Το εξαφθοριούχο θείο (SF6) είναι ένα άχρωμο, άοσμο, χημικά αδρανές αέριο με εξαιρετική διηλεκτρική αντοχή και ικανότητα σβέσης τόξου-. Από τη δεκαετία του 1960 έχει γίνει το κυρίαρχο μέσο μόνωσης και διακοπής στον ηλεκτρικό εξοπλισμό υψηλής{4}τάσης.
Περίπου το 80% του συνόλου των SF6 που παράγονται πηγαίνει στη βιομηχανία ηλεκτρικής ενέργειας. Μικρότερες αλλά σημαντικές χρήσεις περιλαμβάνουν το ιατρικό σκιαγραφικό υπερήχων, τη χάραξη ημιαγωγών, την ανίχνευση διαρροής αερίου με ιχνηθέτη-και το αέριο κάλυψης μαγνησίου που ήταν ιστορικά-που πλέον έχει καταργηθεί σε μεγάλο βαθμό λόγω περιβαλλοντικών κανονισμών.
Γιατί επιλέγεται το SF6: βασικές ιδιότητες
| Ιδιοκτησία | Οφελος |
|---|---|
|
Υψηλή διηλεκτρική αντοχή |
~3× καλύτερη μόνωση από τον αέρα στην ίδια πίεση |
|
Εξαιρετικό τόξο-σβήσιμο |
Ψύχει γρήγορα και σβήνει τα τόξα. ανασυνδυάζεται μετά από διακοπή |
|
Χημική & θερμική σταθερότητα |
Μη εύφλεκτο, αδρανές υπό κανονικές συνθήκες λειτουργίας |
|
Συμπαγής σχεδιασμός |
Επιτρέπει μικρότερο εξοπλισμό διανομής και λιγότερα σπασίματα ανά πόλο σε HV/EHV |
Αυτές οι ιδιότητες καθιστούν το SF6 ιδανικό για εξοπλισμό όπου ο χώρος, η αξιοπιστία και η διακοπή της απόδοσης έχουν σημασία-υποσταθμοί, δίκτυα μεταφοράς και βιομηχανικά συστήματα ισχύος που λειτουργούν από μέση τάση έως 800 kV και άνω.
Κύρια εφαρμογή: ηλεκτρική ενέργεια (~80% της χρήσης SF6)
Σύμφωνα με την CIGRE και την πρακτική του κλάδου, το SF6 χρησιμοποιείται σε όλη την αλυσίδα μετάδοσης και διανομής σε:
1. Συσκευή μεταγωγής με μόνωση αερίου (GIS)
Το GIS ενσωματώνει διακόπτες κυκλώματος, ράβδους διαύλου, αποζεύκτες, διακόπτες γείωσης, απαγωγείς υπερτάσεων και μετασχηματιστές οργάνων μέσα σε ένα σφραγισμένο μεταλλικό περίβλημα γεμάτο με SF6 σε ελεγχόμενη πίεση.
Εφαρμογές:
Αστικοί υποσταθμοί με περιορισμένο χώρο
Υπόγειοι και εσωτερικοί υποσταθμοί
Υπεράκτιες πλατφόρμες, στέγες, κοιλάδες, ορεινές περιοχές
Πολύ μολυσμένα περιβάλλοντα - σκόνη, αλάτι, χημικές ουσίες, υγρασία (αποτρέπει το φλας)
Βιομηχανικά συγκροτήματα, υδροσταθμοί, επεκτάσεις κτιρίων πόλεων
Το GIS είναι συνήθως 25–30% μικρότερο από το ισοδύναμο μονωμένο αέρα (AIS).
Πρότυπα: IEC 62271-1, IEC 62271-100, IEC 62271-200
2. SF6 διακόπτες κυκλώματος (GCB)
Οι διακόπτες κυκλώματος SF6 αντικαθιστούν-αεροφράκτες και διακόπτες λαδιού για διακοπή σφάλματος μέσης- και υψηλής-τάσης.
| Τύπος διακόπτη | Εφαρμογή |
|---|---|
|
Live Tank Breakers (LTB) |
Υποσταθμοί μεταφοράς |
|
Dead Tank Breakers (DTB) |
Δίκτυα υψηλής-ρεύματος, υψηλής-τάσης |
|
Διακόπτες κυκλώματος γεννήτριας (GCB) |
Προστασία γεννητριών σε σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής |
|
Τύποι φουσκώματος/αυτο{0}}εκτόξευσης |
Σχέδια μονής-διακοπής έως 550 kV. πολλαπλή-διακοπή στα 1200 kV |
Εύρος τάσης: κατανομή σε μικρότερη ή ίση με 35 kV μέσω μετάδοσης στα 800 kV, 1100 kV, 1200 kV
Λειτουργίες:
Διακοπή ρεύματος σφάλματος κατά τη διάρκεια βραχυκυκλωμάτων, υπερτάσεων και αστοχιών μόνωσης
Προστατέψτε τους μετασχηματιστές, τα καλώδια και τις γραμμές μεταφοράς
Απομονώστε τον ελαττωματικό εξοπλισμό από το πλέγμα
Πλεονεκτήματα έναντι των διακοπτών αέρα/λαδιού:
Πιο αθόρυβη λειτουργία
Δεν υπάρχει εκκένωση θερμού αερίου κατά την κανονική ενεργοποίηση
Χαμηλότερη συντήρηση. περισσότερες μηχανικές λειτουργίες μεταξύ των επιθεωρήσεων
Υψηλότερη ικανότητα διακοπής ανά διάλειμμα
3. Γραμμές με μόνωση αερίου (GIL)
SF6-μονωμένες υπόγειες ή υπέργειες- γραμμές μεταφοράς για υψηλή χωρητικότητα ισχύος σε περιορισμένους διαδρόμους - εναλλακτικά των εναέριων γραμμών σε αστικές ή περιβαλλοντικά ευαίσθητες περιοχές.
4. Μετασχηματιστές οργάνων με μόνωση αερίου
Μετασχηματιστές τάσης αερίου (GVT)
Μετασχηματιστές ρεύματος αερίου (GCT)
Ενσωματωμένο σε διαμερίσματα GIS για μέτρηση και προστασία
5. Μετασχηματιστές με μόνωση αερίου (GIT) και αντιδραστήρες (GIR)
Συμπαγείς SF6-μετασχηματιστές και αντιδραστήρες με μόνωση για διαστημικές-κρίσιμες εγκαταστάσεις όπου οι σχεδιασμοί βυθισμένου σε λάδι-ή με μόνωση αέρα δεν είναι πρακτικοί.
6. Διακόπτης μέσης{{1}τάσης
Το SF6 παραμένει κοινό στον εξοπλισμό διανομής MV (συνήθως έως 52 kV) για βιομηχανικές εγκαταστάσεις, εξορύξεις, εγκαταστάσεις πετρελαίου και φυσικού αερίου, σιδηροδρόμους και έλεγχο κινητήρα στη βαριά βιομηχανία-αν και οι διακόπτες κενού αντικαθιστούν όλο και περισσότερο το SF6 σε χαμηλότερα επίπεδα MV.
Εφαρμογές SF6 ανά κλάδο βιομηχανίας
| Τομέας | Εξοπλισμός SF6 | Τυπική τάση |
|---|---|---|
|
Βοηθητικά προγράμματα μετάδοσης |
GIS, διακόπτες κυκλώματος EHV, GIL |
245 kV – 1200 kV |
|
Βοηθητικά προγράμματα διανομής |
Διακόπτης MV/LV, κύριες μονάδες δακτυλίου |
11 kV – 52 kV |
|
Παραγωγή ενέργειας |
Διακόπτες κυκλώματος γεννήτριας, GIS |
17,5 kV – 800 kV |
|
Βιομηχανικές εγκαταστάσεις |
GIS, διακόπτης ελέγχου κινητήρα |
6 kV – 52 kV |
|
Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας |
Συμπαγείς υποσταθμοί GIS |
33 kV – 145 kV |
|
Σιδηρόδρομος / Μετρό |
Συμπαγής διακόπτης |
Συστήματα 25 kV AC / 1,5 kV DC |
Μη-ηλεκτρικές εφαρμογές SF6
Ιατρικός
| Χρήση | Περιγραφή |
|---|---|
|
Επιδιόρθωση αποκόλλησης αμφιβληστροειδούς |
Η φυσαλίδα αερίου SF6 (~20%) συγκρατεί τον επισκευασμένο αμφιβληστροειδή στη θέση του. απορροφάται σε 10-14 ημέρες |
|
Σκιαγραφικό παράγοντα υπερήχων |
Οι μικροσφαίρες SF6 (π.χ. Lumason®) ενισχύουν το υπερηχοκαρδιογράφημα, την απεικόνιση ηπατικών βλαβών και το υπερηχογράφημα του ουροποιητικού συστήματος των παιδιών |
Κατασκευή ημιαγωγών
Αέριο χάραξης πλάσματος - SF6 παρέχει ρίζες φθορίου για ακριβή χάραξη πυριτίου στην κατασκευή τσιπ
Διασπάται στο πλάσμα για να απελευθερώσει ατομικό φθόριο. σχηματίζει πτητικό SiF4 που αφαιρείται από αντλίες κενού
Χρησιμοποιείται σε βαθιάς αντίδρασης-χαρακτικής ιόντων (DRIE) και συναφών διεργασιών
Ανίχνευση αερίου/διαρροής ιχνηθέτη
Δοκιμή απόδοσης αερισμού - Το Πρότυπο ASHRAE 110 (περιοχή απαγωγού καπνού) καθορίζει το SF6 ως αέριο πρόκλησης
Μέτρηση συναλλαγματικής ισοτιμίας αέρα κτιρίου
Μελέτες ατμοσφαιρικής διασποράς και αεροδυναμικής σήραγγας
Ανίχνευση διαρροής SF6 σε GIS και διακόπτες κυκλώματος - ppm-επίπεδο ευαισθησίας οργάνων εντοπισμού αστοχιών στεγανοποίησης
Χύτευση μαγνησίου (ιστορική / φθίνουσα)
Παλαιότερα χρησιμοποιήθηκε ως αέριο κάλυψης πάνω από τηγμένο μαγνήσιο για την πρόληψη της οξείδωσης και της ανάφλεξης
Καταργήθηκε σε μεγάλο βαθμό λόγω του GWP του SF6 των 23.500 (ισοδύναμο CO2 για 100 χρόνια)
Αντικαταστάθηκε από μείγματα SO2, HFC-134a και προϊόντα φθοροκετόνης (π.χ. Novec 612, BestSolv Zulu MAG)
Άλλες δευτερεύουσες χρήσεις
Κατασκευή οπτικών ινών γυαλιού
Χυτήρια αλουμινίου (περιορισμένα)
Έρευνα και μελέτες ανίχνευσης αεροδυναμικής σήραγγας
SF6 στον κύκλο ζωής του εξοπλισμού
Κατασκευή → Γεμίστε το σφραγισμένο διαμέρισμα → Λειτουργία (κλειστός κύκλος)
↓
Παρακολούθηση πίεσης & καθαρότητας → Ανίχνευση διαρροών → Ανάκτηση / ανακύκλωση κατά τη συντήρηση
↓
Παροπλισμός → Ανάκτηση → Επανεπεξεργασία ή καταστροφή
Το SF6 προορίζεται να λειτουργεί σε κλειστό κύκλο. Η διαρροή κατά τον χειρισμό, τη συντήρηση και την απόρριψη στο τέλος του κύκλου ζωής είναι η κύρια περιβαλλοντική ανησυχία-δεν είναι φυσιολογική κατά τη-λειτουργία σέρβις εντός σφραγισμένου εξοπλισμού.
Περιβαλλοντικό πλαίσιο και εναλλακτικές λύσεις
Το SF6 έχει δυναμικό υπερθέρμανσης του πλανήτη (GWP) ~23.500 για 100 χρόνια και διάρκεια ζωής στην ατμόσφαιρα ~3.200 χρόνια. Ο κανονισμός για το αέριο της ΕΕ για το -και παρόμοιες πολιτικές καθοδηγούν:
| Περιοχή εφαρμογής | SF6 εναλλακτική τάση |
|---|---|
|
Συσκευές διανομής MV (Μικρότερο ή ίσο με 52 kV) |
Οι διακόπτες κενού - είναι ώριμοι, χωρίς SF6 |
|
Συσκευές διανομής υψηλής τάσης (72,5 kV+) |
SF6-ελεύθερα μείγματα αερίων - μίγματα C4-FN, C5-FK, CO2/O2 |
|
Νέες εγκαταστάσεις GIS |
Σχέδια OEM με μειωμένο SF6 ή χωρίς SF6 από τις ABB, Siemens, Schneider, GE Vernova |
|
Χύτευση μαγνησίου |
Αέρια κάλυψης φθοροκετόνης, SO2 (με ανταλλαγές-όξινης βροχής) |
|
Ημιαγωγός |
Μείγματα φθοριούχων αερίων με χαμηλότερο GWP υπό ανάπτυξη |
Ο ηλεκτρικός εξοπλισμός SF6 παραμένει κυρίαρχος στην υπάρχουσα υποδομή HV/EHV-αλλά η νέα προμήθεια καθορίζει ολοένα και περισσότερο SF6-ελεύθερες ή μειωμένες εναλλακτικές λύσεις SF6.
Παρακολούθηση και δοκιμή αερίου SF6 (εφαρμογές συντήρησης)
Η σωστή διαχείριση SF6 απαιτεί:
| Δοκιμή / λειτουργία | Σκοπός |
|---|---|
|
Δοκιμή καθαρότητας |
Επιβεβαιώστε ότι η ποιότητα του αερίου πληροί το πρότυπο IEC 60480 |
|
Υγρασία / σημείο δρόσου |
Η υψηλή υγρασία προκαλεί αποσύνθεση και κίνδυνο αναρρόφησης |
|
Ανίχνευση διαρροής |
Υπέρυθρες ή ακουστικές sniffers. ευαισθησία ppm |
|
Παρακολούθηση πίεσης |
Συνεχείς συναγερμοί πίεσης GIS |
|
Προϊόντα αποσύνθεσης (SO2, HF) |
Υποδεικνύει εσωτερικό τόξο ή μόλυνση |
Η Huazhheng κατασκευάζει ελεγκτές καθαρότητας αερίου SF6, ανιχνευτές διαρροής SF6 και ολοκληρωμένους αναλυτές SF6 (π.χ. σειρά HZSF) για ομάδες συντήρησης υποσταθμών που διαχειρίζονται στόλους GIS και διακόπτες κυκλώματος.