گاز SF6 در صنعت برق بخش 1
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.
این گاز یکی از نادر ترین عناصر غیر اکتیو در شرایط معمولی است . در یک محفظه کوارتز 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 کاتالیزور در جهت تجزیه حرارتی به تدریج روی آن موثر واقع میشود ، لذا باید در انتخاب یک 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 .
گاز هگزا فلوئورید گوگرد ( SF6) یک دی الکتریک عالی با خواص بی نظیر در قطع کنندگی ( خاموش کردن ) قوس می باشد و این ویژگی منجر به کاربرد وسیع و موفقیت آمیز در کلیدهای قدرت پستهای گازی شده است . معرفی و شناخت آن در سال 1960 بوده و تجهیزات گازی SF6 تا سال 1980 ساخته شده اند . امروزه ، کاربرد این گاز به حد مطلوبی رسیده و تعداد تجهیزات تعویضی ( تجهیزات روغنی جایگزین شده با گازی ) ، افزایش یافته است . تحت شرایط ایده آل ، وقتی یک عمل تخلیه در کلید رخ می دهد ، هرکدام از اتمهای فلوئور موجود در گاز SF6 یک الکترون گرفته و از اتم گوگرد جدا می شوند و هنگام پایان عمل ، آن الکترون بدست آورده را از دست داده و با ترکیب با یک اتم گوگرد ، دوباره گاز SF6 را تشکیل میدهد که به این مراحل “ خودسازی ” و یا “ خواص بازیابی ” گاز SF6 گویند . این واکنش در تجهیزات الکتریکی گازی ( SF6 ) فشار قوی رخ میدهد و وقتی که ذرات دیگری از قبیل اکسیژن ، آب حاصل از آلودگی اتمسفری ، کربن موجود در مؤلفه های تفلونی کلید ، مس ، تنگستن موجود در کنتاکتها و همچنین آلومینیوم ، با ذرات گوناگونی که از تجزیه SF6 بوجود آمده اند برخورد نماید ، واکنش میدهد .
علاوه بر مزایای فوق ، تجهیزات تزریق شده با گاز SF6 ، نیازی به تعمیرات و نگهداری نداشته و بدون دردسر می باشد . شایان توجه اینکه 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 عملکرد آنها در خاموش کردن قوس و در نظر گرفتن اثر گلخانه ای محیط زیست این گاز ( عدم تاثیر در سوراخ شدن لایه ازن ) ، از جمله این موارد است که علاوه بر ایجاد تغییر کاربری قدیمی گاز SF6 ، انگیزه زیادی در ارزیابی فرآیند گاز و استفاده مجدد از گازهای ذخیره شده بوجود آورده است .
در استفاده از این گاز ، کاهش هزینه تعمیرات ( به جهت اینکه کلیدهای گازی در مقایسه با دیگر کلیدها ، به تعمیرات کمتری نیاز دارند ) ، امکان مونیتورینگ اجزاء داخلی کلید و کاهش هزینه بازرسی مؤلفه های داخلی کلید، هزینه های راه اندازی در فرایندهای گازی کم می شود ، قابلیت اطمینان بهبود میابد ، ایمنی بالا از جمله مزایای این گاز است .
استحکام الکتریکی SF6 به اضافه خواص بالا کاربرد آن را در برق فشار قوی در دامنه بسیار گسترده ای امکان پذیر ساخته است زیرا استحکام الکتریکی این گاز در فشار یک اتمسفری و در شرایط کاملاً برابر چند برابر استحکام الکتریکی هوا یا ازت است . لذا تقلیل حجم و وزن دستگاههای مورد کاربرد SF6 از یک اندازه حد اقل برخوردار است . به عبارت دیگر ، با در نظر گرفتنن یک فشار برابر برای هوا و SF6 فاصله بین دو نقطه ار سطوح پتانسیل تقلیل پیدا می کند یا با در نظر گرفتن یک استحکام الکتریکی برای این دو فشار مورد نیاز و وزن دستگاه ها کمتر میشود و یا با در نظر گرفتن عایق روغن از نظر کاربرد نه تنها SF6 سبکتر از روغن است بلکه از نظر حجم نیز امکان بکار گیری یک حجم کوچکتر برای SF6 وجود خواهد داشت ; زیرا موقع بروز قوس الکتریکی در محفظه های حاوی SF6 و روغن افزایش فشار در محفظه SF6 فقط به اندازه یک عدد اعشاری خواهد بود حال آنکه فشار تولیدی توسط قوس الکتریکی و احیاناً تجزیه مقدار کمی از روغن سبب افزایش بسیار زیاد فشار محفظه روغن میشود .در کاربرد یک گاز به عنوان ماده عایقی در فشار قوی و قضاوت درباره استحکام الکتریکی آن با استفاده از قانون پاشن ، رابطه بین شکست ولتاژ آن گاز نسبت به حاصلضرب فشار ( در یک درجه حرارت ثابت ) یا چگالی آن را ( برای در نظر گرفتن تمام تغییرات فیزیکی آن در درجات حرارت مختلف ) در فاصله تخلیه ، مبدا قرار میدهند .
اگر چگالی نسبی آن را که نسبت به شرایط عادی محاسبه شده باشد ، در نظر بگیریم خواهیم داشت :
هر گاز دارای یک منحنی خاص خود در این نوع است و برای مقایسه بین گازها از این محنحنی استفاده می کنند . مقدار مینیمم ولتاژ شکست 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 .
داشتن خواص عالی گاز SF6 سبب کاربرد آن در بسیاری از تاسیسات برق رسانی ، دستگاههای الکتریکی و دیگر صنایع شده است .در صنعت برق فشار قوی ، خاصیت آتش خاموش کن در کلید های فشار قوی ، خاصیت عایقی آن در پستهای سر بسته گازی از نوع SF6 (GIS) کابلهای SF6 و خطوط لوله انتقال انرژی الکتریکی ، ترانسفورماتورها ، خازنهای اندازه گیری برای ولتاژهای بالا ، ژنراتورهای الکترو استاتیکی ، دستگاههای اشعه ایکس ، برقگیرها و نیز در صنایع ریخته گری ( برای جلوگیری از نفوذ هوا ) و صنایع شیشه سازی استفاده می کنند .خاصیت خنک کنندگی این گاز موجب استفاده از آن در ترانسفورماتورهای قدرت نیز امکان پذیر ساخته است . برخی از کارخانه های ترانسفورماتور سازی ، ترانسفورماتورهای با ولتاژ 66 کیلو ولت و قدرت 20 مگا ولت آمپری ( سیستم خنک کنندگی ONAN و ONAF ) را تولید کرده اند .
علت آزمایش گاز SF6 جهت افزایش ایمنی ، کاهش آثار مخرب زیست محیطی ، صرفه جوئی هزینه تعمیرات و نگهداری روشهای بکارگیری توسعه یافته ( بهینه سازی روشهای کاربرد قدیمی ) است .
تحلیل آلاینده های گاز ، فرایندهای تشخیص ترکیب مواد حاصل از تجزیه ، هنگام قوس الکتریکی و چگونگی انجام آن فرآیندها ، اصول تشخیص شرایط عملکرد تجهیزات گازی SF6 را فراهم می سازد .
حالت نمونه ذیل را ملاحظه فرمائید :
محسن خدابخشی کارشناس برق قدرت و کارشناس ارشد مدیریت اجرایی 09125348620