Обзор “Альтернативные газы” и газовые смеси (ЧАСТЬ 1)

Несмотря на все меры, правила и запреты в отношении использования газообразного гексафторида серы (SF6) (запрещено использовать в автомобильных шинах, стеклах и кроссовках; обязательная сертификация для использования газа SF6 в распределительных устройствах и т.д.), доля SF6 в атмосфере постоянно растет во всем мире и составляет более 10·10-12 моль·моль-1

Хотя количество SF6 кажется низким по сравнению с общим содержанием углекислого газа (CO2) в атмосфере (~400·10-6 моль·моль-1), SF6 имеет высокий потенциал глобального потепления (ПГП) 22 800 в течение 100 лет по сравнению с CO2 из-за его долговечности (3200 лет). Это означает, что каждый килограмм SF6, выделяющийся в течение 100 лет, так же вреден для окружающей среды, как и выброс 22,8 тонн CO2. В Германии выбросы SF6 в эквиваленте CO2 в настоящее время составляют около 0,5% от общего объема выбросов.

Благодаря своим превосходным изоляционным и коммутационным свойствам и, несмотря на сокращение количества выбрасываемого с 2016 года газа SF6, значительная доля SF6, произведенного в Германии, сегодня все еще используется в электротехнической промышленности и приборостроении (> 75 %).

Хотя в последние годы доля эксплуатационных выбросов неуклонно снижается, глобальная доля SF6 в атмосфере продолжает увеличиваться. Технология SF6, используемая в электрооборудовании, в значительной степени оптимизирована в отношении уровня выбросов, и дальнейшее снижение на данном этапе возможно только путем замены существующих блоков или систем на новейшее поколение или с использованием альтернативных технологий. При замене блоков или систем основное внимание следует уделять устойчивому использованию SF6 путем подготовки или восстановления и повторного использования. Как и большинство SF6 все еще используется в электротехнической промышленности, поиск альтернатив SF6 в этой области продвинулся далеко вперед. Переход на всех уровнях напряжения на альтернативные газы или технологии считается неизбежным.

Руководящие принципы ориентированы на региональном уровне на текущее техническое состояние внедрения в Европе и Северной Америке. Основное внимание уделяется газовой смеси “Синтетический воздух” (“Чистый воздух”, “Сухой воздух”) и газовым смесям с

изолирующими газами 2,3,3,3-тетрафтор-2-(трифторметил)-пропаненитрил, коммерчески доступным под названиями 3M ™ Novec ™ 4710 (далее именуемый „C4“) и 1,1,1,3,4,4,4-гептафтор-3-(трифторметил)бутан-2-он, выпускаемые под названием 3M ™ Novec ™ 5110 („C5“, рисунок 2). Все альтернативные газы и газовые смеси будут именоваться „Альтернативными газами“.

В отличие от обработки газа SF6, где SF6 обычно присутствует и обрабатывается как отдельный компонент и используется только в виде газовой смеси (с N2 или CF4), альтернативные газы состоят из двух или более отдельных газовых компонентов, которые

вместе образуют изолирующую газовую смесь. Теоретические основы и химические и физические свойства в отношении изолирующих и гасящих свойств возможных альтернативных SF6 газов и газовых смесей уже подробно обсуждается. Уже есть четкие рекомендации по использованию в рабочих группах по использованию газов, не содержащих SF6, или газовых смесях, а также распределительных устройствах среднего и высокого напряжения.

 

Различные газы или смеси с различным соотношением отдельных компонентов используются для различных применений в высоковольтной технике:

Novec ™ является зарегистрированной торговой маркой для специальных химикатов и газов компании 3M ™.  Синтез химических веществ C5 (химическое название: 1,1,1,3,4,4,4,-гептафтор-3-(трифторметил) бутан-2-он) и C4 (2,3,3,3-тетрафтор-2-(трифторметил) пропаннитрил) известны с 1960-х годов для C5 и 1970-х годов для C4. Тем не менее, для обоих газов только 3M ™ в настоящее время зарегистрирована в качестве авторизованного продавца в Европейской базе данных химических веществ в Европе.

В отличие от SF6, газы C4 и C5 используются из-за их более высоких температур кипения (таблица 1) при атмосферном давлении в смесях с дополнительными газами-носителями, такими как диоксид углерода (CO2) или азот (N2). В этих случаях газ-носитель относится к компоненту, который преимущественно присутствует в смеси в процентах. Кислород (O2) часто используется в качестве дополнительного компонента для уменьшения образования сажи в случае образования дуги или коммутационных операций в распределительных устройствах. Концентрации отдельных компонентов, за исключением газа-носителя, обычно находятся в диапазоне от 0 до 15 %.

g3 содержит раствор от General Electric и включает смеси с C4. AirPlus является аналогом компании ABB и включает в себя смеси с C5 в качестве изолирующего газа.

В зависимости от требуемого применения в обоих случаях используются различные пропорции смешивания. Синтетический воздух представляет собой смесь, состоящую из около 20 % кислорода (O2) и 80 % азота (N2) и в основном используется в распределительных устройствах в сочетании с технологией вакуумной коммутации напряжением до 145 кВ от Siemens. Его можно сжижать только при температуре ниже -183 °C, а также хранить при комнатной температуре в однородном состояние при высоком давлении (> 200 бар) (таблица 1). Из-за их частично токсичных свойств другие газы, продаваемые в качестве альтернативы, такие как трифториодометан (CF3I)14 или гидрофторолефин (C3H2F4), в настоящее время больше не находятся в центре внимания промышленности. Однако их обработка основана на использовании C4/C5 или синтетического воздуха, аналогичного смесям.

Таблица 1: Обзор альтернативных газов и их смесей по сравнению с SF6.

 

Гексафторид серы SF6

2,3,3,3-тетрафтор-2-(трифторметил)-пропаненитрил C4

1,1,1,3,4,4,4-гептафтор-3-(трифторметил) бутан-2-он C5

Синтетический Воздух/ Чистый Воздух/ Сухой Воздух

Маркировка

SF6

3M™ Novec™ 4710

3M™ Novec™ 5110

 

Химическая формула

SF6

C4F7N

C5F10O

O2/N2

Номер CAS

2551-62-4

42532-60-5

756-12-7

7782-44-7; 7727-37-9

Температура кипения

 -63.8 °C

 -4.7 °C

 +26.9 °C

 −183 °C; −196 °C

Время распада, у. л.

3200

30

0,04

 -

Потенциал глобального потепления

22 800

 

менее 1

0

Свойства газовых смесей

 Торговые наименования

 

g3 (GE)a

AirPlus (ABB)

CleanAir (Siemens)

Применение газовых смесей

чистый SF6

C4: < 10 % вместе с CO2

C5: < 15 % в синт. Воздухе

~ 20 % O2 в N2

 

SF6 вместе с N2 или CF4

C4: < 10 % вместе с O2/CO2

C5: < 15 % в O2/CO2

 

Минимальная рабочая температура

чистый SF6: менее -30°C

В зависимости от конкретной смеси:

 менее -50°C

 

SF6 вместе с N2 или CF4: менее 50°C

 -30°C - -5°C

 

Потенциал глобального потепления

менее 760

менее 1

0

Хотя до сих пор нет запрета на использование SF6 в существующем или новом газонаполненном оборудовании для передачи электроэнергии, появились некоторые конкретные альтернативы. В некоторых проектах различные подходы уже реализованы на практике, но решения для реализации для всех областей применения пока недоступны.

В следующей части основное внимание будет уделено свойствам и различным способам получения смесей альтернативных Газов.

Запросить цену
Заявка успешно отправлена!
Имя *
Телефон *
Добавить в корзину
Перейти в корзину
Обратный звонок
Запрос успешно отправлен!
Имя *
Телефон *