توجهی بیشتر از بازکننده‌های روغنی است. بازکننده‌های سولفور هگزافلورید دارای ویژگی‌های زیر هستند:

• قابلیت آتش‌نشانی قوی، قدرت عایق‌بندی بالا و مقدار ولتاژ تحمل بالای تکه‌های سری. بنابراین، در سطح ولتاژ اسمی مشابه، تعداد تکه‌های سری مورد نیاز کاهش می‌یابد که عملکرد اقتصادی محصول را بهبود می‌بخشد.

• عمر مفید الکتریکی طولانی. می‌تواند ۱۹ بار به طور مداوم با ظرفیت کامل ۵۰kA قطع کند و جریان قطع کلی می‌تواند به ۴۲۰۰kA برسد. دوره نگهداری طولانی است و برای عملیات مکرر مناسب است.

• عملکرد قطع خوب. به دلیل الکترونگاتیوی گاز SF₆، آن دارای قابلیت جذب الکترون‌های آزاد قوی است. آتش‌سوزی تشکیل شده در SF₆ موجب شکل‌گیری "ساختار ستون آتش" (هسته و غلاف آتش) می‌شود. پخش یون‌های پلاسمایی محدود می‌شود که اجازه می‌دهد یون‌های مؤثر باز ترکیب شوند. جریان قطع بزرگ است و می‌تواند به ۸۰-۱۰۰kA و حتی ۲۰۰kA برسد. زمان آتش‌نشانی کوتاه است، معمولاً ۵-۱۵ms. همزمان، عملکرد قطع برای قطع فاز معکوس، خرابی‌های نزدیک، خطوط بلند بدون بار و شرایط بدون بار ترانسفورماتور نیز خوب است.

• عملکرد عایق‌بندی بالا. قدرت عایق‌بندی SF₆ تقریباً ۵-۱۰ برابر هوای است.

• گاز SF₆ بی‌رنگ، بی‌بو، بی‌زهر، غیرقابل اشتعال و یک گاز بسیار پایدار است که به راحتی با مواد دیگر واکنش نمی‌دهد. علاوه بر این، هنگام باز شدن بازکننده، افزایش فشار ناشی از گرم شدن آتش‌سوزی بسیار کم است که عملکرد قابل اعتماد را تضمین می‌کند و از حوادث انفجاری جلوگیری می‌کند.

۲. توسعه بازکننده‌های فشار بالای SF₆
۲.۱ بازکننده‌های SF₆ دو فشار

دو سیستم گاز SF₆ (سیستم فشار بالا و سیستم فشار پایین) در داخل بازکننده تنظیم شده‌اند. فقط در طول فرآیند باز شدن، از طریق کنترل شیر بادکنی، فشار بالا از حفره فشار بالا به حفره فشار پایین جریان می‌یابد تا جریان گاز فشار بالا را تشکیل دهد. پس از اتمام قطع، شیر بادکنی بسته می‌شود. اصل کار حفره آتش‌نشانی این است که یک فشاردهنده گاز و لوله‌ها بین حفره فشار بالا و حفره فشار پایین متصل شده‌اند. هنگامی که فشار گاز در حفره فشار بالا کاهش یابد یا فشار گاز در حفره فشار پایین به حدی خاص افزایش یابد، فشاردهنده گاز شروع به پمپاژ گاز SF₆ در حفره فشار پایین به حفره فشار بالا می‌کند و یک سیستم گازی بسته خودکار را تشکیل می‌دهد.

۲.۲ بازکننده‌های SF₆ تک فشار

ساختار تک فشار ساده است و می‌تواند به دمای محیط گسترده‌ای تطبیق یابد. نوع فشرده‌سازی گاز نیز از طریق یک فرآیند توسعه گذشته است: از نظر بادکنی آتش، نوع تک فشار نسل اول ساختار تک بادکنی دارد با جریان قطع کوچک (معمولاً ۳۱.۵kA) و ولتاژ تکه‌های سری پایین (معمولاً ۱۷۰kV). نوع تک فشار نسل دوم ساختار دو بادکنی دارد، با جریان قطع افزایش یافته به (۴۰-۵۰kA)، ولی ولتاژ تکه‌های سری هنوز پایین است. معمولاً محصولات ۲۵۲kV دو تکه سری دارند. نوع تک فشار نسل سوم ساختار دو بادکنی را با اثر انبساط حرارتی (آتش‌نشانی ترکیبی) تکمیل می‌کند. جریان قطع بزرگ است و به ۶۳kA افزایش یافته و ولتاژ تکه‌های سری بالاست. یک تکه سری می‌تواند به ۲۵۲kV، ۳۶۳kV، ۴۲۰kV و حتی ۵۵۰kV برسد.

توسعه نوع تک فشار، از نظر حفره آتش‌نشانی، از یک پیستون فشرده‌سازی گاز کوچک‌تر استفاده کرده است. مزایای ایجاد شده از کاهش پیستون در حفره آتش‌نشانی به شرح زیر است:

• جرم کل سیستم حرکتی در طول فرآیند قطع محصول کاهش می‌یابد.

• توان عملیاتی محصول کاهش می‌یابد.

• بافری محصول آسان‌تر می‌شود و عمر مکانیکی طولانی است.

۲.۳ بازکننده‌های SF₆ انرژی خود

بازکننده‌های SF₆ انرژی خود دارای دو اصل آتش‌نشانی هستند: اصل انبساط حرارتی و اصل چرخش آتش. در حال حاضر، بیشتر بازکننده‌های انرژی خود از اصل انبساط حرارتی استفاده می‌کنند. اصل انرژی خود این است که از انرژی آتش برای گرم کردن گاز SF₆ در حفره انبساط، ایجاد فشار، تشکیل جریان گاز و آتش‌نشانی استفاده می‌کند. با این حال، در زمان قطع جریان‌های کوچک، به دلیل انرژی آتش کوچک، نیاز به یک پیستون کوچک برای فشرده کردن گاز و ایجاد بادکنی کمکی است. به دلیل کاهش قابل توجه توان عملیاتی، می‌توان از مکانیسم عملیاتی فنر با ساختار ساده استفاده کرد. نوع انبساط حرارتی اکنون به نسل دوم رسیده است. محصولات نسل اول با کاهش انرژی فشرده‌سازی گاز مورد نیاز برای آتش‌نشانی، اثر کاهش توان عملیاتی را به دست آورده‌اند. قطر پیستون فشرده‌سازی گاز طراحی شده است تا ۳۰٪ جریان خرابی ماکسیمم را قطع کند و جرم حرکتی نیز کوچک است که توان عملیاتی را کاهش می‌دهد. محصولات نسل دوم اثر انبساط حرارتی و عملکرد قطع را بیشتر بهبود می‌بخشند، نه تنها عملکرد قطع جریان خازنی را بهبود می‌بخشند بلکه توان عملیاتی را نیز بیشتر کاهش می‌دهند.

۲.۴ بازکننده‌های SF₆ هوشمند

یکی از ویژگی‌های دیگر بازکننده‌های فشار بالای مدرن هوشمندی آنها است که از سیستم‌های الکترومکانیکی سنتی به سیستم‌های هوشمند مدرن متمرکز بر کامپیوتر تبدیل شده‌اند. در حال حاضر، محتوای آزمایش آنلاین بازکننده‌های فشار بالا به شرح زیر است:

• گاز SF6;

• سیستم مکانیسم عملیاتی;

• آزادسازی;

• مدارهای کنترل و کمکی;

• زنجیره انتقال توان.

از طریق این آزمایش‌ها، بیش از ۹۰٪ خرابی‌ها کشف می‌شوند. آزمایش آنلاین می‌تواند نگهداری منظم بازکننده‌ها را به نگهداری بر اساس وضعیت واقعی تغییر دهد.

۳. بازکننده‌های SF₆ نوع پایه سرامیک و نوع ظرف و کاربری آنها

چین اولین بار در سال ۱۹۷۰ بازکننده‌های SF₆ را به کار گرفت وقتی که اداره برق شمال شرقی سه بازکننده SF₆ دو فشار نوع H-912 ۲۲۰KV را که توسط Siemens تولید شده بودند وارد کرد و آنها را در زیرстанیون اصلی HuShitai در شن‌یانگ نصب کرد. آنها هنوز هم به خوبی عمل می‌کنند.

بازکننده‌های فشار بالای سولفور هگزافلورید بر اساس ساختار به دو نوع پایه سرامیک و نوع ظرف تقسیم می‌شوند. در مقایسه بین دو نوع، هر یک ویژگی‌های خاص خود را دارند:

• هر دو نوع پایه سرامیک و نوع ظرف بازکننده‌های فشار بالای SF₆ می‌توانند نیازهای فشار بالا و ظرفیت بزرگ را برآورده کنند. حفره آتش‌نشانی نوع پایه سرامیک روی پشتیبان عایق‌بندی نصب می‌شود. با اتصال سری حفره‌های آتش‌نشانی و نصب آنها در ارتفاع مناسب روی پشتیبان عایق‌بندی، هر مقدار ولتاژ اسمی می‌تواند به دست آید. پشتیبان عایق‌بندی بیشتر پایه سرامیک است، اما پشتیبان‌های مرکب آلی نیز ظاهر شده‌اند. حفره آتش‌نشانی نوع ظرف در یک ظرف فلزی که به پتانسیل زمین متصل است نصب می‌شود. در فشار بالا، چند حفره آتش‌نشانی باید سری به هم متصل شده و در همان ظرف برای هر فاز نصب شوند.

• نصب ترانسفورماتورهای جریان. از نظر نصب ترانسفورماتورهای جریان، بازکننده‌های نوع پایه سرامیک در م Nachteil sind. Da die Auslöschkammer des Porzellanständer-Typs innerhalb des Isolators und auf dem isolierenden Träger installiert ist, muss der Stromtransformator separat auf seinem eigenen isolierenden Träger installiert werden. Der Bushing-Typ Stromtransformator kann jedoch auf dem Bushing des Behältertyp-Schalters installiert werden. In einigen Anwendungsszenarien benötigt der Schalter keinen Stromtransformator, insbesondere wenn er als Schalter zum Umschalten von Kondensatoren und Drosselwiderständen verwendet wird. Hier beträgt der Preis des Porzellanständer-Typs nur 60% des Preises des Behältertyp-Schalters, und dank der Verwendung mehrerer Serienunterbrechungen kann er Wiederentladungen besser widerstehen.

• kapacitaet zur Aussenstoßfestigkeit. Vom Standpunkt der äußeren Stoßfestigkeit aus können mehrere serielle Auslöschkammern des Porzellanständer-Typ-Schalters jede Nennspannung erfüllen, aber ihre äußere Isolationsfestigkeit ist durch die Länge der Auslöschkammer selbst begrenzt. Für den Behältertyp-Schalter, so lange die notwendige Festigkeitskapazität zur Reduzierung der Anzahl der Serienunterbrechungen entwickelt werden kann, kann eine Isolierschutzrohr hergestellt werden. Daher kann der Behältertyp-Schalter eine einzelne Serienunterbrechung von 550kV/63kA und eine doppelte Serienunterbrechung von 1100kV/50kA erreichen.

• Verbrauch von SF₆-Gas. Im Hinblick auf den Verbrauch von SP6-Gas ist der Porzellanständer-Typ dem Behältertyp überlegen. Der Gasverbrauch des Behältertyp-Schalters ist viel höher als der des Porzellanständer-Typs.

• Umweltanpassungsfähigkeit. Vom Standpunkt der Umweltanpassungsfähigkeit aus zeigt der großvolumige Behältertyp-Schalter seine Vorteile. Ein Heizer kann im Behältertyp-Schalter installiert werden, während dies beim Porzellanständer-Typ nicht möglich ist.

• Erdbebensicherheit. Vom Standpunkt der Erdbebensicherheit aus ist der Behältertyp-Schalter weitaus besser als der Porzellanständer-Typ. Da der Porzellanständer-Typ-Schalter einen hohen Schwerpunkt hat, ist seine Erdbebensicherheit schlecht.

• Preisvergleich. Im Hinblick auf den Preis ist der Porzellanständer-Typ-Schalter für die gleiche Kapazität besser als der Behältertyp. Im Allgemeinen ist der Preis des Behältertyp-Schalters etwa 20% höher als der des Porzellanständer-Typ-Schalters mit externem Stromtransformator (wie z.B. ein SF₆-Transformator).

۴. مواردی که در عملیات و نگهداری بازکننده‌های SF₆ باید ملاحظه شود

برای کنترل دقیق روان‌گریزی گاز و جلوگیری از نفوذ رطوبت و مرطوبی به داخل جعبه، فرآیند پردازش و الزامات ماده بسیار بیشتر از دستگاه‌های الکتریکی فشار بالای معمولی است. همزمان، سیستم گازی SF₆ خاصی نیاز است، شامل شیر با خصوصیات بسته‌بندی خوب، تجهیزات تشخیص روان‌گریزی، دستگاه بازیافت گاز و نظارت بر فشار. علاوه بر این، به دلیل مصرف فلز بزرگ، پیچیدگی ساخت افزایش می‌یابد.

گاز SF₆ خالص بی‌رنگ، بی‌بو، بی‌زهر و غیرقابل اشتعال است. با این حال، در فرآیند سنتز سولفور هگزافلورید، ترکیبات فلوئورید کم‌فلوئور شده سولفور نیز تولید می‌شوند که سمی هستند. در بازکننده، گاز تحت دمای بالای آتش‌سوزی از طریق تجزیه و یون‌سازی تجزیه می‌شود و گازهای سمی بسیار زیاد تولید می‌کند. بنابراین، یک جاذب در بازکننده نصب شده و آلومینیوم فعال در آن قرار داده شده است تا این گازهای سمی را جذب کند.

به هر حال، باید به خصوص در نگهداری از سمی شدن جلوگیری شود. بنابراین، قبل از شروع کار، گاز باید به طور کامل خلاء شده و دفع شود. اگر بوی ناخوشایندی همچنان شکنجه می‌کند، باید ماسک گاز و دستکش‌های کautschuk angelegt werden. Darüber hinaus enthalten auch die Zersetzungsprodukte des Bogens einige Fluoride von Metallen, die in Pulverform im Schalter verstreut sind. Obwohl diese Puder keine hochgiftigen Stoffe sind, sollten Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden, um sie bei der Reinigung nicht einzuatmen.

۵. نتیجه‌گیری

با افزایش مداوم ولتاژ سیستم برق، چه بازکننده‌های نوع پایه سرامیک و چه نوع ظرف SF₆ همواره با پیشرفت تکنولوژیکی در حال تکامل هستند. به ویژه در سال‌های اخیر، اصل آتش‌نشانی با انرژی خود توسعه یافته و به کار گرفته شده است، یعنی فشار بالا برای تشکیل بادکنی گازی استفاده می‌شود تا آتش را خاموش کند. تعداد تکه‌های سری کاهش یافته و مصرف مواد کاهش می‌یابد.

به دلیل قیمت نسبتاً بالا و الزامات بالا برای کاربرد، مدیریت و عملیات گاز SF₆، در فشار متوسط (۳۵kV، ۱۰kV) به طور گسترده مورد استفاده قرار نمی‌گیرد. به طور کلی، بازکننده‌های فشار بالای SF₆ دارای چشم‌انداز کاربرد گسترده‌ای هستند و تحقیقات و توسعه فنی محصولات اقتصادی و اجتماعی قابل توجهی خواهد داشت.