Гексафторид серы (SF6), или элегаз, обладает рядом полезных свойств, особенно в секторе электричества высокого напряжения. Этот универсальный газ используется в различных отраслях, таких как магниевое и алюминиевое литье, и улучшение звукоизоляции в стеклопакетах. Но наиболее важные его применения, которые впервые были предложены Виталием Гроссе (Vitaly Grosse) из AEG (предка компании Alstom Grid), связаны с оборудованием передачи электроэнергии высокого напряжения. Для этой цели ежегодно используется около 10 000 тонн элегаза, что составляет примерно 80% общего его применения. Подстанции с воздушной и газовой изоляцией используют его в выключателях, измерительных трансформаторах, молниеотводах, вводах и шинах, а в подстанциях с газовой изоляцией, он применяется для разъединителей и зазамляющих ножей.
Однако элегаз обладает и значительным недостатком - это мощный парниковый газ. Он входит в список шести газов, включенных в Киотский протокол, направленный на снижение эмиссии парниковых газов. В то время как элегазовые выключатели обычно безопасны для окружающей среды, утечка всего лишь одного килограмма элегаза в атмосферу оказывает на глобальное потепление такое же влияние, как и 23.5 тонны CO2. Поэтому необходимо найти ему подходящую альтернативу.
Настойчивость приводит к успеху
После четырехлетних исследований, компания Alstom, совместно с компанией 3M разработали решение, не использующее SF6, и которое экологически устойчивее элегаза, обеспечивая при этом все довольно жесткие спецификации высоковольтного выключателя:
- высокая диэлектрическая прочность;
- хорошая способность гашения дуги;
- низкая точка кипения;
- высокое рассеивание тепла;
- совместимость с существующими материалами распределительного оборудования;
- простота использования
- компактность конструкции и т.п.
Это решение также обеспечивает выполнение требований по безопасности и охране здоровья (низкая токсичность, невоспламеняемость), а также конкретные требования по защите окружающей среды:
- низкий потенциал глобального потепления (GWP);
- отсутствие потенциала для истощения озона (ODP);
- минимальное воздействие на окружающую среду *.
*) прошло испытания Приложения VII
Это не простой газ, как SF6, а газовая смесь, названная g3 (green gas for grid - "зеленый" газ для сетей), в основе которой лежит диэлектрическая жидкость 3M™ Novec™ 4710 из семейства фторонитрилов. Смесь разработана компанией 3M конкретно для этой цели, и используется в качестве присадки к дополняющему газу. Данная смесь была выбрана в качестве лучшего компромисса, благодаря своему набору свойств:
- значительно меньший показатель GWP, по сравнению с SF6;
- точка кипения: - 4.7;
- диэлектрическая прочность: 2.2 электрической прочности SF6;
- высокая теплопроводность;
- низкая токсичность*.
*) на основе классификаций GHS и CLP
Однако жидкость Novec™ 4710 не может быть использована самостоятельно из-за ее разжижения при низкой температуре. Было обнаружено, что лучший компромисс достигается, когда ее смешивают с CO2 (из-за его дугогасящей способности). В результате был создана g3, газовая смесь, пригодная для применений в разъединителях и выключателях. В результате, показатель GWP для смеси g3 из фторонитрила и CO2, снижен по сравнению с SF6 на 98%.
Что можно сказать о других свойствах g3?
- Изоляция: диэлектрические показатели были проверены в распределительном оборудовании на 145 кВ, использующим газовую изоляцию. Полученные результаты находятся в диапазоне от 87 до 96 процентов от того, что показывает элегаз. Выявленное различие может быть минимизировано незначительной модификацией конструкции, или диэлектрическим покрытие электродов высокой прочности.
- Рост температуры: Теплопроводность газовой смеси незначительно ниже, чем у SF6, но намного превышает теплопроводность чистого CO2. Испытания показывают, что различие в росте температуры составляет от 5 до 6 градусов Кельвина. Это может быть компенсирование добавление охлаждающих радиаторов на корпус, или пазов на проводниках, которые улучшат конвекционное охлаждение.
- Выключение: газовая смесь обладает хорошими характеристиками отключения тока в шине, и пригодна в качестве замены элегазу.
Испытания по гашению дуги проводились с использованием колонкового выключателя на 145 кВ, и показали весьма обнадеживающие результаты. План заключался в использовании газовой смеси в дугогасильной камере, но из-за различного поведения потока газа и газовой смеси, конструкцию дугогасильной камеры пришлось оптимизировать для использования g3.
Подходящая замена
Были проверены изоляция, теплопроводность и характеристики выключения. Возможности по прерыванию тока также демонстрируют положительный прогресс. Кроме того, смесь g3 безопасна для операторов. Следовательно, g3 пригодна для разработки нового поколения экологически чистого оборудования для напряжений от 72 кВ до сверхвысоких напряжений. Она обладает очень слабым влиянием на глобальное потепление.
По материалам: Альстом.
