Uzun yıllardır SF6, elektrik enerjisi uygulamalarında, özellikle de yüksek voltajlı gaz yalıtımlı ekipmanlarda tercih edilen dielektrik ortam olmuştur. Bununla birlikte, SF6’nın 3200 yıllık son derece uzun bir atmosferik ömre ve 23.500 küresel ısınma potansiyeline (GWP) sahip olduğunun ve bu durumun onu bugüne kadar tespit edilen en güçlü sera gazı haline getirdiğinin kabul edilmesiyle, hükümetler gazla dolu ekipmanlardan kaynaklanan emisyon azaltımlarının peşine düştü. Elektrik enerjisi endüstrisi, gaz yalıtımlı anahtarlama donanımı, gaz yalıtımlı devre kesiciler ve gaz yalıtımlı hatlar veya baralar dahil olmak üzere, geleneksel olarak SF6 kullanan genişleyen uygulama yelpazesine SF6 içermeyen teknolojileri uygulayarak bu çevresel soruna yanıt vermiştir.
Bu bağlamda GE Grid Solutions , 3M™ Şirketi ile ortaklaşa karbondioksit, oksijen ve 3M™ Novec™ 4710 bazlı bir karışım olan g3’ü geliştirdi. g3, minimum dış sıcaklık gereksinimlerini karşılayan yüksek gerilim şalt uygulamaları için en uygun çözümdür uluslararası standartlarda tanımlandığı gibi (-25°C veya -30°C gibi).
Bu belge, g3 ürünleriyle geçmiş yıllarda kazanılan deneyimlerin geri dönüşünü sunmakta ve 60 Hz pazar segmentine yönelik son gelişmeleri vurgulamaktadır. g3teknolojisinin son kullanıcılara sağladığı faydalar net bir şekilde vurgulanacaktır.
Tanıtım
Son yıllarda, düşük küresel ısınma potansiyeli (GWP) avantajıyla birlikte SF6’ya yakın veya eşit yüksek dielektrik dayanımı ve anahtarlama akımı yetenekleri avantajı sunan SF6 içermeyen gaz halindeki çevre dostu çözümler üzerinde kapsamlı çalışmalar yapılmıştır. SF6’nın ötesinde CO2’nin en umut verici ark söndürme gazı olduğu kanıtlanmıştır. Bununla birlikte, CO2, SF6’ya kıyasla oldukça düşük bir dielektrik performans gösterir; bu da, SF6 eşdeğeri ekipmanın bir fonksiyonu olarak CO2’nin boyutunu ve/veya nominal basıncını önemli ölçüde değiştirmediği sürece, Yüksek Gerilim şalt sisteminde saf CO2’nin kullanımını mümkün kılmaz. Bu nedenle CO2 dielektrik performansı, üstün dielektrik dayanımına sahip bir katkı maddesiyle geliştirilmelidir.
Bu bağlamda, GE Grid Solutions, 3M™ Company ile ortaklaşa, 3M™ Novec™ 4710 olarak da bilinen heptafloro-izo-bütironitril (CF3)2-CF-CN (veya floronitril) bazlı bir gaz karışımı geliştirdi. Dielektrik Sıvı [1] ve karbondioksit ve oksijen ile karıştırılır. Bu floronitrilin CO2 ve O2 ile gaz karışımlarının şalt uygulamaları için en uygun çözüm olduğu bulunmuştur. “g3” olarak adlandırılan bu özel gaz karışımının, uluslararası standartlarda tanımlanan minimum dış ortam sıcaklığı (-25°C veya -30°C gibi) gereksinimlerini karşılama avantajıyla teknik ve ekonomik açıdan en umut verici çözüm olduğu kanıtlanmıştır [2, 3, 4].
g3 karışımı için geliştirilen ve bununla doldurulan yüksek voltajlı (HV) elektrik iletim ekipmanı, gazın çevresel etkisinde büyük bir değişiklikle birlikte, son teknoloji ürünü SF6 olanlarla aynı değerlere ve aynı boyutsal ayak izine sahiptir: GWP’si (Global) Isınma Potansiyeli), CO2’den 23.500 kat daha büyük bir GWP’ye ve atmosferde 3.200 yıllık bir ömre sahip olan SF6’ya kıyasla %99’dan daha fazla azaltılır ve bu da onu Kyoto Protokolü listesinin en üstüne yerleştirir [5].
g3’ün Özellikleri ve Davranışı
Söz konusu g3 olan floronitril/CO2/O2 karışımının fizikokimyasal özellikleri, geniş bir araştırma yelpazesi yoluyla belirlenmiştir. Örneğin, gazın homojenliğinin ve bileşiminin zaman içinde stabil olduğunu ve karışımın düşük sıcaklıklarda ve karışımın sıvılaşma sıcaklığındaki davranışının, farklı bileşenlerin kısmi basıncına bağlı olduğunu gösterdiler. Elektriksel davranış açısından, floronitril yani (CF3)2-CF-CN, flor ile birleştirilmiş nitril üçlü işlevi sayesinde karışıma dielektrik mukavemeti sağlar. CO2 ark kesinti sürecini yönetir [6]. O2, özellikle yoğun ark kesintisi durumunda gazın kimyasal ayrışmasında önemli bir rol oynar. O2 içeriğinin g3’e etkisi, gaz ayrışması ve toz oluşumuna odaklanan birçok araştırmanın hedefi olmuştur [7]. Örneğin karbon monoksit miktarı O2 oranına bağlı olarak 2 veya 3 oranında azaltılarak diğer gaz halindeki yan ürünlerin oluşma hızı da önemli ölçüde azaltılır. Ayrıca oksijen içeriği, güç arkı kesintisinden sonra kesicide oluşan katı toz bileşimini de olumlu yönde azaltır.
Düzenlemeler
Avrupa
Florlu sera gazlarına ilişkin 517/2014 sayılı Avrupa yönetmeliği [8] (F-gaz yönetmeliği diyor) SF6’nın Yüksek Gerilim ekipmanlarında kullanımına değiniyor ve eğitim, etiketleme ve raporlama hakkında talimatlar veriyor. Kasıtlı olarak SF6 salınımı yasaktır, kullanımdan sonra geri kazanılması zorunludur. Sızıntılar ölçülür ve en aza indirilmelidir. Komisyon, 21. Maddesinde, yeni orta gerilim sekonder şalt cihazlarında florlu sera gazlarının (F-gazları) değiştirilmesini mümkün kılan uygun maliyetli, teknik açıdan uygulanabilir, enerji açısından verimli ve güvenilir alternatiflerin mevcut olup olmadığını değerlendirmek için bir hedef belirlemişti. .
Komisyon tarafından Eylül 2020’de yayınlanan rapor [9] uygun maliyetli, teknik olarak uygulanabilir, enerji açısından verimli ve güvenilir alternatiflerin mevcut olup olmadığını değerlendiriyor. Rapor nihayet orta gerilimle sınırlı kalmadı ve yüksek gerilim ekipmanlarına da değindi. Rapor, alternatiflerin varlığını doğruluyor ve dolayısıyla SF6’nın gelecekte yasaklanmasının kapısını açıyor . Aynı zamanda g3 teknolojisi ve ilgili ürünler hakkında da çok olumlu geri bildirimler sağlıyor : “Floronitrillere dayalı gaz karışımları ve SF6 bazlı çözümler, boyutlar ve elektriksel değerler açısından eşdeğerdir . Öte yandan, modellerde Floroketon ve doğal gaz bazlı gaz karışımları, SF6 modellerine kıyasla daha büyük fiziksel boyutlar gerektiriyor”.
İngiltere
Ulusal Düzenlemeler açısından, Birleşik Krallık TSO’ları ve DSO’ları AB ile uyumludur ve halihazırda yürürlükte olan başka ulusal önlem bulunmamaktadır. Birleşik Krallık TSO’larının (ve DSO’larının) tamamı OFGEM tarafından düzenlenmektedir ve her biri, bir hedef değere göre SF6 emisyonunun azaltılmasıyla doğrudan ilişkili varlık müdahalelerini ve acı/kazanç teşvik mekanizmalarını finanse etmektedir . Hedef, 2018/2019 kıyaslamasına göre 2030 yılına kadar emisyonun %50 azaltılmasıdır. Bu düzenlemeler bireysel şirketlerin iletim lisanslarının bir parçasını oluşturur. Teşvik düzenlemeleri, standart lisans koşullarına ek olarak birçok başka maddenin yanı sıra özel lisans koşullarında da yer almaktadır.
Bu düzenlemenin SF6 alternatiflerinin uygulanmasını hızlandırmada çok etkili olduğu kanıtlanmıştır. İngiltere şu anda daha fazla sayıda SF6 içermeyen ekipmana ev sahipliği yapıyor.
Amerika Birleşik Devletleri
ABD Çevre Koruma Ajansı (US EPA), 1999 yılında gönüllü bir sera gazı raporlama programı başlattı. 2011 yılında program, elektrikli T&D ekipmanlarının kullanımı ve üretimi için zorunlu hale geldi. Program, ekipmanlarının isim plakası kapasitesinin 7838 kg SF6’yı aşması durumunda kullanıcıların yıllık SF6 emisyonlarını raporlamasını gerektirir. Benzer şekilde, üreticilerin yıllık SF6 alımlarının 10.433 kg’ı aşması durumunda emisyonları raporlamaları gerekmektedir. EPA şu anda 2011’den bu yana endüstri eğilimlerine yanıt olarak programın revizyonunu düşünüyor.
Kaliforniya eyaleti, Kaliforniya Hava Kaynakları Kurulu (CARB) aracılığıyla 2011 yılından bu yana “Gaz Yalıtımlı Şalt Cihazlarından Kaynaklanan SF6 Emisyonlarının Azaltılmasına Dair Yönetmelik”i uygulamaktadır. Yönetmelik, SF6 emisyon raporlamasına ek olarak, yıllık emisyon oranı sınırlarının kademeli olarak düşürülmesini zorunlu kılmaktadır. 2011’de %10 olan bu oran 2020’den sonra yıllık %1,0’a düşmektedir. Ocak 2022’de, sera gazının GWP’si > 1 olan herhangi bir gaz olarak tanımlandığı “Gaz Yalıtımlı Ekipmanlardan Kaynaklanan Sera Gazı Emisyonları” kapsamını genişleten bir revizyon yayımlanmıştır. ve emisyonlar megaton CO2 eşdeğeri cinsinden rapor ediliyor. Ayrıca, yeni SF6 ekipmanının satın alınmasının, 2025’ten itibaren derecelendirme ve başvuruya göre aşamalı olarak durdurulması öneriliyor. Aşamalı olarak sona erdirme ayrıntıları Tablo 9.3’te verilmiştir.
Massachusetts eyaleti de kendi SF6 düzenlemesini uygulamaktadır. Emisyonlar yıllık olarak raporlanmakta ve %3,5/yıl ile sınırlandırılmaktadır. (2015) ila %1,0/yıl. (2020 ve sonrası). Buna ek olarak, Massachusetts’teki büyük kamu kuruluşlarının 2018’den 2020’ye ve sonrasına kadar SF6 emisyonlarına mutlak sınırlamalar getirildi. Ulusal Elektrik Üreticileri Birliği’ne (NEMA) bağlı SF6 ve Alternatifler Koalisyonu , düzenleyici faaliyetler ve SF6 ve alternatifleriyle ilgili diğer konular hakkında güncel bilgilerin yer aldığı bir web sitesine sahiptir. Sera gazlarına ilişkin SF6’yı da içerebilecek geniş düzenleyici eylemi düşünen diğer eyaletler Colorado, Maryland, Montana, New Hampshire, New Jersey, New Mexico, New York, Oregon, Rhode Island, Texas ve Washington’dur.
Kanada
Federal düzeyde, SF6 ve CF4’ün kullanımına ilişkin herhangi bir kısıtlama yoktur; yalnızca gönüllü emisyon beyanı vardır. Ancak Federal düzenleme, SF6’nın kazara salınması ve depolanmasıyla ilgili gereklilikleri sağlar. İl düzeyinde (Quebec), geri dönüştürülen ve yayılan SF6 miktarları sıkı bir şekilde kontrol edilmektedir: Hesaplama metodolojisi eyalet yetkilileri tarafından sağlanmaktadır. Örneğin, kullanıcılar her bir SF6 ve CF4 yalıtımlı ekipmanın kapasitesini sağlamalı, operasyonda kullanılabilecek geri kazanım gaz silindirlerini takip etmeli, ekipmanın sızdırması için gereken ilave gazı takip etmelidir. Emisyonların belirli bir eşiği aşması halinde: bir “üst sınır ve ticaret sistemi” uygulanır ve tahsisler Kaliforniya ve Ontario ile ortak karbon piyasasından satın alınır. T&D ekipmanı sahipleri için durum budur. Ayrıca, SF6 ve CF4 gibi gazlar da dahil olmak üzere tüm kirletici maddelerin kazara salınması, herhangi bir gecikme olmaksızın beyan edilmelidir. Ayrıca “Bazı Projelerin Çevresel Etki Değerlendirmesi ve Gözden Geçirilmesi Hakkında Yönetmelik”te de güncelleme yapıldı. Bu yeni düzenleme, bir projenin her aşaması için, sera gazı emisyonlarının tahminini ve olası azaltım önlemlerini içeren bir çevresel etki değerlendirmesi yapılmasını gerektirmektedir.
Güney Kore
SF6’ya ilişkin özel bir kamu düzenlemesi yoktur. Kore Elektrik Enerjisi Şirketi tarafından kendi kendine empoze edilen bir sera gazı emisyon azaltımı uygulanmaktadır. Buna, 170 kV ve 362 kV GIS’e kadar SF6 yalıtımlı şalt cihazlarının kullanımı da dahildir. Tüm büyük şalt donanımı üreticileri 170 kV “Eco GIS” geliştirmeye teşvik edilmektedir ve birçok şirket 170 kV GIS geliştirmede başarılı olmuştur ve pilot çalışmalar 2020’den bu yana devam etmektedir. 362 kV GIS için hükümet tarafından finanse edilen bir araştırma ve geliştirme projesi planlama aşamasında olup 2020’li yılların sonlarında kullanılması hedeflenmektedir.
Teknik Komiteler ve Standardizasyon
Cigre
Cigré WGB3-45 , Teknik Broşür 802 “Orta ve yüksek gerilim gaz yalıtımlı şalt cihazlarında SF6 olmayan gazların veya gaz karışımlarının uygulanması” [10]
Bu broşür, gaz yalıtımlı şalt cihazlarında SF6 olmayan gazların ve gaz karışımlarının emniyetli, güvenilir ve sürdürülebilir uygulanmasına yönelik uyarlama ihtiyaçlarını veya yeni gereksinimleri açıklamaktadır. Ayrıca araştırılan ve gaz yalıtımlı şalt sistemine uygulanan SF6 olmayan gazların ve gaz karışımlarının verilen ve mevcut özelliklerini de açıklar. Bu Broşürün kapsadığı konular şunlardır:
- Kalite ve saflık gereksinimleri
- Yaşlanma yönleri
- Gaz taşıma ve doldurma doğruluğu
- Sızdırmazlık gereksinimleri
- Minimum fonksiyonel gaz bileşimi
- Sağlık, Güvenlik, Çevresel hususlar
- Kullanım ömrü sonu hususları/yeniden kullanım konseptleri de dahil olmak üzere bakım ve yaşam döngüsü hususları
Broşür ayrıca SF6 için alternatiflerin devam eden gelişimini ve uygulama kısıtlamalarını ve alternatif gazlar uygulayan pilot projelerin sorunlarını da kapsamaktadır. Günümüzün en ileri teknolojilerini özetlemekte ve gazların ve gaz karışımlarının aralığına ilişkin ilkeleri toplayıp açıklamaktadır. Bu prensipler gelecekte ortaya çıkabilecek SF6’ya alternatif her türlü gazı karakterize etmek için kullanılabilir. Alternatif gazların geniş ölçekli uygulanmasının fizibilitesi gelişmelere, pilot projelerin sonuçlarına, alternatif gazların mevcudiyetine ve bu yeni çözümlerin güvenilirliğine, sağlık, güvenlik ve çevre boyutlarına bağlıdır.
Cigré WGD1-67 “Gaz yalıtımlı sistemler için yeni SF6 olmayan gazların ve gaz karışımlarının elektrik performansı”
Mevcut çalışma grubu, elektrik yalıtımı amacıyla yeni yalıtım gazı karışımının teknik özelliklerine odaklandı. Ark söndürme performansı ve özel gereklilikleri bu raporda ele alınmamıştır; bu WG A3.41’in görevidir. Basınçlı hava (WG D1.51 ile işlenmiş) ve katı veya sıvı yalıtımı gibi diğer alternatif yalıtım teknolojileri de bu çalışmada dikkate alınmamıştır.
Cigré WGA3-41 “SF6 İçermeyen Şalt Cihazlarında Akım Kesintisi”
Bu Çalışma Grubu şu anda SF6 alternatiflerinin şalt donanımı fonksiyonları üzerindeki etkisine ilişkin bir genel bakış sunmakta ve tartışılan ekipmanlarla devam eden çeşitli kamu hizmeti uygulamalarını listelemektedir. Doğal kökenli gazlara ve bunların floronitril (C4-FN), floroketon (C5-FK) ve teknik hava yalıtımlı vakumlu devre kesicilerle karışımına odaklanıyor ve yaklaşan SF6 içermeyen ana teknolojidir.
IEEE
PC37.100.7 “1000 V Üzeri Şalt Donanımı için Kükürt Dışı Heksaflorür Yalıtım ve Ark Söndürme Ortamının Performans Özelliklerinin Değerlendirilmesine İlişkin Taslak Kılavuz”
Bu kılavuz, 1000 V’un üzerinde derecelendirilen şalt cihazları için mevcut standartları ve performans kriterlerini gözden geçirmektedir. Performansın her yönü, Kükürt Heksaflorür alternatifleri bağlamında ele alınmakta, bunların davranışlarının mevcut teknolojilerden nasıl farklı olabileceği ve bu davranışın yeterlilik sürecinde nasıl değişikliklere yol açabileceği tartışılmaktadır. Performans değerlendirme sürecine ve standartların geliştirilmesine katkıda bulunabilecek ilgili analitik, sayısal ve test yöntemleri tartışılmaktadır.
C37.122.XX “Yüksek Gerilim Ekipmanları için SF6 Dışı Gaz Karışımlarının Kullanılması Kılavuzu”
Bu kılavuz, SF6 olmayan gazların ve bunların elektrikli güç ekipmanlarında kullanılan gaz karışımlarının yerinde kullanımını açıklamaktadır. Buna gaz karıştırma, doldurma, analiz, geri kazanım, ıslah ve geri dönüşüm dahildir.
IEC
IEC 62271-4 “Yüksek Gerilim Anahtarlama Donanımı ve Kontrol Donanımı – Bölüm 4: Yalıtım ve/veya anahtarlama için gazlara yönelik kullanım prosedürleri”
IEC 62271’in bu bölümü , yüksek gerilim anahtarlama donanımı ve kontrol donanımının kullanım ömrü sonunda kurulum, devreye alma, onarım, revizyon, normal ve anormal işlemler ve imha sırasında izolasyon ve/veya anahtarlama için gazların taşınmasına ilişkin prosedürlere uygulanır. . Bu prosedürler, elektrikli ekipmanların güvenilirliğini, bu gazlarla çalışan kişilerin güvenliğini sağlamak ve çevreye olan etkiyi en aza indirmek için asgari gereklilikler olarak kabul edilmektedir. Üreticinin kullanım kılavuzunda ek gereksinimler belirtilebilir veya belirtilebilir.
Bu belgenin yayınlandığı tarihte elektrikli güç ekipmanında kullanıldığı bilinen her gaz için ayrı bir ekte spesifikasyonlar, kullanım prosedürleri, güvenlik önlemleri vb. açıklanmaktadır. Bu eklerin kapsamına girmeyen gazlar için, elektrikli güç ekipmanı Üretici, bu eklerin yapısına uygun olarak gerekli bilgileri sağlamalıdır. Bu tür gazlar ayrıca bir sonraki baskıda veya bu baskıya yapılan değişikliklerde de açıklanmalıdır.
IEC 63360 “Elektroteknik uygulama için sıvılar: SF6’ya alternatif”
IEC TC10 WG41, elektrikli güç ekipmanlarında kullanıma yönelik SF6’ya yönelik teknik sınıf alternatiflerinin kalitesini belirleyecek belgeyi hazırlıyor. Bu gazların elektrikli güç ekipmanına verilmesinden önce SF6’ya alternatiflerin analizine uygulanabilen, hem laboratuvar hem de yerinde taşınabilir cihazları kapsayan tespit teknikleri de bu belgede açıklanacaktır.
IEC 63359 “Elektroteknik uygulama için sıvılar: SF6’ya alternatif gaz karışımlarının yeniden kullanımına ilişkin özellikler”
Bu belge, elektrikli ekipmandan geri kazanıldıktan ve geri kazanıldıktan sonra (örneğin, kullanım ömrünün sonunda bakım için) daha düşük GWP’li SF6’ya alternatif gazların yeniden kullanımına yönelik uluslararası bir standart sağlayacaktır. Bu gazlar artık endüstride kullanılmaktadır ve bu tür gazların yeniden kullanımına yönelik kriterler gerekmektedir. Bu belge orta ve yüksek gerilim ekipmanları için kullanılan farklı çözümleri kapsamalıdır. Bu standardın SF6 için IEC 60480’in karşılığı olması amaçlanmaktadır.
SF6 yan ürünlerine alternatifler ve SF6 ve yan ürünlerine alternatiflerin insan sağlığı üzerindeki potansiyel etkilerini değerlendirme prosedürüne ilişkin bilgiler IEC 63359 kapsamında ele alınacaktır; bunların kullanımı ve bertarafı, ilgili uluslararası ve yerel düzenlemelere göre gerçekleştirilecektir. çevre üzerindeki etkisine yöneliktir.
Bu belge, elektrikli ekipmandan geri kazanıldıktan ve geri kazanıldıktan sonra (örneğin kullanım ömrünün sonunda bakım için) daha düşük GWP’li SF6’ya alternatif gazların yeniden kullanımına yönelik uluslararası bir standart sağlayacaktır. Bu gazlar artık endüstride kullanılmaktadır ve bu tür gazların yeniden kullanımına yönelik kriterler gerekmektedir. Bu belge orta ve yüksek gerilim ekipmanları için kullanılan farklı çözümleri kapsamalıdır. Bu standardın SF6 için IEC 60480’in karşılığı olması amaçlanmaktadır.
SF6 yan ürünlerine alternatifler ve SF6 ve yan ürünlerine alternatiflerin insan sağlığı üzerindeki potansiyel etkilerini değerlendirme prosedürüne ilişkin bilgiler IEC 63359 kapsamında ele alınacaktır; bunların kullanımı ve bertarafı, ilgili uluslararası ve yerel düzenlemelere göre gerçekleştirilecektir. çevre üzerindeki etkisine yöneliktir.
g3 Ekipmanıyla Deneyimin Geri Dönüşü
420kV GIL
Tipik bir 420 kV trafo merkezinde GIL, çoğunlukla GIS projesinde kullanılan toplam gaz miktarının %50’sini temsil eder [11]. Bu nedenle kamu hizmetleri bu tür düzenlemelerde SF6 kullanımını sınırlamaya dikkat etti ve normalde SF6 ile doldurulan bazı GIL bölümlerini, g3’e dayalı alternatif gaz karışımıyla doldurulmuş GIL bağlantılarıyla değiştirmeye karar verdi. Harekete geçen ilk kuruluş İngiltere’deki National Grid’di. 2016 yılında Sellindge projesinde SF6’yı değiştirmeye karar verdiler [12]. G3 çözümünü kullanan beş fiderden ikisi 2017 yılından bu yana hizmet vermekte olup toplam uzunluğu 230 metredir. Bu proje için (bkz. Şekil 1), 750 kg’dan fazla gaz karışımı biriktiren yaklaşık 40 B50 tipi şişe kullanılmıştır. Bu, farklı hacimlerdeki (120 litre ila 4600 litre) 15 bölmeye dağıtılan toplam yaklaşık 38.000 litreyi temsil ediyordu.
GIL bölmeleri doldurulduktan sonra gaz kalitesi kontrol edildi ve değerlerin bu tip gaz karışımı için belirlenen kriterlere uygun olduğu görüldü. Nem içeriği de bu proje için gereken değerin altındaydı (atmosfer basıncında -35°C çiğlenme noktası). Saflık %99’un üzerinde kaydedildi. HV testleri sırasında kısmi deşarjlar ölçülmüş ve spesifik PD sinyalleri kaydedilmemiştir. Trafo merkezine Nisan 2017’de enerji verildi ve o zamandan beri iyi çalışıyor. SP Energy Networks, 2017 yılında bu alternatif gazı İskoçya’daki Kilmarnock’ta yeni inşa edilen bir trafo merkezinde uygulamaya karar verdi; üç GIL devresinden biri g3solution kullanılarak toplam 177 metreye ulaştı. Artık enerji verilmiştir. Bu ikinci GIL’nin kurulumu için (bkz. şekil 2), şiddetli yağmurlar, kar, rüzgar ve daha düşük sıcaklıklar (0°C’nin altında) gibi hava koşulları şiddetliydi.
Doldurulduktan sonra gaz kalitesi kontrol edildi. Kaydedilen tüm değerler yine kabul edilebilir kriterlere uygundu ve artık GIL fiderlerine enerji verildi. 2018 yılında Hollandalı Tennet, 76 metrelik g3 GIL ilavesiyle alternatif gazı mevcut trafo merkezlerinden birinde uygulamaya karar verdi. Ekipman kuruldu ve 2022’de enerjilendirilmesi bekleniyor. 2018’de SSEN Transmission ayrıca İskoçya’daki New Deer ve Fort Augustus gibi yeni trafo merkezlerinin tüm besleyicilerinde alternatif gaz uygulamaya karar verdi. Bu, 1500 metreden fazla g3 GIL’i temsil ediyor. New Deer’a 2021’de enerji verildi ve Fort Augustus’a 2022’de enerji verilecek. Aralık 2020’nin başlarında, SSEN Transmission ayrıca Kintore 420 kV trafo merkezinde g3 ekipmanının yalnızca GIL için değil, devre kesici dahil tam GIS için de gelecekte uygulanacağını duyurdu.
145kV GIS ve Canlı Tank Kırıcı
İlgili tüm bileşenleri içeren tam bir g3 145 kV/40 kA GIS, mevcut 145 kV GIS temelinde, orijinal SF6 şalt cihazıyla tam olarak aynı ayak izini muhafaza ederek geliştirilmiştir; bu, parçalarda yüksek bir standardizasyonun güvence altına alınmasına olanak tanır. üretim ve genel süreçler. Tüm ana GIS bileşenlerini içeren, iki giriş fiderinin kablolarla bağlandığı ve iki fiderin dış mekan GIB yoluyla transformatöre bağlandığı H-Şematik olarak inşa edilen dünya çapındaki ilk g3 trafo merkezi, %6 C4F7N, %5 O2 ve %89 CO2 karışımını temel alır. (g3) 2018 yılında İsviçre’deki Axpo Power hizmet kuruluşu için enerjilendirildi. Uygulama sıcaklığı – 25°C … 40°C’dir. O tarihten bu yana 20 farklı müşteri için 25 trafo merkezi sipariş edildi. Bu nedenle toplam 150’den fazla Devre Kesici bölmesi Danimarka, Finlandiya, Fransa, Almanya, Hollanda’ya yayılmıştır. Norveç, Portekiz, İspanya, İsveç, İsviçre ve Birleşik Krallık. 2021 yılı sonu itibarıyla 13 trafo merkezine enerji verilmiş ve tamamen faaliyete geçmiştir. Şekil 3’teki örnek, 2019’da enerjilendirildikten sonra EKW OEE kamu hizmeti için Zernez’de tam 145kV nominal trafo merkezini göstermektedir ve İsviçre Ulusal Parkı bölgesinde %100 yerel olarak üretilen yenilenebilir enerji dağıtmaktadır. Şekil 4’te başka bir örnek gösterilmektedir; bu çift baralı trafo merkezi, RTE ağı içerisinde Fransa’nın Grimaud şehrinde kurulmuştur. Devreye alma sırasında gaz arıtma ve gaz analizine yönelik tüm yöntemler onaylanmıştır. Şekil 3’teki örnek, 2019’da enerjilendirildikten sonra EKW OEE kamu hizmeti için Zernez’de tam 145kV nominal trafo merkezini göstermektedir ve İsviçre Ulusal Parkı bölgesinde %100 yerel olarak üretilen yenilenebilir enerji dağıtmaktadır. Şekil 4’te başka bir örnek gösterilmektedir; bu çift baralı trafo merkezi, RTE ağı içerisinde Fransa’nın Grimaud şehrinde kurulmuştur. Devreye alma sırasında gaz arıtma ve gaz analizine yönelik tüm yöntemler onaylanmıştır. Şekil 3’teki örnek, 2019’da enerjilendirildikten sonra EKW OEE kamu hizmeti için Zernez’de tam 145kV nominal trafo merkezini göstermektedir ve İsviçre Ulusal Parkı bölgesinde %100 yerel olarak üretilen yenilenebilir enerji dağıtmaktadır. Şekil 4’te başka bir örnek gösterilmektedir; bu çift baralı trafo merkezi, RTE ağı içerisinde Fransa’nın Grimaud şehrinde kurulmuştur. Devreye alma sırasında gaz arıtma ve gaz analizine yönelik tüm yöntemler onaylanmıştır.
Gaz karışımı, kurulumu kolaylaştırmak için silindirlerde önceden karıştırılmış olarak sahaya teslim edilir. GIS’i doldurmak amacıyla kurulum ve devreye alma aşamasında iki farklı üreticinin özel g³ servis arabaları kullanılabilir. g³’ün gaz kullanımı SF6’nın gaz kullanımına benzer. Karışımı sıvıdan gaz fazına getirmek için silindirin ısıtılması gibi ek bir adım gereklidir. Doldurduktan sonra her 5 bölmedeki C4F7N içeriği, O2 içeriği ve nem, iki farklı üreticinin sağladığı gaz analizörleri kullanılarak doğrulandı. İsviçre’deki ilk enerjilendirilen trafo merkezinde üç yıllık çalışma süresinin ardından 2020 yılında gaz kalitesi ölçümü tekrarı gerçekleştirildi. Bu ölçümler portatif gaz analizörleri ile yapılmıştır. C4F7N ve O2 konsantrasyonlarının yanı sıra nem içeriğinin de ölçülmesine olanak sağlar. Beklenen ölçüm belirsizliklerinin yanı sıra gaz karışımının bileşiminde herhangi bir sapma bulunmadı.
GIS’e ek olarak 145kV 40kA Canlı Tank Devre Kesici geliştirilmiş ve IEC 62271-100’e göre tamamen tip testine tabi tutulmuştur. Hacim oranı üzerinden daha yüksek bir enerjiye (25kJ/litre) karşılık gelir ve -30°C’ye ulaşmayı sağlayan %3,5 C4F7N, %13 O2 ve %83,5 CO2 gaz karışımını temel alır [4], bkz. Şekil 5.
Tek kesme ünitesinde 245kV 63kA’ya kadar HV aralığına ilişkin son araştırma ve geliştirmeler:
Ürün için CO2/O2/C4F7N gaz karışımının optimum tanımı ve 145kV 40 kA, 145 kV 63 kA ve 170 kV 50 kA kapasitesinin gösterilmesinin ardından, son araştırmalar daha yüksek performansların elde edilmesine odaklanmıştır [13, 14]. Bu araştırma -25°C gaz karışımı kullanılarak 245 kV 63 kA performansa ulaşan tek odacıklı metal mahfazalı bir devre kesicinin geliştirilmesine odaklanmaktadır. 245 kV 63 kA SF6 tasarımından başlayarak, Terminal Arızaları, Kısa Hat Arızası ve Kapasitif anahtarlama gibi çeşitli standart test görevlerini test etmek ve göstermek için SF6 muhafazası (aynı boyutlar ve kaplama alanı) içerisinde optimizasyon yapılmıştır. Yüksek gerilim ve kısa devre akımı seviyelerinde g3gaz karışım kapasitesini kanıtlamak için optimize edilmiş tasarım, devre kesiciye uygulanan normatif standarttan en yüksek TRV’ler ile düşük ve yüksek akım seviyelerinde test edildi. 245 kV 63 kA kpp = 1,5 şebekeye dayalıdır (etkili olmayan topraklanmış nötr sistemi). Birkaç prototip üzerinde gerçekleştirilen bu testler, IEC62271-100 Ed2.2 ve IEC62271-101 T10 ve T30 test görevlerinin tam test sırasına göre tam ark penceresinin gösterilmesiyle sonuçlandı.
Teknoloji Kabulü
21 Nisan 2021’de GE ve Hitachi ABB Power Grids (şimdi Hitachi Energy ), Hitachi Energy’nin yüksek gerilim ekipmanlarında SF6’ya alternatif gaz olarak g3 tipi karışımı kullanmasına olanak tanıyan münhasır olmayan, çapraz lisanslama anlaşmasının imzalandığını duyurdu [15] .
Güç teknolojilerinde iki küresel lider arasında 2021 Dünya Günü’nden hemen önce duyurulan bu dönüm noktası niteliğindeki anlaşma kapsamında, her iki şirket de kendi SF6 içermeyen çözümleriyle ilgili tamamlayıcı fikri mülkiyet haklarını paylaşacak. Bu, yüksek gerilim ekipmanlarında SF6’ya alternatif olarak g3eco verimli izolasyon ve anahtarlama gazının kullanımının hızlandırılmasına yardımcı olacaktır. Bu tarihi anlaşma, önümüzdeki yıllarda yüksek gerilim ekipmanları için SF6 içermeyen standart bir çözümün önünü açıyor. Bu, kamu hizmetleri kuruluşlarının ve endüstrilerin sera gazı emisyonlarını azaltmalarını hızlandırırken, standartlaştırılmış hizmetler ve aynı yardımcı ekipmanların kullanımı sayesinde planlama yapma, ağlarını işletme ve bakımını yapma becerilerini kolaylaştıracaktır.
İki şirket, gaz çözümlerinin ürün geliştirme, üretim, satış, pazarlama ve servis faaliyetlerini tamamen bağımsız tutacak. Her şirket, kendi fikri mülkiyet haklarına ilişkin lisansları bağımsız olarak vermeye ve belirlemeye devam edecek, böylece sektör ve adil rekabet için tedarikçi tabanı çeşitliliğini koruyacak.
Çözümün Çevresel Faydası
G3solution’un SF6 ile karşılaştırmalı olarak 16 çevresel gösterge üzerindeki çevresel etkisini değerlendirmek için F35-145kV SF6 ve F35g 145kV g3complete bölmeleri olmak üzere iki ürünün karşılaştırmalı Yaşam Döngüsü Değerlendirmesi (LCA) gerçekleştirildi. Sonuçlar Şekil 7’de sunulmaktadır.
Karşılaştırmalı LCA, F35g-145kV’nin, SF6 ürünüyle karşılaştırıldığında iklim değişikliği etkisinde büyük bir azalma sağladığını gösteriyor. Aslında, g3gaz karışımının Küresel Isınma Potansiyeli (GWP) SF6’ya kıyasla büyük ölçüde azaldığından (SF6 için 467’ye karşı 23’500), kullanım aşamasında gaz emisyonlarının etkisi %99 oranında azalır. Bu elbette g3solution’un getirdiği temel avantajdır. Burada görmek ilginç olan şey, ürünün tüm yaşam döngüsü boyunca tamamı dikkate alındığında bile, yalnızca gazın kendisi değil aynı zamanda iklim değişikliği etkisindeki azalmanın da SF6’ya kıyasla hala -%73 olduğudur (kaçağın %0,2’si dikkate alındığında). yıllık oran – çalışmada daha önemli bir kaçak oranını dikkate alırsak azalma daha da büyük olacaktır).
Ozon tabakasının incelmesi göstergesi, F35g-145kV’nin (SF6 içermeyen) SF6 kolyesinden daha fazla etki yarattığı tek göstergedir. Bir önceki bölümde görüldüğü gibi bu gösterge üzerindeki en büyük etki, devre kesicilerde kullanılan PTFE malzemesinin üretiminden kaynaklanmaktadır. Ancak SF6 içermeyen ürün, SF6 ürününe göre 1 kg daha fazla PTFE içerir. Bu nedenle F35g-145kV, ürünün küresel yaşam döngüsü üzerindeki ozon tabakasının incelmesine F35-145kV’den %15 daha fazla etki etmektedir. Bu ilk bakışta yüksek gibi görünse de mutlak sonuç dikkate alındığında ürünün 40 yıllık yaşam döngüsü boyunca sadece 2,8 gram CFC-11 eşdeğeri artış görülüyor. Genel olarak, SF6 şalt cihazının zaten çok düşük miktarlarda PTFE kullanması nedeniyle bu göstergedeki artışın anlamlı olmadığı sonucuna varılabilir.
Diğer 13 göstergede, iki ürünün etkisi arasındaki fark %5’ten azdır; bu da LCA analizlerinin belirsizlik aralığının altındadır.
Bu çalışma, g3 teknolojisindeki değişim nedeniyle herhangi bir kirlilik aktarımının olmadığını göstermeye olanak tanıyor: kaynak tükenmesi gibi diğer göstergeler üzerindeki etkiyi artırmadan, iklim değişikliği göstergesi üzerindeki etki, SF6 ürününe kıyasla %73 oranında azaltıldı. Bu, aynı performansları korurken g3 ürününün SF6 ürünüyle karşılaştırıldığında aşırı boyutlandırılmaması (aynı muhafazaları kullanır, bu da şalt cihazının genel kaplama alanının aynı olmasını sağlar) sayesinde elde edilmiştir.
AB ve ABD’deki son gelişme (EU Life ve ARPA-e programları)
AB Komisyonu, g3 tabanlı şalt donanımı geliştirmek için GE Grid Solutions’ı destekliyor. Ortak finansman, AB’nin Avrupa’nın elektrik şebekelerinin karbondan arındırılmasını hızlandırma ve AB’nin, F gazı emisyonlarını 2030 yılına kadar üçte iki oranında azaltmayı amaçlayan daha katı florlu F gazı düzenlemesine hazırlanmalarına yardımcı olma kararlılığını yansıtıyor.
AB ortak finansmanlı 420kV/63kA g3 GIS Devre Kesici
Avrupa Komisyonu şu anda 420 kV 63 kA GIS devre kesicinin tamamlanmasını amaçlayan LIFEGRID (LIFE18 CCM/FR/001096) adlı LIFE İklim eylem programı kapsamında g3 420 kV 63 kA GIS devre kesicinin geliştirilmesine 2019’dan bu yana ortak fon sağlıyor. [16].
LIFEGRID projesi, çift ara mimaride seri halinde iki adet 245 kV 63 kA odayı birleştiriyor. Çift kesicili devre kesici düzenlemesine rağmen, C4-FN gaz karışımını temel alan yeni komple GIS bölmesi, SF6’daki eşdeğeri ile karşılaştırıldığında aynı ayak izini sunar. Hem GIS bölmesindeki hem de devre kesicideki yenilikçi tasarım ilerlemesinin bir sonucu olarak bölme genişliği, mevcut tek kesicili SF6 mimarisiyle aynı kalır. Şekil 8, mahfazanın aynı dış boyutunu korumak amacıyla çift kesici için aktif parçanın kompaktlığını gösteren devre kesiciyi göstermektedir.
245kV kesme ünitesi, mevcut SF6 tek kesmeli versiyona göre daha kompakt olma avantajını sunar. Bu, bölüm genişliğini etkilemeden tanktaki derecelendirme kapasitörlerinin entegrasyonuna olanak tanır. Devre kesicinin aktif parçalarının bu şekilde kompakt düzenlenmesi, dielektrik dayanım tasarımı ve kesme ünitesi tasarımı üzerinde aşağıda sunulduğu gibi başarılı sonuçlarla kısıtlamalar yarattı.
AB ortak finansmanlı 245kV/50kA g3 Canlı Tank Devre Kesici
2021’de, Avrupa Komisyonu’nun LIFE iklim eylem programı, kükürt hekzaflorür SF₆ içermeyen 245 kilovolt (kV) g³ canlı tank devre kesicinin geliştirilmesi için GE Şebeke Çözümleri’ne yeniden layık görüldü [17]. Yeni devre kesici, geleneksel SF₆ devre kesiciyle aynı yüksek performansı ve kompakt boyutlu ayak izini sunmak için GE’nin sektör lideri g³ gaz teknolojisine güvenecek.
Uluslararası Elektroteknik Komisyonu (IEC) standartlarını temel alacak olan yeni 245 kV g³ canlı tank devre kesici, AB tarafından ortaklaşa finanse edilen ikinci g³ gaz projesidir. AB’nin g³ 245 kV canlı tank devre kesicinin ortak finansmanı, GE’nin g³ gazının dünya çapındaki iletim operatörleri tarafından yaygın olarak kullanılan bu voltaj seviyesi için ve ayrıca -30°C’ye kadar olan dış mekan uygulamaları için uygulanabilirliğini göstermeye yardımcı olacaktır. yeni g³ 245 kV canlı tank devre kesiciler, 420 kV voltaj seviyesiyle birlikte yükseltildiğinde, yalnızca Avrupa şebekesine yılda yaklaşık 52.000 ton CO₂ eşdeğerinin ve daha fazlasının eklenmesinin önlenmesine yardımcı olacak; diğer kıtaların da g³’ümüzü benimsemesini bekliyoruz gaz teknolojisi.
Connecticut Üniversitesi ile ARPA-e tarafından finanse edilen g3 projesi
GE’nin Küresel Araştırma Merkezi, Connecticut Üniversitesi liderliğindeki projenin bir parçası olarak ARPA-e tarafından ödüllendirildi; bu proje, esas olarak gaz sızıntıları, yan ürün tespiti ve izleme araçları olmak üzere g3 ürünlerinin yaşam döngüsü yönetimine odaklanıyor [18]. Connecticut Üniversitesi, GE Research ile ortaklaşa, ABD elektrik şebekesinin SF6 içermeyen yeşil enerji ağına geçişini hızlandırmak ve korumak için bir yaşam döngüsü yönetimi çerçevesi geliştirmeyi öneriyor.
Bu üç yıllık program, SF6 içermeyen yaşam döngüsü yönetimi için önerilen çerçeveyi geliştirecektir.
ARPA-e, 60Hz Pazarı için 245kV g3 Ölü Tank Devre Kesiciyi finanse etti
245 kV, 63 kA, 4.000 A, 60 Hz veya üzerinde nominal değere sahip işlevsel ve güvenilir bir dış mekan g3 devre kesici elde etmek için hâlâ teknik ilerlemelere ihtiyaç vardır. g3’ün termal ve ark söndürme özellikleri SF6’nınkinden farklı olduğundan, müdahale odasının performansında iyileştirmeler gereklidir. Arıza ve yük akımı anahtarlama testleri , ABD ağ koşullarına ilişkin özel gereklilikleri içeren yerel IEEE standartlarına uygun olmalıdır . Esneklik, basınç kaybı koşulları altında sistem voltajına, elektrik kesintisinden sonra soğuk koşullardan kurtulmaya ve ayrıca voltaj ve akım aşırı yükü koşullarına dayanacak şekilde ele alınmalıdır.
Bu, ABD’deki ilk g3funding ödülümüzdür. g3 245 kV ölü tank devre kesici, g3by Grid Solutions’ın Villeurbanne, Fransa’daki teknoloji araştırma merkezinde edinilen uzmanlığı ve Charleroi, Pensilvanya’daki üretim tesisinin bilgi birikimini kullanır. yeni g3 devre kesici geliştirilecek ve inşa edilecek [18].
Bu tasarım, ABD Şebekesinin tüm voltaj aralığını kapsayan geniş bir ürün yelpazesinin temelini oluşturacaktır. ABD şebekesinin özellikleri ve ardışık IEEE standartları, kesicinin başarılı tasarımı için benzersiz zorlukları temsil ediyor. Öte yandan, ABD Şebekesinde sürekli artan kısıtlamalar, kamu hizmetlerinin dış mekan kırıcılarının gerekli performansını azaltmasını her zamankinden daha da zorlaştırıyor. Dolayısıyla buradaki zorluk, SF6 içermeyen, aynı zamanda ilgili IEEE standartlarına göre yüksek kısa devre akımı (63 kA) ve belirli amaçlı anahtarlama kapasitesi sunan bir dış mekan yüksek gerilim ölü tank devre kesicisini başarılı bir şekilde geliştirmektir. 0 psig hattan toprağa dielektrik dayanma kapasitesi.
Çözüm
g3 karışımı için geliştirilen ve bununla doldurulan yüksek voltajlı (HV) elektrik iletim ekipmanı, SF6’ya kıyasla %99’dan fazla CO2 eşdeğeri azaltımıyla, son teknoloji ürünü SF6 ekipmanıyla aynı değerlere ve aynı boyutsal ayak izine sahiptir ve çevre dostudur. g3 bazlı HV ürününün faydası, kirlilik transferi olmadan, iklim değişikliği üzerindeki etkisinin azaltıldığı bir yaşam döngüsü değerlendirmesiyle tam olarak ortaya konmuştur.
Gaz karışımının kullanım özellikleri, karbondioksit tampon gazının süperkritik özellikleri dikkate alınarak özel olarak tasarlanmış gaz arabaları kullanılarak yönetilir. Çeşitli projelerde elde edilen saha deneyimi, zorlu iklim koşullarında bile sürecin verimliliğini kanıtlamıştır.
g3 ekipman portföyü, 145kV ile 420kV arasındaki HV aralığını kapsayan ekipmanlarla genişletildi ve önde gelen 30 kamu hizmeti kuruluşu, g3 ekipmanını kurmaya karar verdi. GE’nin 40’tan fazla tesiste kurulu gaz kütlelerinin etkisini 1.000.000 ton CO2 eşdeğerinden fazla azaltacak bir dizi projesi bulunmaktadır. Bu projeler arasında 150’den fazla 145 kV GIS bölmesi, 5000’den fazla metre 420 kV GIL ve 100’den fazla 145 kV Canlı Tank kırıcı yer alıyor.
Yeni gelişmeler devam ediyor ve g3 ürün portföyünü ABD pazarı için daha yüksek voltaj ve 60Hz segmentine doğru genişletmek amacıyla EU/Life programı ve DOE ARPA E tarafından ortaklaşa finanse edilmeye başlayacak.
Bu makale buradan çevrilmiştir.
