எண்ணெயின் ஆதிக்கம்: மின்மாற்றி முறுக்குகளை காப்பிட SF₆ வாயு ஏன் பயன்படுத்தப்படவில்லை

உயர் மின்னழுத்த மின் பொறியியல் உலகில், சல்பர் ஹெக்ஸாபுளோரைடு (SF₆) பெரும்பாலும் ஒரு அதிசயப் பொருளாகப் போற்றப்படுகிறது. 20 ஆம் நூற்றாண்டின் நடுப்பகுதியில் வணிகமயமாக்கப்பட்டதிலிருந்து, இந்த நிறமற்ற, மணமற்ற மற்றும் மந்த வாயு தொழில்துறையில் புரட்சியை ஏற்படுத்தியுள்ளது. அதன் விதிவிலக்கான மின்கடத்தா வலிமை - காற்றை விட தோராயமாக 2.5 முதல் 3 மடங்கு - மற்றும் இணையற்ற வில்-தணிக்கும் திறன்கள் எரிவாயு-இன்சுலேட்டட் ஸ்விட்ச்கியர் (ஜிஐஎஸ்) மற்றும் கேஸ்-இன்சுலேட்டட் டிரான்ஸ்மிஷன் லைன்கள் (ஜிஐஎல்) ஆகியவற்றிற்கு சிறந்த ஊடகமாக அமைகிறது. இந்த சாதனங்கள் நெரிசலான நகர்ப்புற மையங்களில் கச்சிதமான துணை மின்நிலையங்களை நிர்மாணிக்க உதவியது, இது வழக்கமான காற்று-காப்பு சாதனங்களுடன் முன்பு கற்பனை செய்ய முடியாத சாதனையாகும்.

இந்த வெற்றியைக் கருத்தில் கொண்டு, ஒரு தர்க்கரீதியான கேள்வி எழுகிறது: SF₆ ஆனது சுவிட்ச் கியரில் உயர் மின்னழுத்த கூறுகளை இன்சுலேட் செய்வதில் மிகவும் திறம்பட செயல்பட்டால், அது ஏன் பவர் கிரிட்டின் மிக முக்கியமான சொத்து-பவர் டிரான்ஸ்பார்மரில் ஆதிக்கம் செலுத்தும் ஊடகமாக இல்லை? SF₆-இன்சுலேட்டட் டிரான்ஸ்பார்மர்கள் (GITகள்) முக்கியப் பயன்பாடுகளுக்கு இருந்தாலும், அவை உலகெங்கிலும் உள்ள துணை மின்நிலையங்களில் ஒலிக்கும் எங்கும் நிறைந்த எண்ணெயில் மூழ்கிய மின்மாற்றிகளுடன் ஒப்பிடும்போது அரிதாகவே இருக்கின்றன. பதில் SF₆ இன் ஒரு குறையில் இல்லை, மாறாக அடிப்படை உடல் வரம்புகள், சிக்கலான பொறியியல் சவால்கள் மற்றும் பெருகிய முறையில் முக்கியமான சுற்றுச்சூழல் கவலைகள் ஆகியவற்றின் கலவையில் உள்ளது, இது ஒரு மின்மாற்றி முறுக்கின் குறிப்பிட்ட சூழலுக்கு பாரம்பரிய கனிம எண்ணெயை மிகவும் சிறந்த தேர்வாக மாற்றுகிறது.

1. குளிர்ச்சியின் முக்கிய பங்கு: ஒரு உடல் பொருத்தமின்மை

மின்மாற்றிகளில் SF₆க்கு மேல் எண்ணெய் அதிகமாக இருப்பதற்கு மிக அடிப்படையான காரணம் வெப்ப மேலாண்மை ஆகும். மின்மாற்றி என்பது நிலையான சாதனம் அல்ல; இது வெப்பத்தின் மாறும் மூலமாகும். முறுக்குகள் வழியாக மின்சாரம் பாயும் போது, ​​எதிர்ப்பு வெப்பத்தை உருவாக்குகிறது (செம்பு இழப்புகள்), மற்றும் இரும்பு மையத்தில் உள்ள மாற்று காந்தப்புலம் கூடுதல் வெப்பத்தை (இரும்பு இழப்புகள்) உருவாக்குகிறது. இந்த வெப்பம் திறமையாக அகற்றப்பட வேண்டும், இதனால் இன்சுலேஷன் சிதைவடைவதையும், டிரான்ஸ்பார்மர் பேரழிவை ஏற்படுத்துவதையும் தடுக்கிறது.

ஒரு திரவத்திற்கும் வாயுவிற்கும் உள்ள முக்கியமான வேறுபாடு இங்கே உள்ளது.

குளிரூட்டியாக மின்மாற்றி எண்ணெய்: எண்ணெய் ஒரு விதிவிலக்கான குளிரூட்டும் ஊடகம். இது அதிக குறிப்பிட்ட வெப்ப திறன் மற்றும் வெப்ப கடத்துத்திறன் கொண்டது, அதாவது அதிக அளவு வெப்பத்தை உறிஞ்சி விரைவாக மாற்றும். ஒரு மின்மாற்றியில், எண்ணெய் ஒவ்வொரு மில்லிமீட்டருக்கும் முறுக்கு மற்றும் மையத்துடன் நேரடி தொடர்பில் உள்ளது. பம்புகள் வழியாக இயற்கையான வெப்பச்சலனம் அல்லது கட்டாய சுழற்சி மூலம், சூடான எண்ணெய் வெளிப்புற ரேடியேட்டர்கள் அல்லது குளிரூட்டும் துடுப்புகளுக்கு பாய்கிறது, அங்கு அது சுற்றியுள்ள காற்றில் வெப்பத்தை வெளியிடுகிறது. இந்த செயல்முறை நம்பமுடியாத அளவிற்கு திறமையானது. எண்ணெய் மேற்பரப்புகளை உடல் ரீதியாக ஈரமாக்குகிறது, முறுக்கு கட்டமைப்பிற்குள் உள்ள ஆழமான, மிகவும் வரையறுக்கப்பட்ட இடங்களிலிருந்தும் வெப்பம் இழுக்கப்படுவதை உறுதி செய்கிறது.

குளிரூட்டியாக SF₆: வாயுக்கள், அவற்றின் இயல்பிலேயே, திரவங்களுடன் ஒப்பிடும்போது வெப்பத்தை மாற்றுவதில் மோசமானவை. அவற்றின் அடர்த்தி மிகவும் குறைவாக உள்ளது, மேலும் அவை வெப்ப ஆற்றலை எடுத்துச் செல்லும் திறன் மிகக் குறைவு. SF₆ இன் அழுத்தத்தை அதிகரிப்பது அதன் அடர்த்தி மற்றும் அதன் குளிர்ச்சித் திறனை மேம்படுத்தும் அதே வேளையில், அது இன்னும் அளவு ஆர்டர்களால் எண்ணெயை விட பின்தங்கியுள்ளது. கேஸ்-இன்சுலேட்டட் டிரான்ஸ்ஃபார்மரில் (ஜிஐடி), இது ஒரு குறிப்பிடத்தக்க தடையை உருவாக்குகிறது. வெப்பத்தை நிர்வகிக்க, வடிவமைப்பாளர்கள் சமரசம் செய்ய வேண்டிய கட்டாயத்தில் உள்ளனர். அவர்கள் அடிக்கடி மின்மாற்றியை மதிப்பிட வேண்டும், அதாவது அதிக வெப்பமடையாமல் அதன் முழு தத்துவார்த்த திறனில் செயல்பட முடியாது. மாற்றாக, அவர்கள் வாயுவை திறம்பட சுழற்றுவதற்கு நம்பமுடியாத அளவிற்கு சிக்கலான மற்றும் பருமனான குளிரூட்டும் குழாய்கள் மற்றும் சுற்றுகளுக்குள் பாதைகளை வடிவமைக்க வேண்டும். இந்த சிக்கலானது செலவைக் கூட்டுகிறது மற்றும் மின்மாற்றியின் ஒட்டுமொத்த ஆற்றல் அடர்த்தியைக் குறைக்கிறது, இது அதிக திறன் கொண்ட பயன்பாடுகளுக்கான எளிமையான, எண்ணெய் நிரப்பப்பட்ட வடிவமைப்பைக் காட்டிலும் குறைவான போட்டித்தன்மையை உருவாக்குகிறது.

2. வைண்டிங் இன்சுலேஷனின் சிக்கலான வடிவியல்

ஒரு மின்மாற்றி முறுக்குக்குள் இருக்கும் சூழல் என்பது சிக்கலான ஒரு மின் கனவாகும், இது GIS க்குள் இருக்கும் ஒப்பீட்டளவில் எளிமையான, கட்டுப்படுத்தப்பட்ட வடிவவியலுக்கு முற்றிலும் மாறானது.

மின்சார புல உணர்திறன்: SF₆ இன் மின்கடத்தா வலிமையானது மின்சார புலத்தின் சீரான தன்மையைப் பொறுத்தது. ஒரு முழுமையான சீரான துறையில், அது அற்புதமாக செயல்படுகிறது. இருப்பினும், சீரான அல்லது மிகவும் மாறுபட்ட துறைகளில் அதன் காப்பு பண்புகள் வியத்தகு முறையில் சிதைவடைகின்றன. மின்மாற்றி முறுக்குகள் மென்மையான சிலிண்டர்கள் அல்ல; அவை ஏராளமான சுருள்கள், கூர்மையான மூலைகள், விளிம்புகள் மற்றும் நீண்டு செல்லும் கடத்திகளால் ஆனவை. இந்த அம்சங்கள் இயல்பாகவே தீவிரமான, சீரற்ற மின்சார புலங்களின் பகுதிகளை உருவாக்குகின்றன. எண்ணெய் நிரப்பப்பட்ட மின்மாற்றியில், எண்ணெயின் உயர் மின்கடத்தா மாறிலி இந்த புல செறிவுகளில் சிலவற்றை "மென்மையாக்க" உதவுகிறது. SF₆ இல், இதே கூர்மையான விளிம்புகள் தீவிரமான பகுதியளவு வெளியேற்றத்தின் ஆதாரங்களாகின்றன, இது காலப்போக்கில் இன்சுலேஷனை அரித்து தோல்விக்கு வழிவகுக்கும்.

இடைமுகப் பிரச்சனை: நவீன உயர் மின்னழுத்த இன்சுலேஷன் என்பது எப்போதும் ஒரு கூட்டு அமைப்பாகும், இது ஒரு திரவத்தை (திரவ அல்லது வாயு) திடப்பொருளுடன் இணைக்கிறது. எண்ணெய் நிரப்பப்பட்ட மின்மாற்றியில், கடத்திகளை மடிக்க செல்லுலோஸ் அடிப்படையிலான காகிதம் மற்றும் பிரஸ்போர்டு பயன்படுத்தப்படுகின்றன. எண்ணெய் இந்த காகிதத்தை செறிவூட்டுகிறது, ஒவ்வொரு நுண்ணிய வெற்றிடத்தையும் நிரப்புகிறது. இது சிறந்த மின்கடத்தா பண்புகளுடன் தடையற்ற, ஒரே மாதிரியான காப்புத் தடையை உருவாக்குகிறது. ஒரு GIT இல், நிலைமை அடிப்படையில் வேறுபட்டது. கம்பிகளைச் சுற்றியிருக்கும் திடமான காப்புப் பொருளை வாயுவால் செறிவூட்ட முடியாது. அதற்கு பதிலாக, திடமான (பாலியெஸ்டர் ஃபிலிம் அல்லது நோமெக்ஸ் காகிதம் போன்றவை) மற்றும் வாயுவான SF₆க்கு இடையே ஒரு தனித்துவமான இடைமுகம் உருவாக்கப்படுகிறது. இந்த இரண்டு பொருட்களும் மின்சார புலத்தை (அவற்றின் அனுமதி) அனுமதிக்கும் மிகவும் வேறுபட்ட திறன்களைக் கொண்டிருப்பதால், மின் புலக் கோடுகள் சிதைந்து, இந்த இடைமுகத்தில் குவிந்துள்ளன. இது க்ரீபேஜ் டிஸ்சார்ஜ்களின் அதிக ஆபத்தை உருவாக்குகிறது, அங்கு திடமான காப்பு மேற்பரப்பில் மின்சாரம் ஒளிரும். வாயு-இன்சுலேட்டட் அமைப்புகளில் இந்த வகையான வெளியேற்றம் மிகவும் பொதுவான மற்றும் ஆபத்தான தோல்வி முறைகளில் ஒன்றாகும், மேலும் நிர்வகிக்க மிகவும் கவனமாகவும் சிக்கலான வடிவமைப்பும் தேவைப்படுகிறது.

3. அசுத்தங்கள் மற்றும் சிதைவு பிரச்சனை

தூய SF₆ வேதியியல் ரீதியாக செயலற்றதாக இருக்கும்போது, ​​​​மின் அழுத்தத்தின் கீழ் அதன் நடத்தை மாறுகிறது.

துகள்களுக்கு உணர்திறன்: SF₆ மாசுபாட்டிற்கு அதிக உணர்திறன் கொண்டது. ஜிஐஎஸ் தொட்டியின் உள்ளே இருக்கும் ஒரு சிறிய, தளர்வான கடத்தும் துகள், காப்பு வலிமையை வெகுவாகக் குறைக்கும். ஒரு மின்மாற்றியில், அத்தகைய துகள்கள் ஓரளவு தவிர்க்க முடியாதவை. எண்ணெயில், ஒரு சிறிய உலோகத் துகள் பாதிப்பின்றி இடைநிறுத்தப்படலாம் அல்லது கீழே குடியேறலாம், காப்பு மீதான அதன் தாக்கம் ஓரளவு தணிக்கப்படும். உயர் அழுத்த SF₆ இல், இதேபோன்ற துகள் ஆற்றல் பெறலாம், மேற்பரப்பிலிருந்து தூக்கி, குறைந்த திறன் கொண்ட பகுதியை நோக்கி நகர்ந்து, முழுமையான முறிவைத் தூண்டும்.

சிதைவு தயாரிப்புகள்: SF₆ வளைவு, கரோனா அல்லது உயர் ஆற்றல் தீப்பொறிகளுக்கு உட்படுத்தப்பட்டால், அது சிதைகிறது. இது கந்தகத்தின் குறைந்த ஃவுளூரைடுகள் (SF₄, S₂F₁₀ போன்றவை) மற்றும் ஈரப்பதத்தின் முன்னிலையில், ஹைட்ரஜன் புளோரைடு (HF) போன்ற அதிக அரிக்கும் மற்றும் நச்சுப் பொருட்கள் உட்பட பல்வேறு துணைப் பொருட்களாக உடைகிறது. இந்த துணைப் பொருட்கள் உலோகக் கூறுகள் மற்றும் மின்மாற்றியின் உள்ளே உள்ள திடமான காப்பு இரண்டையும் தாக்கி சிதைக்கும். இதன் அர்த்தம், ஒரு GITயில் ஒரு தவறு ஏற்பட்டால், அதன் பின்விளைவு ஒரு எளிய செயலிழப்பு மட்டுமல்ல; உபகரணங்கள் உட்புறமாக மாசுபடுத்தப்படலாம், விரிவான மற்றும் விலையுயர்ந்த சுத்தம் தேவைப்படுகிறது அல்லது பின்னர் விரைவான தோல்விக்கு வழிவகுக்கும். எண்ணெய் நிரப்பப்பட்ட மின்மாற்றியில், வளைவு வாயுக்கள் மற்றும் கசடுகளை உருவாக்கும் அதே வேளையில், எண்ணெயே இந்த துணைப் பொருட்களைக் கரைத்து நீர்த்துப்போகச் செய்வதற்கான ஒரு ஊடகமாக செயல்படுகிறது, மேலும் இது பெரும்பாலும் செயலாக்கப்படலாம் அல்லது மாற்றப்படலாம்.

4. சுற்றுச்சூழல் மற்றும் பொருளாதார அழுத்தங்கள்: GWP காரணி

21 ஆம் நூற்றாண்டில், SF₆ க்கு எதிராக செயல்படும் மிக முக்கியமான காரணி அதன் சுற்றுச்சூழல் தாக்கமாகும். இந்தப் பிரச்சினை அதை வெறும் பொறியியல் சவாலாக இருந்து அரசியல் மற்றும் ஒழுங்குமுறை சவாலாக மாற்றியுள்ளது.

ஒரு ஆற்றல்மிக்க பசுமை இல்ல வாயு: SF₆ என்பது அறிவியலுக்குத் தெரிந்த மிகவும் ஆற்றல் வாய்ந்த பசுமை இல்ல வாயு ஆகும். அதன் புவி வெப்பமடைதல் சாத்தியம் (GWP) 100 வருட காலப்பகுதியில் CO₂ ஐ விட தோராயமாக 23,500 மடங்கு அதிகமாக உள்ளது. எளிமையாகச் சொல்வதானால், ஒரு கிலோகிராம் SF₆வை வளிமண்டலத்தில் வெளியிடுவது, பல்லாயிரக்கணக்கான மைல்களுக்கு ஒரு காரை ஓட்டுவது போன்ற நீண்ட கால வெப்பமயமாதல் விளைவைக் கொண்டுள்ளது. மேலும், இது நம்பமுடியாத அளவிற்கு நிலையானது மற்றும் ஆயிரக்கணக்கான ஆண்டுகளாக வளிமண்டலத்தில் நிலைத்திருக்கிறது. மின்சாரத் தொழில் கசிவுகளைத் தடுக்க பாடுபடும் அதே வேளையில், மின்மாற்றியின் பல தசாப்த கால ஆயுட்காலம், குறிப்பாக உற்பத்தி, பராமரிப்பு மற்றும் செயலிழக்கச் செய்யும் போது சில தப்பியோடிய உமிழ்வுகள் தவிர்க்க முடியாதவை.

மாற்று வழிகளுக்கான தேடல்: கியோட்டோ புரோட்டோகால் போன்ற சர்வதேச ஒப்பந்தங்கள் மற்றும் கடுமையான விதிமுறைகளின் கீழ், குறிப்பாக ஐரோப்பிய ஒன்றியத்தில், SF₆ போன்ற F-வாயுக்களின் பயன்பாட்டை படிப்படியாகக் குறைக்க பெரும் அழுத்தம் உள்ளது. இது சுற்றுச்சூழலுக்கு உகந்த மாற்று வழிகளைக் கண்டறிய உலகளாவிய பந்தயத்தைத் தூண்டியுள்ளது. உற்பத்தியாளர்கள் இப்போது "பச்சை" வாயு-இன்சுலேட்டட் உபகரணங்களை உருவாக்கி வணிகமயமாக்குகின்றனர், ஃப்ளோரோனிட்ரைல்கள் (C4-FN போன்றவை) அல்லது CO₂ உடன் கலந்த ஃப்ளோரோகீட்டோன்கள் (C5-FK போன்றவை) அடிப்படையிலான நாவல் வாயு கலவைகளைப் பயன்படுத்தி. இவை இன்னும் ஃவுளூரைனேற்றப்பட்ட சேர்மங்களாக இருந்தாலும், அவற்றின் GWP ஆனது SF₆ இன் சிறிய பகுதியே ஆகும், மேலும் அவற்றின் வளிமண்டல வாழ்நாள் மிகக் குறைவு. இந்த புதிய சுற்றுச்சூழல் நிலப்பரப்பில், புதிய தலைமுறை பெரிய அளவிலான SF₆ மின்மாற்றிகளில் பொது பயன்பாட்டிற்காக அதிக முதலீடு செய்வது தவறான திசையில் ஒரு படியாகத் தெரிகிறது.