پیش‌گیری از استفاده از SF₆ برای واحدهای حلقه اصلی هوایی/دوستانه با محیط زیست

Ⅰ. موانع فنی جایگزینی SF₆

شکاف عملکرد ماده عایق
o قدرت عایق هوا خشک/N₂ فقط یک سوم SF₆ است، که نیاز به افزایش فاصله تماس از ۶۰ میلی‌متر به ≥۱۵۰ میلی‌متر دارد.
o مکانیزم‌های فنری معمولی انرژی کافی برای حرکت سریع بزرگ‌ترین فواصل را ندارند و به راحتی باعث تخریب تماس به دلیل ضربه پیش‌زا می‌شوند.
o گازهای مصنوعی (مانند C4+CO₂) در زیر آرک تجزیه می‌شوند و منجر به تخریب غیرقابل برگشت عایق می‌شوند.
محدودیت‌های ساختاری مکانیکی
o استانداردسازی شبکه ملی عرض کابینت را ۴۲۰ میلی‌متر ثابت می‌کند و فضای طولی را محدود می‌کند.
o فواصل بزرگ نیازمند شناورهای بلندتر در جداکننده‌های سه وضعیتی هستند که سختی طراحی عایق را افزایش می‌دهد.

II. راه‌حل‌ها و نوآوری‌های فنی
(I) طراحی بهبود سیستم عایق

جهت فنی	اجرایی‌سازی	اثر
عایق مرکب	شناور + پوشش عایق با قدرت بالا + جداکننده PTFE	مسیر تخلیه را مسدود می‌کند؛ توانایی تحمل ولتاژ ضربه صاعقه (≥۱۲۵kV)
بهینه‌سازی همکاری میان میانگین	پرکردن با هوا خشک/N₂ + هسته قطع‌کننده خلاء	قطع‌کننده خلاء تضمین می‌کند قطع شود؛ عایق گازی حفظ عایق را تامین می‌کند
اعتبار صفر-گیج	کابینت از آزمون‌های ولتاژ تکراری/ضربه صاعقه (فشار محیطی) عبور می‌کند	خطر لیک وجود ندارد؛ ایمنی نگهداری مساوی با کابینت‌های بسته

شکست کلیدی: دستیابی به عایق SF₆ در فاصله ۱۵۰ میلی‌متر، غلبه بر محدودیت‌های میانگین.

(II) بهینه‌سازی پویای جداکننده سه وضعیتی

کاهش لختی چرخشی
محور نیلونی اضافی → بهبود تبدیل سرعت زاویه‌ای → سرعت بستن >۴m/s (امکان ساخت کوتاه‌مدار ۲۰kA در حالی که ضربه پیش‌زا <۱ms را کاهش می‌دهد).
طراحی شناور: شناور اضافی با عایق مطمئن که تضمین می‌کند فاصله زمین/فاز ≥۱۸۰ میلی‌متر در وضعیت باز باشد.
توانایی زمین‌کردن: جداکننده پایین با تماس‌های کلاس E2 (تحمل ۵ عملیات ساخت کوتاه‌مدار).

III. مقایسه پارامترهای فنی کلیدی

پارامتر	واحد حلقه SF₆	راه‌حل هوایی/گاز دوستانه
فاصله تماس	۶۰ میلی‌متر	≥۱۵۰ میلی‌متر (با پوشش عایق)
سرعت بستن	مناسب برای فنرهای معمولی	محور بهینه‌سازی شده + شناور سبک
میانگین قطع	گاز SF₆	قطع‌کننده خلاء + هوا خشک
تحمل صفر-گیج	ناموفق	عبور از ۴۲kV ولتاژ تکراری/۷۵kV ضربه صاعقه
تأثیر محیطی	GWP=۲۳,۹۰۰	GWP=۰ (هوا خشک)

IV. تضمین اجرای مهندسی

فرآیند تأیید عایق
o مرحله ۱: شبیه‌سازی میدان الکتریکی سه‌بعدی (قوی میدان فاصله <۳kV/mm)
o مرحله ۲: آزمون‌های ضربه صاعقه کامل/قطع (±۲۰۰kV)
o مرحله ۳: آزمون‌های عایق تکراری پس از ساخت کوتاه‌مدار کلاس E2
استراتژی قابلیت اعتماد مکانیزم
o محور نیلونی شش‌ضلعی: عمر مدت مقاوم در برابر تغییر شکل >۱۰,۰۰۰ عملیات
o قفل مکانیکی سه وضعیتی: قفل الزامی ضد عملیات اشتباه
o نظارت بر مشخصات ساخت: حسگرهای جابجایی منحنی‌های سرعت بستن را به طور زنده ارائه می‌دهند

V. خلاصه مزایای راه‌حل

امنیت بدون لیک: عملیات تحت فشار محیطی نیاز به گاز را حذف می‌کند؛ خطر تخریب عایق به صفر می‌رسد
همگونی کامل: ابعاد/رابط‌ها به طور کامل با استاندارد ۴۲۰ میلی‌متر شبکه ملی مطابقت دارد
طراحی بدون نگهداری: عمر قطع‌کننده خلاء >۲۰ سال؛ نیاز به جایگزینی گاز وجود ندارد
مسیر ۱۰۰٪ دوستانه با محیط: هوا خشک امکان بی‌کربنی را فراهم می‌کند؛ هزینه مدیریت گاز F صفر است