ما هي التقنيات والتطورات الجديدة في تصميم قواطع التيار الكهربائي التي تعمل بغاز سادس فلوريد الكبريت (SF6)؟

لقد عملت في هذه الصناعة لفترة كافية لمشاهدة قواطع SF6 وهي تتطور من أدوات المقاطعة البسيطة إلى أصول الشبكة المتطورة. لقد تسارعت وتيرة التغيير في السنوات القليلة الماضية، مدفوعة بالتحول الرقمي، والضغوط البيئية، ومتطلبات أنظمة الطاقة الحديثة. دعونا نتحدث عن ما هو جديد بالفعل، وما هو مجرد ضجيج تسويقي.

أولاً، التحقق السريع من الواقع على SF6

لقد كان سداسي فلوريد الكبريت SF6 هو الوسيلة السائدة لانقطاع الجهد العالي لعقود من الزمن. إن قوتها العازلة وخصائص التبريد القوسي استثنائية. ولكنه أيضًا أحد الغازات الدفيئة القوية، مع إمكانية الاحتباس الحراري العالمي بمقدار 23500 مرة أكثر من ثاني أكسيد الكربون. هذا الواقع يعيد تشكيل الصناعة.

الاتجاهات التي أراها لا تتعلق فقط بتحسين الكسارات. إنها تهدف إلى جعلها أكثر ذكاءً وأصغر حجمًا، وفي بعض الحالات، الابتعاد عن SF6 تمامًا.

التكامل الرقمي - ما وراء المراقبة الأساسية

يتم طرح عبارة "الكسارة الرقمية" كثيرًا. وإليك ما يعنيه في الواقع في الممارسة العملية.

قواطع SF6 الحديثةتأتي مجهزة بأجهزة استشعار تقيس أكثر من مجرد الموضع. فهي تتتبع كثافة الغاز في الوقت الفعلي، وتآكل التلامس من خلال التيار المتقطع المتراكم، وأداء آلية التشغيل، وحتى نشاط التفريغ الجزئي. لا يتم عرض هذه البيانات على شاشة محلية فحسب، بل تتدفق إلى نظام إدارة أصول الأداة المساعدة.

ما يتيحه هذا هو الصيانة القائمة على الحالة. بدلاً من خدمة القواطع وفقًا لجدول زمني محدد، يقوم المشغلون بصيانتها عندما تشير البيانات إلى أنهم بحاجة إليها. قد لا يحتاج الكسارة التي كانت خاملة لسنوات إلى أي شيء. قد يحتاج أحد الأخطاء المتعددة التي تمت مقاطعتها إلى الفحص الآن.

تم توحيد بروتوكولات الاتصال أيضًا. IEC 61850 هو المعيار، مما يعني أن القواطع تتحدث مباشرة مع مرحلات الحماية وأنظمة التحكم باستخدام لغة مشتركة. لا مزيد من البوابات الخاصة ومحولات البروتوكول.

مراقبة الغاز - من الضغط إلى الاستخبارات

تحتوي قواطع SF6 التقليدية على مقياس ضغط وربما إنذار للضغط المنخفض. لقد قمت بفحصه بصريًا أو انتظرت تشغيل المنبه.

تتضمن التصميمات الجديدة مراقبة مستمرة لكثافة الغاز. تقوم المستشعرات بتتبع الضغط ودرجة الحرارة، وتعوض تلقائيًا للإبلاغ عن الكثافة الفعلية - المعلمة الحرجة للعزل والانقطاع. تغذي هذه البيانات تحليل الاتجاهات. يتم اكتشاف التسرب البطيء قبل أشهر من إطلاق الإنذار، مما يسمح بالصيانة المخططة بدلاً من الاستجابة لحالات الطوارئ.

تشتمل بعض الوحدات الآن على أجهزة استشعار للرطوبة أيضًا. تعمل الرطوبة في SF6 على تسريع عملية التحلل وتقليل قوة العزل الكهربائي. إن الإمساك به مبكرًا يعني أنه يمكنك تجفيف الغاز قبل حدوث الضرر.

آلية تطور النوابض والمحركات

آلية التشغيل هي التي تجعل الكسارة تفتح وتغلق. لعقود من الزمن، كانت الآليات الهيدروليكية شائعة في قواطع SF6 ذات الجهد العالي. لقد قدموا القوة المطلوبة لكنهم جاءوا بمضخات معقدة ومراكم وخراطيم وزيت يتسرب.

الاتجاه الآن هو نحو الآليات الزنبركية والآليات التي تعمل بمحركات. إنها أبسط وأنظف وأسهل في المراقبة. تقوم آلية الزنبرك بتخزين الطاقة ميكانيكيًا؛ عندما تصل إشارة الرحلة، يتم تحرير المزلاج ويقوم الزنبرك بفتح نقاط الاتصال. تستخدم آليات المحرك محركًا لشحن الزنبركات أو قيادة جهة الاتصال المتحركة مباشرة.

كلاهما يزيل المكونات الهيدروليكية تمامًا. صيانة أقل، وأوضاع فشل أقل، وأداء أفضل في المناخات الباردة حيث يزداد سمك الزيت الهيدروليكي.

المواد - أخف وأقوى، ولكن ليس كما تعتقد

تشير المقالة إلى البوليمرات المركبة والسيراميك التي تحل محل الفولاذ والبورسلين. هذا يحدث، ولكن لنكن دقيقين بشأن المكان.

العوازل المركبة- قضبان الألياف الزجاجية مع سقائف مطاط السيليكون - أصبحت الآن قياسية للعوازل اللاحقة والعوازل الأساسية المجوفة. إنها أخف من البورسلين، وغير قابلة للكسر تقريبًا، ويحافظ السيليكون على خصائص كارهة للماء، مما يعني أن حبات الماء تتدحرج وتتدحرج بدلاً من تشكيل مسارات موصلة.

حاويات الألمنيومتحل محل الفولاذ في العديد من التصاميم. الوزن الخفيف يعني أسس أبسط وتركيب أسهل. بالنسبة للمناطق البحرية والزلازل، فإن تخفيض الوزن أمر مهم للغاية.

لكن غرفة المقاطعة نفسها؟ لا يزال SF6، لا يزال في علبة معدنية. فيزياء إخماد القوس الكهربائي لم تتغير. المواد المحيطة به لديها.

تصميم مدمج - بصمة أصغر

العقارات في المحطات الفرعية باهظة الثمن. تضغط المرافق من أجل بصمة أصغر، ويستجيب المصنعون.

تصميمات جديدة لقواطع SF6تحقيق تقييمات أعلى بكميات أصغر من خلال تدفق الغاز الأمثل، وهندسة الاتصال الأفضل، وضغوط الغاز الأعلى. قد يشغل قاطع 145 كيلو فولت اليوم نصف مساحة الوحدة منذ عشرين عامًا.

هذا لا يتعلق فقط بالكسارة نفسها. القواطع الأصغر تعني أساسات أصغر، وخلوصات أصغر، ومحطات فرعية أصغر بشكل عام. بالنسبة للمنشآت الحضرية والمنصات البحرية، يعد هذا أمرًا تحويليًا.

تقييمات أعلى - تلبية متطلبات الشبكة

تتحرك أنظمة الطاقة بتيار أكبر عند الفولتية الأعلى. إن مصادر الطاقة المتجددة والترابط والطلب المتزايد كلها عوامل تدفع تيارات الصدع إلى الأعلى.

تقدم قواطع SF6 الآن بشكل روتيني تصنيفات انقطاع تبلغ 63 كيلو أمبير وما فوق عند جهد الإرسال. تمتد التصميمات الجديدة إلى 80 كيلو أمبير للتطبيقات كثيرة المتطلبات. تعتبر الضغوط الميكانيكية والحرارية عند هذه المستويات هائلة، وتتطلب تصميمات تلامس محسنة وتدفقًا مثاليًا للغاز.

وفي الوقت نفسه، زادت التصنيفات الحالية المستمرة. تُستخدم أحيانًا مراوح أو مضخات التبريد القسرية لدفع الكسارة إلى ما هو أبعد من حدود الحمل الحراري الطبيعية، على الرغم من أن الأصوليين يفضلون بساطة التصميمات ذاتية التبريد.

الفيل في الغرفة-بدائل SF6

لا أستطيع أن أتحدث عن الاتجاهات دون معالجة الضغوط البيئية. يخضع SF6 للتدقيق عالميًا. تعمل لائحة الاتحاد الأوروبي الخاصة بالغاز المفلور على خفض استخدامه تدريجيًا. تفكر العديد من الدول في فرض حظر أو قيود.

تستجيب الصناعة بمزائج الغاز البديلة. يتم تسويق المركبات المفلورة مثل g³ (الغاز الأخضر للشبكة) وAirPlus. لديهم قدرة أقل على الاحترار العالمي من SF6 - في بعض الأحيان بعامل 98٪ أو أكثر - بينما تقترب من أداء مماثل للعزل والانقطاع.

الصيد؟ فهي تتطلب مستويات ضغط مختلفة، ومراقبة مختلفة، وأحيانًا تصميمات مختلفة للآليات. إن إعادة تأهيل القواطع الموجودة ليس بالأمر السهل. ولكن بالنسبة للمنشآت الجديدة، أصبحت البدائل قابلة للتطبيق.

تقوم بعض الشركات المصنعة بدفع انقطاع الفراغ لجهد النقل. سيطرت قواطع الفراغ لفترة طويلة على الجهد المتوسط. لقد كان توسيع نطاقها إلى 145 كيلو فولت وما فوق أمرًا صعبًا، لكن التطورات الأخيرة تبدو واعدة. يعمل انقطاع النهج الهجين مع عزل SF6 على سد الفجوة.

ماذا أقول للعملاء

إذا كنت تحددقواطع SF6اليوم، إليك ما أريدك أن تأخذه بعين الاعتبار:

أولاً، انظر إلى حزمة المراقبة. الكسارة نفسها هي سلعة. البيانات التي تقدمها هي الفارق. هل يمكن أن يتحدث IEC 61850؟ هل لديها مراقبة مستمرة للغاز؟ هل سيخبرك عندما يحتاج إلى الاهتمام، أم سيفشل فقط؟

ثانيا، النظر في المسار البيئي. إذا كنت تقوم بتركيب قاطع بعمر متوقع يبلغ 40 عامًا، فهل سيظل SF6 مقبولاً في عام 2050؟ في بعض المناطق، الجواب بوضوح هو لا. قد يكون الغاز البديل أو الفراغ هو الخيار الأكثر أمانًا على المدى الطويل.

ثالثا، انظر إلى الآلية. الهيدروليكية تموت. محركات الربيع والمحركات هي المستقبل. صيانة أقل، تسربات أقل، أداء أفضل.

التكنولوجيا تتحرك بسرعة. تختلف القواطع التي نشحنها اليوم بشكل كبير عن تلك التي كانت موجودة قبل عقد من الزمن، فهي أكثر ذكاءً ونظافة وقدرة. إذا كنت تخطط لمشروع ما، فمن المفيد أن تفهم ما هو متاح الآن، وليس فقط ما استخدمته من قبل.

يسعدني التحدث عن الخيارات والمساعدة في مطابقة التكنولوجيا لاحتياجاتك المحددة.

مراجع

• IEC 62271-100، المفاتيح الكهربائية وأجهزة التحكم ذات الجهد العالي - الجزء 100: قواطع دوائر التيار المتردد.
• كتيب CIGRE الفني 802، بدائل SF6 في المفاتيح الكهربائية ذات الجهد العالي.
• IEEE Std C37.04، معيار IEEE لهيكل تصنيف قواطع دوائر التيار المتردد ذات الجهد العالي.