X
تبلیغات
وبلاگ تخصصی برق قدرت - گاز SF6

وبلاگ تخصصی برق قدرت

وبلاگ تخصصی برق قدرت-مقاله

گاز SF6

گاز SF6  در صنعت برق، به عنوان يك ماده عايقي در تجهيزات فشار قوي و در سطوح ولتاژ بالا بسيار كاربرد دارد.اگرچه SF6 خالص به لحاظ شيميايي خنثي مي باشد، اما در عين حال يك گاز گلخانه اي قوي با يك شبكه مولكولي است كه خواص آن در شرايط گرما، بسيار فراتر از دي اكسيد كربن خواهد بود. ساختمان مولکولی گاز SF6 به صورت یک هشت ضلعی است که در هر گوشه آن یک اتم فلوئور و در مرکز آن یک اتم گوگرد قرار گرفته و فاصله هر اتم از اتم فلوئور 58 آنگستروم است .

وزن اتمی این گاز برابر با 06/146 و در فرمول شیمیایی آن 95/21% گوگرد و 05/78% فلوئور موجود است .در حالت گازی از قانون گازهای طبیعی پیروی میکند و لذا تغییر فشار فقط با تغییر درجه حرارت و آن هم در محدوده به نسبت بزرگی از آن صورت می گیرد . ویژگی فشار- حرارت  گاز SF6 نمایانگر حالت تعادل بین گاز و مایع است یعنی در همان حالتی که در سیلندرهای حامل خود وجود دارد.

SF6  يكي از نادرترين عناصر غير اكتيو در شرايط معمولي است . در يك محفظه كوارتز تا 500 درجه سانتي گراد هيچ تجزيه اي روي آن صورت نمي گيرد . در درجات بالاتر از 150 درجه سانتي گراد بعضي از فلزات به عنوان كاتاليزور در جهت تجزيه حرارتي به تدريج روي آن موثر واقع ميشود ، لذا بايد در انتخاب يك فلز مناسب جهت محفظه SF6 دقت لازم صورت گيرد . SF6 غير سمي ، غير قابل اشتعال و داراي خاصيت خوب حرارتي و انتقال حرارتي ( 6/1 برابر هوا) است .

نمودار اين صفحه مربوط به ميزان فشار – درجه حرارت گاز SF6  است .

گاز هگزا فلوئوريد گوگرد ( SF6) يك دي الكتريك عالي با خواص بي نظير در قطع كنندگي ( خاموش كردن ) قوس مي باشد و اين ويژگي منجر به كاربرد وسيع و موفقيت آميز در كليدهاي قدرت پستهاي گازي شده است . معرفي و شناخت آن در سال 1960 بوده و تجهيزات گازي SF6 تا سال 1980 ساخته شده اند . امروزه ، كاربرد اين گاز به حد مطلوبي رسيده و تعداد تجهيزات تعويضي ( تجهيزات روغني جايگزين شده با گازي ) ، افزايش يافته است . تحت شرايط ايده آل ، وقتي يك عمل تخليه در كليد رخ مي دهد ، هركدام از اتمهاي فلوئور موجود در گاز SF6 يك الكترون گرفته و از اتم گوگرد جدا مي شوند و هنگام پايان عمل ، آن الكترون بدست آورده را از دست داده و با تركيب با يك اتم گوگرد ، دوباره گاز SF6 را تشكيل ميدهد كه به اين مراحل        “ خودسازي ” و يا “ خواص بازيابي ” گاز SF6 گويند . اين واكنش در تجهيزات الكتريكي گازي ( SF6 ) فشار قوي رخ ميدهد و وقتي كه ذرات ديگري از قبيل اكسيژن ، آب حاصل از آلودگي اتمسفري ، كربن موجود در مؤلفه هاي تفلوني كليد ، مس ، تنگستن موجود در كنتاكتها و همچنين آلومينيوم ، با ذرات گوناگوني كه از تجزيه SF6 بوجود آمده اند برخورد نمايد ، واكنش ميدهد .

علاوه بر مزاياي فوق ، تجهيزات تزريق شده با گاز SF6 ، نيازي به تعميرات و نگهداري نداشته و بدون دردسر مي باشد . شايان توجه اينكه SF6 توانسته استفاده از تجهيزات روغني را محدود سازد ، از اينرو با توجه به نياز صنعت ، دستورالعملهاي جديد مطابق با آنها ( تجهيزات گازي ) با موارد جديد بايد تطابق يابد. ايمني، نوع عملكرد آنها در خاموش كردن قوس و در نظر گرفتن اثر گلخانه اي محيط زيست اين گاز ( عدم تاثير در سوراخ شدن لايه ازن ) ، از جمله اين موارد است كه علاوه بر ايجاد تغيير كاربري قديمي گاز SF6 ، انگيزه زيادي در ارزيابي فرآيند گاز و استفاده مجدد از گازهاي ذخيره شده بوجود آورده است .

در استفاده از اين گاز ، كاهش هزينه تعميرات ( به جهت اينكه كليدهاي گازي در مقايسه با ديگر كليدها ، به تعميرات كمتري نياز دارند ) ،  امكان مونيتورينگ اجزاء داخلي كليد و كاهش هزينه بازرسي مؤلفه هاي داخلي كليد، هزينه هاي راه اندازي در فرايندهاي گازي كم مي شود ،  قابليت اطمينان بهبود ميابد ،  ايمني بالا از جمله مزاياي اين گاز است .

استحكام الكتريكي SF6 به اضافه خواص بالا كاربرد آن را در برق فشار قوي در دامنه بسيار گسترده اي امكان پذير ساخته است زيرا استحكام الكتريكي اين گاز در فشار يك اتمسفري و در شرايط كاملاً برابر چند برابر استحكام الكتريكي هوا يا ازت است . لذا تقليل حجم و وزن دستگاههاي مورد كاربرد SF6 از يك اندازه حد اقل برخوردار است . به عبارت ديگر ، با در نظر گرفتنن يك فشار برابر براي هوا و SF6 فاصله بين دو نقطه ار سطوح پتانسيل تقليل پيدا مي كند يا با در نظر گرفتن يك استحكام الكتريكي براي اين دو فشار مورد نياز و وزن دستگاه ها كمتر ميشود و يا با در نظر گرفتن عايق روغن از نظر كاربرد نه تنها SF6  سبكتر از روغن است بلكه از نظر حجم نيز امكان بكار گيري يك حجم كوچكتر براي SF6 وجود خواهد داشت ; زيرا موقع بروز قوس الكتريكي در محفظه هاي حاوي SF6  و روغن افزايش فشار در محفظه SF6 فقط به اندازه يك عدد اعشاري خواهد بود حال آنكه فشار توليدي توسط قوس الكتريكي و احياناً تجزيه مقدار كمي از روغن سبب افزايش بسيار زياد فشار محفظه روغن ميشود .در كاربرد يك گاز به عنوان ماده عايقي در فشار قوي و قضاوت درباره استحكام الكتريكي آن با استفاده از قانون پاشن ، رابطه بين شكست ولتاژ آن گاز نسبت به حاصلضرب فشار ( در يك درجه حرارت ثابت ) يا چگالي آن را ( براي در نظر گرفتن تمام تغييرات فيزيكي آن در درجات حرارت مختلف ) در فاصله تخليه ، مبدا قرار ميدهند .

Ud = f ( P. a )      or     Ud = f (δ . a ) { bar.cm}

اگر چگالي نسبي آن را كه نسبت به شرايط عادي محاسبه شده باشد ، در نظر بگيريم خواهيم داشت :

Ud = f (δ . a )

هر گاز داراي يك منحني خاص خود در اين نوع است و براي مقايسه بين گازها از اين محنحني استفاده       مي كنند . مقدار مينيمم ولتاژ شكست براي SF6 برابر  507 ولت در  p.d = 0.00035 {bar.cm} و براي هوا 352 ولت در p.d = 0.00073{bar.cm} است .

نمودار اين صفحه مربوط به تغييرات استحكام الكتريكي در رابطه با تغييرات فشار و فاصله تخليه الكتريكي در گاز  SF6 و هوا است .

داشتن خواص عالي گاز  SF6 سبب كاربرد آن در بسياري از تاسيسات برق رساني  ، دستگاههاي الكتريكي و ديگر صنايع شده است .در صنعت برق فشار قوي ، خاصيت آتش خاموش كن در كليد هاي فشار قوي ، خاصيت عايقي آن در پستهاي سر بسته گازي از نوع SF6 (GIS) كابلهاي SF6 و خطوط لوله انتقال انرژي الكتريكي ، ترانسفورماتورها ، خازنهاي اندازه گيري براي ولتاژهاي بالا ، ژنراتورهاي الكترو استاتيكي ، دستگاههاي اشعه ايكس ، برقگيرها و نيز در صنايع ريخته گري ( براي جلوگيري از نفوذ هوا ) و صنايع شيشه سازي استفاده مي كنند .خاصيت خنك كنندگي اين گاز موجب استفاده از آن در ترانسفورماتورهاي قدرت نيز امكان پذير ساخته است . برخي از كارخانه هاي ترانسفورماتور سازي ، ترانسفورماتورهاي با ولتاژ 66 كيلو ولت و قدرت 20 مگا ولت آمپري ( سيستم خنك كنندگي ONAN و ONAF ) را توليد كرده اند .

 

علت آزمايش گاز SF6 جهت  افزايش ايمني ،  كاهش آثار مخرب زيست محيطي ، صرفه جوئي هزينه تعميرات و نگهداري  روشهاي بكارگيري توسعه يافته ( بهينه سازي روشهاي كاربرد قديمي ) است .

تحليل آلاينده هاي گاز ، فرايندهاي تشخيص تركيب مواد حاصل از تجزيه ، هنگام قوس الكتريكي و چگونگي انجام آن فرآيندها ، اصول تشخيص شرايط عملكرد تجهيزات گازي SF6 را فراهم مي سازد .

حالت نمونه ذيل را ملاحظه فرمائيد :

ميزان گازهاي موجود در كليد قدرت

 

 

فاز 3

فاز 2

فاز 1

( تركيب )

 

996190

995848

998191

هگزا فلوئوريد گوگرد

SF6

 

2917

649

964

نيتروژن

N2

 

638

136

341

اكسيژن

O2

 

255

3365

504

تترا فلوئوريد كربن

CF4

 

-

1

-

فلوئوريد تيونيل

SOF2

 

-

1

-

دي اكسيد كربن

CO2

اين جدول مربوط به يك كليد 161 كيلوولتي و 2000 آمپري از نوع SF6 تك فشار ، تانك تحت ولتاژ و با مكانيزم عملكرد فنر است كه جهت برقراري مدار يك بانك خازني 168 مگاواري ، 2 تا 3 بار در روز عمل مي كند . گازهاي نامبرده در اين جدول ، گازهائي هستند كه هنگام عملكرد يك كليد گازي SF6 ، در محفظه قطع آن كليد متصاعد ميشوند . درصد اين گازها در هر فاز قابل ملاحظه است . بعنوان مثال، 8/99% از گاز داخل محفظه فاز 1 كليد مورد نظر ، گاز SF6 است ( جمع هر ستون ، مقدار 100000 است ) . در 20 سپتامبر 1997 ، يك واحد توزيع كنترل از راه دور ، اين كليد را بكار انداخت . فاز دوم اين كليد ، دچار اشكال شد و نتوانست عمل كند و نتيجتا رله جريان زياد و رله خطاي كليد فعال شده و عملكرد اين رله ها باعث ايزوله شدن باس سكشن هائي كه نقش تغذيه كليد را بعهده داشتند، گرديد . پس از اين فاصله زماني مجاز ، مركز توزيع ( ديسپاچينگ ) قادر به برقدار كردن از راه دور باس سكشن ها، گرديد. اين شكست تاثيري در گسيختگي اين كليد قطع جريان نداشت. كليد از نظر معيوب بودن ، بازبيني شد . فشار گاز در تمام فازها نرمال بود و بعد از آخرين عمل وصل كليد ، فنرها دشارژ شدند . تمامي آزمايش ها ، عايقي ، زمانبندي، عملكردها و مقاومت كنتاكتها با نتايج رضايت بخشي بدست آمد و هيچ مشكلي در كليد مشاهده نشد .

اين نمونه هاي گاز از هر سه فاز جمع آوري شده و مقدار زياد گاز CF4 در فاز 2 ، بيانگر خوردگي در تفلون است . تصميم بر اين شد كه اين گاز را از كليد خارج نموده و به صورتيكه قابل مشاهده باشد، كليد را بازرسي كنند . قوس در فاصله مياني محفظه قطع و كنتاكتهاي ثابت و متحرك مشاهده شد . يعني اين قوس بين كنتاكتهاي ثابت و متحرك صورت نپذيرفته ، از اينرو فاز دوم اين كليد تعويض شد ( تا قوس بين محفظه قطع و كنتاكتها زده نشود كه اين خود ، باعث متصاعد شدن گاز CF4ناخواسته و اضافي در اين فاز گردد ) . 

روشهاي رايج براي بازرسي نشتي SF6 ، شامل استفاده از صابون است كه با اين عمل، در صورت وجود نشتي، حبابهاي گاز در محل نشتي ظاهر مي شوند و بدين ترتيب نشتي تشخيص داده مي شود. اين روش نسبتا" زمان بر بوده و بدليل اينكه لازم است تا تجهيزات مورد بازرسي بي برق گردند، پر هزينه مي باشد.

اخيرا" مؤسسهEPRI  براي تشخيص نشتي گاز SF6 ، روش جديدي مبتني بر استفاده از دوربين “GasVue”،براي انجام بازرسي در محل تجهيزات ارائه نموده است. دوربين ليزري“GasVue يك فناوري جديد در بازرسي و آشكار سازي نشتي گاز  SF6مي باشد. اساس كار اين دوربين بر تركيب Co2laser (قسمتي كه طول موجهاي مادون قرمز را براي جذب و شناسايي SF6هماهنگ مي نمايد)با يك سيستم تصويري مادون قرمز مي باشد و بدين ترتيب، امكان مشاهده نشتي SF6 كه براي چشم غير مسلح و ديگر تجهيزات بازرسي بصري، غير محسوس است، فراهم مي گردد.

اين دوربين با سرعت و دقتي فراوان و بي نياز از خروج تجهيزات تحت بازرسي از حالت بهره برداري، حتي نشتي ناشي از يك سوراخ ريز را نشان مي دهد. استفاده از اين دوربين سبب ميگردد كه شركتهاي برق، نشتي هاي مربوط به گاز SF6 را سريعتر و صحيحتر از روشهاي رايج تشخيص دهند. در نتيجه با استفاده از اين سيستم، هزينه هاي مربوط به عيب يابي كاهش يافته و ميزان اتلاف گاز SF6 نيز كمتر مي گردد.

بعلاوه مي توان نشتي روي سطوحي را كه به سختي در دسترس مي باشند شناسايي كرد و نيز با توجه به ساير تكنيكها، حتي طيفهاي ضعيف گاز و يا نشتيهاي پالسي را كه در حال خروج هستند، نشان داد. دوربين مذكور، ايمني عمليات بازرسي را بهبود مي بخشد چرا كه كاربر دوربين مي تواند از يك فاصله امن از تجهيزات و نيز در ارتفاع معيني از زمين كه عموما" بر روي نردبانها و چوب بستها مي باشد، عمل بازديد را هدايت نمايد.

براي آشكار سازي نشتي گاز SF6 در كليدها و ديگر تجهيزات يك پست در ايالت ايلي نويز( آمريكا) ، بجاي آزمايشات مرسوم، از دوربين ليزري“GasVue استفاده گرديد. با صرف نظر از هزينه هاي مشترك بين اين روش و آزمايشهاي مرسوم حبابي(صابوني)، برآورد بعمل آمده نشان داد كه هزينه صرفه جويي شده به واسطه اين روش كاربردي ساده، معادل 12 هزار دلار مي باشد. پس از سرمايه گذاري مؤسسه EPRI در امر پيشرفت دوربين مورد نظر، شركت "اديسون" در نيويورك، در چند نوبت از ماه، از اين دوربين استفاده كرده است.همچنين شركت برق آفريقاي جنوبيEskom از اين دوربين در چهار پست خود استفاده كرده است.

منابع (با تصرف): دكتر بهروز قره بيگلو ( كارشناس ارشد شركت مشانير)

+ نوشته شده در  دوشنبه بیست و یکم بهمن 1387ساعت 21:31  توسط علی  |