برق. قدرت. کنترل. الکترونیک. مخابرات. تاسیسات.

دایره المعارف تاسیسات برق (اطلاعات عمومی برق)

گاز SF6 در صنعت برق، به عنوان یك ماده عایقی در تجهیزات فشار قوی و در سطوح ولتاژ بالا بسیار كاربرد دارد.اگرچه SF6 خالص به لحاظ شیمیایی خنثی می باشد، اما در عین حال یك گاز گلخانه ای قوی با یك شبكه مولكولی است كه خواص آن در شرایط گرما، بسیار فراتر از دی اكسید 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 یكی از نادرترین عناصر غیر اكتیو در شرایط معمولی است . در یك محفظه كوارتز تا 500 درجه سانتی گراد هیچ تجزیه ای روی آن صورت نمی گیرد . در درجات بالاتر از 150 درجه سانتی گراد بعضی از فلزات به عنوان كاتالیزور در جهت تجزیه حرارتی به تدریج روی آن موثر واقع میشود ، لذا باید در انتخاب یك فلز مناسب جهت محفظه SF6 دقت لازم صورت گیرد . SF6 غیر سمی ، غیر قابل اشتعال و دارای خاصیت خوب حرارتی و انتقال حرارتی ( 6/1 برابر هوا) است .

نمودار این صفحه مربوط به میزان فشار – درجه حرارت گاز SF6 است .



گاز هگزا فلوئورید گوگرد ( SF6) یك دی الكتریك عالی با خواص بی نظیر در قطع كنندگی ( خاموش كردن ) قوس می باشد و این ویژگی منجر به كاربرد وسیع و موفقیت آمیز در كلیدهای قدرت پستهای گازی شده است . معرفی و شناخت آن در سال 1960 بوده و تجهیزات گازی SF6 تا سال 1980 ساخته شده اند . امروزه ، كاربرد این گاز به حد مطلوبی رسیده و تعداد تجهیزات تعویضی ( تجهیزات روغنی جایگزین شده با گازی ) ، افزایش یافته است . تحت شرایط ایده آل ، وقتی یك عمل تخلیه در كلید رخ می دهد ، هركدام از اتمهای فلوئور موجود در گاز SF6 یك الكترون گرفته و از اتم گوگرد جدا می شوند و هنگام پایان عمل ، آن الكترون بدست آورده را از دست داده و با تركیب با یك اتم گوگرد ، دوباره گاز SF6 را تشكیل میدهد كه به این مراحل “ خودسازی ” و یا “ خواص بازیابی ” گاز SF6 گویند . این واكنش در تجهیزات الكتریكی گازی ( SF6 ) فشار قوی رخ میدهد و وقتی كه ذرات دیگری از قبیل اكسیژن ، آب حاصل از آلودگی اتمسفری ، كربن موجود در مؤلفه های تفلونی كلید ، مس ، تنگستن موجود در كنتاكتها و همچنین آلومینیوم ، با ذرات گوناگونی كه از تجزیه SF6 بوجود آمده اند برخورد نماید ، واكنش میدهد .

علاوه بر مزایای فوق ، تجهیزات تزریق شده با گاز SF6 ، نیازی به تعمیرات و نگهداری نداشته و بدون دردسر می باشد . شایان توجه اینكه SF6 توانسته استفاده از تجهیزات روغنی را محدود سازد ، از اینرو با توجه به نیاز صنعت ، دستورالعملهای جدید مطابق با آنها ( تجهیزات گازی ) با موارد جدید باید تطابق یابد. ایمنی، نوع عملكرد آنها در خاموش كردن قوس و در نظر گرفتن اثر گلخانه ای محیط زیست این گاز ( عدم تاثیر در سوراخ شدن لایه ازن ) ، از جمله این موارد است كه علاوه بر ایجاد تغییر كاربری قدیمی گاز SF6 ، انگیزه زیادی در ارزیابی فرآیند گاز و استفاده مجدد از گازهای ذخیره شده بوجود آورده است .

در استفاده از این گاز ، كاهش هزینه تعمیرات ( به جهت اینكه كلیدهای گازی در مقایسه با دیگر كلیدها ، به تعمیرات كمتری نیاز دارند ) ، امكان مونیتورینگ اجزاء داخلی كلید و كاهش هزینه بازرسی مؤلفه های داخلی كلید، هزینه های راه اندازی در فرایندهای گازی كم می شود ، قابلیت اطمینان بهبود میابد ، ایمنی بالا از جمله مزایای این گاز است .

استحكام الكتریكی SF6 به اضافه خواص بالا كاربرد آن را در برق فشار قوی در دامنه بسیار گسترده ای امكان پذیر ساخته است زیرا استحكام الكتریكی این گاز در فشار یك اتمسفری و در شرایط كاملاً برابر چند برابر استحكام الكتریكی هوا یا ازت است . لذا تقلیل حجم و وزن دستگاههای مورد كاربرد SF6 از یك اندازه حد اقل برخوردار است . به عبارت دیگر ، با در نظر گرفتنن یك فشار برابر برای هوا و SF6 فاصله بین دو نقطه ار سطوح پتانسیل تقلیل پیدا می كند یا با در نظر گرفتن یك استحكام الكتریكی برای این دو فشار مورد نیاز و وزن دستگاه ها كمتر میشود و یا با در نظر گرفتن عایق روغن از نظر كاربرد نه تنها SF6 سبكتر از روغن است بلكه از نظر حجم نیز امكان بكار گیری یك حجم كوچكتر برای SF6 وجود خواهد داشت ; زیرا موقع بروز قوس الكتریكی در محفظه های حاوی SF6 و روغن افزایش فشار در محفظه SF6 فقط به اندازه یك عدد اعشاری خواهد بود حال آنكه فشار تولیدی توسط قوس الكتریكی و احیاناً تجزیه مقدار كمی از روغن سبب افزایش بسیار زیاد فشار محفظه روغن میشود .در كاربرد یك گاز به عنوان ماده عایقی در فشار قوی و قضاوت درباره استحكام الكتریكی آن با استفاده از قانون پاشن ، رابطه بین شكست ولتاژ آن گاز نسبت به حاصلضرب فشار ( در یك درجه حرارت ثابت ) یا چگالی آن را ( برای در نظر گرفتن تمام تغییرات فیزیكی آن در درجات حرارت مختلف ) در فاصله تخلیه ، مبدا قرار میدهند .

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

اگر چگالی نسبی آن را كه نسبت به شرایط عادی محاسبه شده باشد ، در نظر بگیریم خواهیم داشت :

Ud = f (δ . a )

هر گاز دارای یك منحنی خاص خود در این نوع است و برای مقایسه بین گازها از این محنحنی استفاده می كنند . مقدار مینیمم ولتاژ شكست برای SF6 برابر 507 ولت در p.d = 0.00035 {bar.cm} و برای هوا 352 ولت در p.d = 0.00073{bar.cm} است .

نمودار این صفحه مربوط به تغییرات استحكام الكتریكی در رابطه با تغییرات فشار و فاصله تخلیه الكتریكی در گاز SF6 و هوا است .



داشتن خواص عالی گاز SF6 سبب كاربرد آن در بسیاری از تاسیسات برق رسانی ، دستگاههای الكتریكی و دیگر صنایع شده است .در صنعت برق فشار قوی ، خاصیت آتش خاموش كن در كلید های فشار قوی ، خاصیت عایقی آن در پستهای سر بسته گازی از نوع SF6 (GIS) كابلهای SF6 و خطوط لوله انتقال انرژی الكتریكی ، ترانسفورماتورها ، خازنهای اندازه گیری برای ولتاژهای بالا ، ژنراتورهای الكترو استاتیكی ، دستگاههای اشعه ایكس ، برقگیرها و نیز در صنایع ریخته گری ( برای جلوگیری از نفوذ هوا ) و صنایع شیشه سازی استفاده می كنند .خاصیت خنك كنندگی این گاز موجب استفاده از آن در ترانسفورماتورهای قدرت نیز امكان پذیر ساخته است . برخی از كارخانه های ترانسفورماتور سازی ، ترانسفورماتورهای با ولتاژ 66 كیلو ولت و قدرت 20 مگا ولت آمپری ( سیستم خنك كنندگی ONAN و ONAF ) را تولید كرده اند .



علت آزمایش گاز SF6 جهت افزایش ایمنی ، كاهش آثار مخرب زیست محیطی ، صرفه جوئی هزینه تعمیرات و نگهداری روشهای بكارگیری توسعه یافته ( بهینه سازی روشهای كاربرد قدیمی ) است .

تحلیل آلاینده های گاز ، فرایندهای تشخیص تركیب مواد حاصل از تجزیه ، هنگام قوس الكتریكی و چگونگی انجام آن فرآیندها ، اصول تشخیص شرایط عملكرد تجهیزات گازی SF6 را فراهم می سازد .

حالت نمونه ذیل را ملاحظه فرمائید :
میزان گازهای موجود در كلید قدرت



فاز 3
فاز 2
فاز 1
( تركیب )


996190
995848
998191
هگزا فلوئورید گوگرد
SF6


2917
649
964
نیتروژن
N2


638
136
341
اكسیژن
O2


255
3365
504
تترا فلوئورید كربن
CF4


-
1
-
فلوئورید تیونیل
SOF2


-
1
-
دی اكسید كربن
CO2



این جدول مربوط به یك كلید 161 كیلوولتی و 2000 آمپری از نوع SF6 تك فشار ، تانك تحت ولتاژ و با مكانیزم عملكرد فنر است كه جهت برقراری مدار یك بانك خازنی 168 مگاواری ، 2 تا 3 بار در روز عمل می كند . گازهای نامبرده در این جدول ، گازهائی هستند كه هنگام عملكرد یك كلید گازی SF6 ، در محفظه قطع آن كلید متصاعد میشوند . درصد این گازها در هر فاز قابل ملاحظه است . بعنوان مثال، 8/99% از گاز داخل محفظه فاز 1 كلید مورد نظر ، گاز SF6 است ( جمع هر ستون ، مقدار 100000 است ) . در 20 سپتامبر 1997 ، یك واحد توزیع كنترل از راه دور ، این كلید را بكار انداخت . فاز دوم این كلید ، دچار اشكال شد و نتوانست عمل كند و نتیجتا رله جریان زیاد و رله خطای كلید فعال شده و عملكرد این رله ها باعث ایزوله شدن باس سكشن هائی كه نقش تغذیه كلید را بعهده داشتند، گردید . پس از این فاصله زمانی مجاز ، مركز توزیع ( دیسپاچینگ ) قادر به برقدار كردن از راه دور باس سكشن ها، گردید. این شكست تاثیری در گسیختگی این كلید قطع جریان نداشت. كلید از نظر معیوب بودن ، بازبینی شد . فشار گاز در تمام فازها نرمال بود و بعد از آخرین عمل وصل كلید ، فنرها دشارژ شدند . تمامی آزمایش ها ، عایقی ، زمانبندی، عملكردها و مقاومت كنتاكتها با نتایج رضایت بخشی بدست آمد و هیچ مشكلی در كلید مشاهده نشد .

این نمونه های گاز از هر سه فاز جمع آوری شده و مقدار زیاد گاز CF4 در فاز 2 ، بیانگر خوردگی در تفلون است . تصمیم بر این شد كه این گاز را از كلید خارج نموده و به صورتیكه قابل مشاهده باشد، كلید را بازرسی كنند . قوس در فاصله میانی محفظه قطع و كنتاكتهای ثابت و متحرك مشاهده شد . یعنی این قوس بین كنتاكتهای ثابت و متحرك صورت نپذیرفته ، از اینرو فاز دوم این كلید تعویض شد ( تا قوس بین محفظه قطع و كنتاكتها زده نشود كه این خود ، باعث متصاعد شدن گاز CF4ناخواسته و اضافی در این فاز گردد ) .

روشهای رایج برای بازرسی نشتی SF6 ، شامل استفاده از صابون است كه با این عمل، در صورت وجود نشتی، حبابهای گاز در محل نشتی ظاهر می شوند و بدین ترتیب نشتی تشخیص داده می شود. این روش نسبتا" زمان بر بوده و بدلیل اینكه لازم است تا تجهیزات مورد بازرسی بی برق گردند، پر هزینه می باشد.

اخیرا" مؤسسهEPRI برای تشخیص نشتی گاز SF6 ، روش جدیدی مبتنی بر استفاده از دوربین “GasVue”،برای انجام بازرسی در محل تجهیزات ارائه نموده است. دوربین لیزری“GasVue” یك فناوری جدید در بازرسی و آشكار سازی نشتی گاز SF6می باشد. اساس كار این دوربین بر تركیب Co2laser (قسمتی كه طول موجهای مادون قرمز را برای جذب و شناسایی SF6هماهنگ می نماید)با یك سیستم تصویری مادون قرمز می باشد و بدین ترتیب، امكان مشاهده نشتی SF6 كه برای چشم غیر مسلح و دیگر تجهیزات بازرسی بصری، غیر محسوس است، فراهم می گردد.

این دوربین با سرعت و دقتی فراوان و بی نیاز از خروج تجهیزات تحت بازرسی از حالت بهره برداری، حتی نشتی ناشی از یك سوراخ ریز را نشان می دهد. استفاده از این دوربین سبب میگردد كه شركتهای برق، نشتی های مربوط به گاز SF6 را سریعتر و صحیحتر از روشهای رایج تشخیص دهند. در نتیجه با استفاده از این سیستم، هزینه های مربوط به عیب یابی كاهش یافته و میزان اتلاف گاز SF6 نیز كمتر می گردد.

بعلاوه می توان نشتی روی سطوحی را كه به سختی در دسترس می باشند شناسایی كرد و نیز با توجه به سایر تكنیكها، حتی طیفهای ضعیف گاز و یا نشتیهای پالسی را كه در حال خروج هستند، نشان داد. دوربین مذكور، ایمنی عملیات بازرسی را بهبود می بخشد چرا كه كاربر دوربین می تواند از یك فاصله امن از تجهیزات و نیز در ارتفاع معینی از زمین كه عموما" بر روی نردبانها و چوب بستها می باشد، عمل بازدید را هدایت نماید.

برای آشكار سازی نشتی گاز SF6 در كلیدها و دیگر تجهیزات یك پست در ایالت ایلی نویز( آمریكا) ، بجای آزمایشات مرسوم، از دوربین لیزری“GasVue” استفاده گردید. با صرف نظر از هزینه های مشترك بین این روش و آزمایشهای مرسوم حبابی(صابونی)، برآورد بعمل آمده نشان داد كه هزینه صرفه جویی شده به واسطه این روش كاربردی ساده، معادل 12 هزار دلار می باشد. پس از سرمایه گذاری مؤسسه EPRI در امر پیشرفت دوربین مورد نظر، شركت "ادیسون" در نیویورك، در چند نوبت از ماه، از این دوربین استفاده كرده است.همچنین شركت برق آفریقای جنوبیEskom از این دوربین در چهار پست خود استفاده كرده است.

منابع (با تصرف): دكتر بهروز قره بیگلو ( كارشناس ارشد شركت مشانیر)

http://www.tjh2b.com/asp/articles/sf6.asp

صفحات جانبی

نظرسنجی

    لطفاً نظرات خود را درمورد وبلاگ با اینجانب در میان بگذارید.(iman.sariri@yahoo.com)نتایج تاکنون15000مفید و 125غیرمفید. با سپاس


  • آخرین پستها

آمار وبلاگ

  • کل بازدید :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :