گاز SF6، یا هگزافلوراید گوگرد، یک گاز بیرنگ، بیبو، غیر قابل اشتعال و بسیار قوی است که در صنعت برق به عنوان یک عایق الکتریکی بسیار مهم استفاده میشود. این گاز به دلیل خواص منحصر به فرد خود، مانند مقاومت بالا در برابر قوس الکتریکی، پایداری شیمیایی و چگالی بالا، به عنوان جایگزینی ایمن و کارآمد برای روغنهای عایق در تجهیزات فشار قوی مورد استفاده قرار میگیرد.
تاریخچه مختصر گاز SF6
گاز SF6 یا هگزا فلوراید گوگرد، اگرچه در صنایع امروزی کاربرد گستردهای دارد، اما کشف و استفاده صنعتی از آن به نسبت سایر گازهای صنعتی، قدمت کمتری دارد. این گاز در قرن نوزدهم کشف شد و به دلیل ویژگیهای منحصر به فردی مانند پایداری شیمیایی بالا، چگالی زیاد و عایق بودن قوی، مورد توجه دانشمندان قرار گرفت. از دهه ۱۹۷۰ به بعد، با پیشرفت تکنولوژی و نیاز به عایقهای قویتر در تجهیزات فشار قوی، گاز SF6 به عنوان جایگزینی مناسب برای روغنهای معدنی معرفی شد. با این حال، در سالهای اخیر به دلیل تأثیرات مخرب زیستمحیطی این گاز به عنوان یک گاز گلخانهای قدرتمند، تلاشهایی برای یافتن جایگزینهای مناسب برای آن آغاز شده است.
خواص فیزیکی و شیمیایی گاز SF6
• عایق بسیار قوی: ساختار مولکولی خاص SF6 باعث میشود که این گاز الکترونهای آزاد را به خوبی به دام انداخته و از عبور جریان الکتریکی جلوگیری کند.
• مقاومت بالا در برابر قوس الکتریکی: در صورت ایجاد قوس الکتریکی، SF6 به سرعت آن را خاموش میکند و از آسیب دیدن تجهیزات جلوگیری میکند.
• پایداری شیمیایی: SF6 در شرایط عادی بسیار پایدار است و با مواد دیگر واکنش نمیدهد. این ویژگی باعث افزایش طول عمر تجهیزات میشود.
• چگالی بالا: چگالی بالای SF6 باعث میشود تا در فشار کم، خاصیت عایقی بالایی داشته باشد.
• بیرنگ، بیبو و غیر سمی: SF6 گازی بیرنگ، بیبو و غیر سمی است که برای کاربر و محیط زیست خطرناک نیست.
کاربردهای گاز SF6 در صنعت برق
مدارشکنهای ولتاژ بالا (CB) و High-Voltage Circuit Breakers
مدارشکنهای SF6 به عنوان کلید اصلی قطع و وصل جریان در سیستمهای قدرت عمل میکنند. SF6 در این مدارشکنها باعث خاموش شدن سریع قوس الکتریکی شده و از آسیب دیدن تجهیزات جلوگیری میکند.
کلید عایق گاز (GIS) و Gas-Insulated Switchgear: GIS
ها واحدهای سوئیچینگ کاملاً عایقشده با گاز هستند که به دلیل ابعاد کوچک، وزن کم و ایمنی بالا، جایگزین مناسبی برای کلیدهای روغنی هستند. SF6 در GIS ها نقش عایق را ایفا کرده و به کاهش ابعاد و وزن این تجهیزات کمک میکند.
خطوط انتقال نیرو با عایق گاز (GIL) و Gas-insulated transmission line: GIL
برای انتقال انرژی الکتریکی در فواصل طولانی و مناطق شهری استفاده میشوند. SF6 در GIL ها باعث کاهش تلفات انرژی، افزایش ظرفیت انتقال و بهبود قابلیت اطمینان سیستم میشود.
ترانسفورماتورهای ابزار دقیق (Instrument Transformers) و ترانسفورماتورهای عایق گاز (GIT) یا Gas-Insulated Transformers: SF6
در این ترانسفورماتورها به عنوان عایق و خنککننده استفاده میشود و باعث افزایش دقت اندازهگیری و کاهش تلفات انرژی میشود
سوئیچهای شکست بار (LBS) یا Load Break Switches: LBS
ها برای قطع و وصل بارهای کم استفاده میشوند و SF6 در آنها به عنوان یک محیط عایقی و خاموشکننده قوس عمل میکند.
واحدهای اصلی یا Ring Main Units: RMU ها واحدهای سوئیچینگ کاملی هستند که برای توزیع برق در شبکههای توزیع استفاده میشوند. SF6 در RMU ها به عنوان عایق و خاموشکننده قوس استفاده میشود.
کلیدهای قدرت
کلیدهای قدرت برای قطع و وصل جریانهای الکتریکی در ولتاژ بالا استفاده میشوند. SF6 در این کلیدها به عنوان یک محیط عایقی و خاموشکننده قوس عمل میکند.
قطعکننده جریان SF6
این قطعکنندهها به طور خاص از SF6 به عنوان محیط عایقی و خاموشکننده قوس استفاده میکنند و برای حفاظت از سیستمهای قدرت در برابر اضافه جریانها به کار میروند.
مزایای استفاده از گاز SF6
• ایمنی بالا: تجهیزات حاوی SF6 به دلیل عایق گازی، ایمنی بالاتری نسبت به تجهیزات روغنی دارند. خطر آتشسوزی و انفجار در این تجهیزات بسیار کمتر است.
• طول عمر بالا: پایداری شیمیایی و مقاومت بالای SF6 در برابر عوامل محیطی باعث افزایش طول عمر تجهیزات میشود.
• کاهش ابعاد تجهیزات: به دلیل خواص عایقی بالای SF6، میتوان از تجهیزات کوچکتر و سبکتری استفاده کرد.
• کاهش هزینههای نگهداری: کاهش تعداد تعمیرات و افزایش طول عمر تجهیزات، منجر به کاهش هزینههای نگهداری میشود.
• قابلیت اطمینان بالا: تجهیزات حاوی SF6 قابلیت اطمینان بالایی دارند و در شرایط مختلف عملکرد مناسبی از خود نشان میدهند.
چالشها و مسائل مربوط به گاز SF6
• اثرات زیست محیطی: SF6 یک گاز گلخانهای بسیار قوی است و صدها برابر دیاکسید کربن به گرمایش زمین کمک میکند.
• هزینه بالا: هزینه اولیه تجهیزات حاوی SF6 نسبت به تجهیزات روغنی بالاتر است.
• مسائل ایمنی: اگرچه SF6 به طور کلی بیخطر است، اما در صورت نشت گاز و استنشاق آن، میتواند باعث مشکلات تنفسی شود.
بازیافت و دفع گاز SF6
با توجه به اثرات زیست محیطی گاز SF6، بازیافت و دفع صحیح این گاز از اهمیت بالایی برخوردار است. روشهای مختلفی برای بازیافت و تصفیه گاز SF6 وجود دارد. همچنین، قوانین و استانداردهای خاصی برای استفاده و دفع SF6 وجود دارد که باید به دقت رعایت شوند.
بنابراین در ادامه به بررسی چالشها و روشهای بازیافت و دفع این گاز میپردازیم:
پایداری شیمیایی بالا
این ویژگی که در بسیاری از کاربردهای SF6 یک مزیت محسوب میشود، در فرآیند دفع و بازیافت به یک چالش تبدیل میشود. زیرا SF6 به راحتی تجزیه نشده و در محیط زیست باقی میماند؛ به همین علت بازیافت گاز SF6 یکی از مهمترین مسائلی است که باید در استفاده از این گاز در صنایع مختلف نیز به آن توجه کرد.
هزینه بالا
فرآیندهای بازیافت و دفع SF6 معمولاً هزینههای بالایی دارند که میتواند مانعی برای اجرای گسترده آنها باشد؛ چرا که این گاز برای استفاده مجدد باید در ابتدا جمعآوری و پس از آن با خلوص بالا تصفیه شود تا بتوان مجددا از آن استفاده کرد.
تجهیزات تخصصی
برای بازیافت و دفع SF6 به تجهیزات تخصصی و گران قیمتی نیاز است؛ به همین دلیل ممکن است در بعضی از صنایع این گاز را به روشهای مختلف جمعآوری و دفع (مانند دفن در زمین، ذخیرهسازی در مخازن مخصوص، تبدیل به ترکیبات پایدارتر و…) کنند.
کمبود زیرساختها
در بسیاری از مناطق، زیرساختهای لازم برای جمعآوری، حمل و نقل و دفع ایمن SF6 وجود ندارد.
خلوص گاز SF6
خلوص گاز SF6 به عنوان عایق در تجهیزات فشار قوی از اهمیت بالایی برخوردار است. هرگونه ناخالصی مانند رطوبت، هوا، هیدروژن فلوراید و ذرات جامد میتواند باعث کاهش ولتاژ شکست، خوردگی تجهیزات و در نهایت کاهش عمر مفید آنها شود. دلایل اهمیت خلوص بالای این گاز در صنایع مختلف را به طور کلی ذکر کردیم:
• ولتاژ شکست پایینتر: ناخالصیها باعث میشوند گاز در ولتاژ پایینتری یونیزه شده و خاصیت عایقی خود را از دست بدهد.
• خوردگی تجهیزات: برخی ناخالصیها با مواد تجهیزات واکنش داده و باعث خوردگی میشوند.
• کاهش عمر مفید: کاهش ولتاژ شکست و خوردگی، عمر تجهیزات را کوتاه میکند.
• خطرات ایمنی: برخی ناخالصیها خطر انفجار را افزایش میدهند.
استانداردهای خلوص
برای اطمینان از عملکرد صحیح تجهیزات، خلوص گاز SF6 باید بسیار بالا باشد. معمولا خلوص ۹۹.۹% یا بیشتر مورد نیاز است و در بعضی از مواقع این میزان به ۹۹.۹۹۹% نیز میرسد.
جایگزین گاز SF6 در صنعت برق
با توجه به اثرات زیست محیطی گاز SF6، تلاشهای زیادی برای یافتن جایگزینهای مناسب برای این گاز در جریان است. برخی از گازهای جایگزین مانند ترکیبات گازی SF6/N2 و گازهای عایق طبیعی مانند هوا و نیتروژن مورد بررسی قرار گرفتهاند. با این حال، هیچ یک از این گازها هنوز به طور کامل جایگزین SF6 نشدهاند.
کاربردهای متنوع گاز SF6 در صنایع مختلف
گاز SF6 به دلیل خواص منحصر به فردی مانند عایق بودن بالا، پایداری شیمیایی و چگالی بالا، علاوه بر کاربرد گسترده در صنعت برق، در صنایع و حوزههای دیگری نیز مورد استفاده قرار میگیرد. در ادامه به برخی از این کاربردها اشاره خواهیم کرد:
پزشکی
• جراحی چشم: گاز SF6 در برخی از عملهای جراحی چشم، به ویژه در جراحی شبکیه، برای ایجاد یک حباب گازی موقت و حفظ جدایی لایههای شبکیه استفاده میشود.
متالورژی
• ریختهگری منیزیم: از گاز SF6 به عنوان گاز محافظ در فرآیند ریختهگری منیزیم استفاده میشود تا از اکسید شدن منیزیم مایع جلوگیری کند.
سایر کاربردها
• گاز پرکننده در پنجرههای دو جداره: در برخی موارد، از گاز SF6 برای پر کردن فضای بین دو شیشه در پنجرههای دو جداره استفاده میشود تا عایق حرارتی و صوتی بهتری ایجاد کند.
• گاز کالیبراسیون: در برخی تجهیزات اندازهگیری، از گاز SF6 به عنوان گاز کالیبراسیون استفاده میشود.
نتیجهگیری
گاز SF6 به عنوان یک عایق الکتریکی بسیار قوی و قابل اعتماد، نقش مهمی در صنعت برق ایفا میکند. با این حال، اثرات زیست محیطی این گاز باعث شده است که محققان به دنبال یافتن جایگزینهای مناسب برای آن باشند. در آینده، با پیشرفت فناوری و توسعه مواد جدید، ممکن است شاهد استفاده گسترده از گازهای جایگزین در تجهیزات فشار قوی باشیم.
منبع: efgases
