في موجة "إزالة الفلور" في المعدات الكهربائية، فإن استبدال سداسية فلوريد الكبريت (SF₆) بالهواء الجاف أو النيتروجين (N₂) ليس مجرد "تبديل للغاز"، بل هو لعبة كبيرة من الخصائص الفيزيائية.
الاختلاف الأساسي يكمن في قدرة إطفاء القوس الكهربائي. يتمتع SF₆ بقوة كهروسلبية شديدة ويمكنه التقاط الإلكترونات بكفاءة عالية؛ قدرته على إطفاء القوس الكهربائي تبلغ حوالي 100 مرة أكثر من الهواء. على العكس، الهواء الجاف والنيتروجين لديهما بنية جزيئية مستقرة ولا يمتلكان أداءً فعالاً لإطفاء القوس الكهربائي. إذا تم استخدام تصاميم المعدات التقليدية، فإن القوس الكهربائي لن ينطفئ مما يؤدي إلى احتراق المعدات أو حتى الانفجار.
أمام هذا الفجوة الفيزيائية، استكشفت الصناعة مجموعة من الحلول الفعالة من خلال إعادة بناء المسارات التقنية.
1. التناقض الأساسي: من "القمع النشط" إلى "التحمل السلبي"
في مفتاح الدائرة الكهربائية الذي يستخدم SF₆، يقوم الغاز بأداء دورين: فهو يعمل كوسط عازل وكمتوسط لإطفاء القوس الكهربائي. عند انفصال الأقطاب وإنشاء قوس كهربائي، يجبر تدفق غاز SF₆ القوس على الانطفاء.
ومع ذلك، يواجه الهواء الجاف والنيتروجين قيوداً فيزيائية:
ببساطة، يقوم SF₆ بـ "خنق" القوس الكهربائي بشكل نشط، بينما يمكن للهواء الجاف/النيتروجين فقط أن يتحمله بشكل سلبي. لذلك، يجب تغيير الاستراتيجية: دع الغاز يكون مسؤولاً فقط عن العزل، وقم بإدخال وسائط أخرى لمعالجة إطفاء القوس الكهربائي.
2. كسر الجمود: ثلاث استراتيجيات هندسية رئيسية
لمواجهة هذه التحديات، تعتمد الحلول الرئيسية على "مسار تقني مختلط" - وهو مزيج من إطفاء القوس الكهربائي بالفراغ + العزل بالغاز - مدعومة بتصميم هيكلي دقيق.
فصل الوظائف: التدخل الأساسي للمقاطع الكهربائية بالفراغ
هذا هو الحل الأساسي لضعف قدرة الهواء الجاف/النيتروجين على إطفاء القوس الكهربائي. بما أن الهواء لا يستطيع إطفاء القوس الكهربائي بشكل فعال، نقوم بإدخال "غريب" مثالي في هذا المجال - وهو الفراغ.
"الفصل الدقيق الميكانيكي": تصميم نقطة التوقف من نوع المضخة
على الرغم من أن الفراغ يستخدم أساساً لإطفاء القوس الكهربائي، فقد يحدث القوس الكهربائي عندما تقوم المقاطع المنفصلة بقطع تيارات صغيرة (مثل التيارات السعتية) أو عندما تعمل كمفاتيح حمل. في هذه الحالة، كيف يمكن استخدام المجال الهوائي الضعيف لمساعدة إطفاء القوس الكهربائي يصبح مفتاحاً. قامت الشركات المصنعة مثل ABB بتطبيق تقنية "من نوع المضخة" بطريقة مبتكرة.
تحسين التنسيق للأمان الأرضي والآليات التشغيلية
نظرًا لنقص قدرة العزل والإطفاء القوية للهواء الجاف/النيتروجين مقارنة بـ SF₆، يجب توخي الحذر الشديد أثناء عمليات التأريض.
3. الخاتمة
استبدال SF₆ بالهواء الجاف أو النيتروجين هو في الأساس فن هندسي لـ "تعظيم القوة وتجنب الضعف". نحن نعترف ونقبل الواقع بأنها "ضعيفة" في قدرتها على إخماد القوس الكهربائي (أقل من 1% من SF₆)، لذلك لم نعد نجبرها على أداء المهمة الصعبة التي تتمثل في "قطع التيار". بدلاً من ذلك، نقوم بتحديدها كحواجز عازلة خالصة. من خلال تقديم تقنية إخماد القوس الكهربائي تحت الفراغ، مع تحسينات في الهيكل الضاغط وأنظمة التحكم الذكية، تمكنا بنجاح من تجاوز نقاط الضعف في الخصائص الفيزيائية، مما يوفر مسارًا قابلًا للتطبيق لبناء شبكة طاقة خضراء وآمنة ومستدامة.
