گاز SF6 و استفاده از آن در کلیدهای SF6

همانطور که می‌دانیم قطع جرقه در کلیدهای فشار قوی به دو عامل مهم بستگی دارد: 1- مدت اثر عامل خاموش‌کننده2- عامل موثر در خاموش کردن جرقهاین عوامل موثر عبارتند از:1- خاموش‌کننده‌های جامد2- خاموش‌کننده‌های مایع3- خاموش‌کننده‌های گازیکه ما در اینجا به اختصار به خاموش‌کننده‌های گازی به خصوص SF6 می‌پردازیم.علت آزمایش گاز SF6:- افزایش ایمنی- کاهش آثار مخرب زیست محیطی-  صرفه‌جویی هزینه تعمیرات و نگهداری- روشهای بکارگیری توسعه یافته( بهینه‌سازی روشهای کاربرد قدیمی )گاز هگزا فلوئورید گوگرد ( SF6 ) یک دی الکتریک عالی با خواص بی‌نظیر در قطع کنندگی ( خاموش کردن ) قوس است و این ویژگی منجر به کاربرد وسیع و موفقیت آمیز در کلید‌های قدرت پستهای گازی است. معرفی و شناخت آن در سال 1960 بوده و تجهیزات گازی SF6 تا سال 1980 ساخته شده‌اند. امروزه، کاربرد این گاز به حد مطلوبی رسیده و تعداد تجهیزات تعویضی                             ( تجهیزات روغنی جایگزین شده با گازی)، افزایش یافته است. عموماً کلیدهای روغنی با تجهیزات گازی SF6 جایگزین می‌شوند. در حال حاضر گاز SF6 کاربرد زیادی در رده فشار قوی داشته و شواهد، تمایل کاربرد این گاز را برای رده‌های پایین‌تر سطوح ولتاژ نشان می‌دهد تحت شرایط ایده‌آل، وقتی یک عمل تخلیه در کلید رخ می‌دهد، هر کدام از اتمهای فلوئور موجود در گاز SF6 یک الکترون گرفته و از اتم گوگرد جدا می‌شوند و هنگام پایان عمل، آن الکترون بدست آورده را از دست داده و با ترکیب با یک اتم گوگرد، دوباره گاز  SF6 را تشکیل میدهد که به این مراحل "خودسازی" و یا "خواص بازیابی " گاز SF6 گویند. این واکنش در تجهیزات الکتریکی گازی ( SF6 ) فشار قوی رخ میدهد و وقتی که ذرات دیگری از قبیل اکسیژن، آب حاصل از آلودگی اتمسفری، کربن موجود در مولفه‌های تفلونی کلید، مس، تنگستن موجود در کنتاکتها و همچنین آلومینیوم، با ذرات گوناگونی که از تجزیه SF6 بوجود آمده‌اند برخورد کند، واکنش میدهد‌.علاوه بر مزایای فوق، تجهیزات تزریق شده با گاز SF6، نیازی به تعمیرات و نگهداری نداشته و بدون دردسر است. شایان توجه اینکه SF6 توانسته استفاده از تجهیزات روغنی را محدود سازد، از اینرو با توجه به نیاز صنعت، دستورالعملهای جدید مطابق با آنها ( تجهیزات گازی ) با موارد جدید باید تطبیق یابد. ایمنی، نوع عملکرد آنها در خاموش کردن قوس و در نظر گرفتن اثر گلخانه‌ای محیط زیست این گاز ( عدم تاثیر در سوراخ لایه ازن )، از جمله این موارد است که علاوه بر ایجاد تغییر کاربری قدیمی گاز SF6، انگیزه زیادی در ارزیابی فرآیند گاز و استفاده مجدد از گازهای ذخیره شده بوجود آورده است. خاموش کننده‌های گازی :1- ازت : ساختمان کلیدهای فشار قوی اصولاً با کلیدهای هوایی شروع می‌شود. در این کلیدها ماده خاموش کننده جرقه در همان هوایی که اطراف کنتاکت کلید را پوشانده و موثرترین آنها گاز ازت است که درهوا وجود دارد. البته چون گاز ازت دارای قابلیت هدایت دمای چندان خوبی نیست اثر خنک کننده آن نیز کم است و به این جهت استفاده ساده آن در فشار قی زیاد ممکن نیست لذا در کلیدهای فشار قوی زیاد از هوای فشرده و یا گاز دیگری که دارای اثر خنک کنندگی بیشتری باشد استفاده می‌شود ولی در قدرت‌های کم هوا یک عامل موثربسیار عالی است زیرا علاوه بر ارزانی هم‌جا نیز در دسترس است از گاز ازت در حال حاضر بیشتر برای کابل‌های گازی با غلاف آلومینیومی استفاده می‌شود.2 – هیدروژن : اثر خاموش کننده گاز هیدروژن نسبت به گاز ازت خیلی بیشتر است زیرا هیدروژن دارای قابلیت هدایت حرارت بیشتری نسبت به گازهای دیگر است ولی به علت گرانی تهیه آن در کلیدهای فشار قوی تا به امروز از این گاز به عنوان ماده اولیه مثلاً کلید با گاز هیدروژن فشرده استفاده نشده است بلکه معمولاً کلیدها را با عایقی پر می‌کنند که در موقع جرقه زدن بین کنتاکت‌ها گاز هیدروژن خودبه‌خود به وجود آید.همانطور که می‌دانیم با کلیدهای با عایق مایع حرارت جرقه باعث تجزیه قسمتی از مایع و متصاعد شدن گاز هیدروژن می‌شود و در کلیدهای با گاز جامد در اثر حرارت شدید جرقه از دیواره‌های عایقی محفظه جرقه خاموش کن گاز هیدروژن متصاعد شده و این گاز باعث خاموش کردن جرقه می‌شود.3 – در این اواخر کلیدهای فشارقوی با گاز SF6 که دارای قابلیت هدایت حرارتی بسیار عالی است ساخته شده است خواص عایقی بسیار خوب این گاز از زمانهای نسبتاً دور معلوم بود ولی به علت گرانی قیمت آن می‌بایست ساختمان کلید طوری باشد که گاز SF6 در ضمن کار مصرف نشده و بیرون نرود. از این جهت کلیدهای SF6 دارای یک مدار بسته برای گاز SF6 هستند.یکی از موارد مهم استفاده از گاز SF6 استفاده از این گاز در کابل‌های کپسولی است کابل‌های کپسولی با گاز SF6 به خصوص در پست‌های کپسولی با گاز SF6 و در انتقال انرژی جریانهای زیاد و قدرت زیاد از ژنراتورها تا ترانسفورماتورها در نیروگاههای بزرگ به کار برده می‌شود. این کابل‌ها در مسافتهای کوتاه به خاطر سادگی آن در ارتباط با سیم هوایی به صورت تکفازه و در مسافتهای زیاد به خاطر کم کردن کارهای حفاری و خاک‌برداری به صورت سه فاز ساخته می‌شوند این کابل‌ها در قطعات 12 متری ساخته می‌شوند به طوری که کپسول و سیم هادی آلومینیومی و عایق نگهدارنده  ( پایه‌ها ) تماماً در کارخانه نصب و پس از آزمایش‌های لازم برای بهره‌برداری حمل می‌شوند جوش دادن و ارتباط قطعات با یکدیگر در محل نصب صورت می‌گیرد.خواص گاز SF6 به طور اختصار1- استقامت دی الکتریک بالا2- هدایت حرارتی بالا ( انتقال حرارتی گازSF6 از روغن هم بیشتر است )3- خاصیت جذب الکترون‌های آزاد4- غیر قابل اشتعال بودن5- قابل ترکیب با فلزات نیست‌(روی فلزات اطراف خود اثر ندارد )6- غیر سمی است7-  بی رنگ و بی بو است8- 5 برابر سنگین‌تر از هوا است.مزایا :- کاهش هزینه تعمیرات ( به جهت اینکه کلیدهای گازی در مقایسه با دیگر کلیدها، تعمیرات کمتری نیاز دارند.)- امکان مونیتورینگ اجزا داخلی کلید و کاهش هزینه بازرسی مولفه‌های داخلی کلید - هزینه‌های راه‌اندازی در فرآیندهای گازی کم می‌شود .- قابلیت اطمینان بهبود می‌یابد.- ایمنی نیز زیاد می‌شود.کلیدهای SF6 :در این نوع کلید از SF6 ماده خاموش کننده جرقه و عایق بین دو کنتاکت و نگهدارنده ولتاژ استفاده می‌شود. گاز SF6 در طبیعت وجود ندارد و در کارخانه مصنوعی تولید می‌شود.گاز SF6 الکترون‌های آزاد را جذب می‌کند و ایجاد یون منفی بدون تحرک می‌کند. در نتیجه مانع از ایجاد ابر الکترونی که باعث شکست عایق و ایجاد جرقه می‌شود است بطوریکه استقامت الکتریکی گاز SF6 به 2 تا 3 برابر استقامت الکتریکی هوا می‌رسد. گاز SF6 از نظر شیمیایی کاملاً با ثبات است و میل ترکیبی آن خیلی کم است و غیر سمی می‌باشد و تقریباً 5 برابرهوا وزن دارد در مقابل حرارت زیاد نیز پایدار و غیر قابل اشتعال است در ضمن این گاز دارای قابلیت حرارتی بسیار خوبی است لذا علاوه بر اینکه خاموش کردن جرقه بسیار موثر است عایق بسیار با ارزشی نیز است.طرز استفاده از این گاز در کلیدهای فشار قوی عموماً بر مبنای انژکسیون گاز متراکم شده SF6 به محل قوس الکتریکی در محفظه احتراق است. یعنی به صورت پاشش گاز بر حمل قوس الکتریکی در محفظه احتراق در کلیدهای SF6 مانند کلیدهای هوایی از یک کنتاکت ثابت و یک کنتاکت متحرک استفاده نشده است بلکه قسمت اصلی کلید تشکیل شده است از دو لوله ثابت که به فاصله معینی متناسب با ولتاژ نامی کلید در مقابل هم قرار گرفته‌اند.ارتباط این دو لوله در حالت وصل کلید توسط مصرف انگشتانه مانند فلزی به نام موف اتصالی انجام می‌گیرد.مشخصه‌های عمده کلیدهایSF6: 1- در انواع جدید کلیدهای SF6 از نوع  SELE  EXTINGISH جهت قطع و وصل انرژی کمی نیاز است.2- کلیه مولکول‌های تجزیه شده پس از خاموش شدن قوس مجدد ترکیب شده کسر گاز حاصل نمی‌شود.3- فشار گاز قابل کنترل است.4- گاز SF6 به سادگی یونیزه شده و خاصیت هدایت پلاسما تا درجه حرارت‌های پایین برقرار می‌کند و این خاصیت مشکل ناپایداری قوس و قطع ناگهانی آنرا و نهایتاً اضافه ولتاژهای ناشی از آنرا به مقدار زیادی کاهش می‌دهد.5- جریانهای گذرا و با فرکانس بالا که در بعضی از قطع و وصل بوجود می‌آید در کلیدهای SF6 در زمانیکه جریان کم است قطع می‌شود و لذا اضافه ولتاژ خطرناکی در بر ندارد.دستورالعمل‌های کلی نگهداری کلید SF6 :1- احتیاط و موارد ایمنی2- اهمیت تمیز بودن3- تمیز کردن4- تخلیه مواد زاید5- تخلیه گاز1- احتیاطات و موارد ایمنی :مقررات محلی در مورد ایمنی فشار قوی را رعایت کنید. کلید را در وضعیت قطع قرار دهید طرف فشار قوی را باز کرده و ارت کنید. ولتاژ مکانیزم فرمان و هیتر را قطع کنید.برای کار روی مقره‌های کلید و یا قطعات تحت ولتاژ و همچنین حمل و باز کردن پل‌ها حتماً می‌بایستی ابتدا فشار داخل پل‌های کلید را تا 125/0 مگا پاسکال پایین آورد قبل از باز کردن یک محفظه تحت فشار گاز بایستی ابتدا فشار آنرا تا حد فشار اتمسفر کاهش دهیم اگر قرار است که گاز را در هوای آزاد تخلیه کنید این کار بایستی از طریق کلینر جذب کننده گرد وغبار صورت گیرد.2- اهمیت تمیز بودن :گاز SF6 و دیگر قطعات ایزوله بایستی از قدرت دی الکتریک بالایی برخوردار باشند و به همین علت بایستی تمیز و خشک باشند.در تمام مواردی که بر روی کلیدهای باز شده کار می‌کنید بایستی بدانید که نه تنها آلودگی بلکه رطوبت هوا و عرق دست هم زیان آور و مضر است. چنانچه به هر دلیل قسمت‌هایی که در تماس با گاز می‌باشند و یا محفظه‌های گاز بیش از 24 ساعت در معرض رطوبت هوا قرار گیرند در این صورت‌این محفظه‌ها بایستی با فشار     bar 2/1 با گاز SF6 پر شوند.گاز SF6 مصرف نشده غیر سمی، بدون بو و بی‌رنگ است با این حال این گاز سنگین‌تر از هواست و با مقدار جریان قابل توجهی به سهولت در مکانهای گود مانند کانال‌های کابل، مخزن‌ها و غیره جمع می‌شود در صورتی که مقدار زیادی گاز SF6 در این مکانها جمع شده باشد خطر خفگی بر اثر عدم وجود اکسیژن وجود دارد لذا عملیات بازرسی و تعمیرات را بایستی در مکانهایی که تهویه مناسب دارند انجام داد.مواد حاصل از تجزیه گاز که بر روی قسمت‌های قطع کننده جریان تشکیل می‌شوند به هنگام تماس با رطوبت خاصیت خورندگی پیدا می‌کنند و باعث ناراحتی پوست، چشم، مخاط می‌شوند.3- تمیز کردن :سطوح بیرونی مقره‌ها را کاملاً با آب شستشو داده و بعد از خشک شدن قبل از باز کردن کلید انتها و سطوح داخلی را با آب اتانول تمیز کنید پس از باز کردن کلید قطعات داخلی را با پارچه آغشته به اتانول خوب تمیز و خشک کنید.4- مواد زاید :کلیه گرد غبارها و همچنین مواد پاک‌کننده مورد استفاده را در یک ظرف مهر و موم شده به عنوان زباله شیمیایی دفع کنید.5- تخلیه گاز :کلید با استفاده از تجهیزات تصفیه گاز تخلیه می‌شود که گاز تصفیه شده را فشرده می‌سازد به طوری که می‌توان آنرا دوباره به کار برد مخلوط گاز SF6+N2 فقط زمانی می‌تواند مجدداً مورد استفاده قرار گیرد که شرایط مخلوط شدن آن تحت کنترل باشد پس از تخلیه کلید را با گاز نیتروژن تا حد اتمسفر پر کرده و پس از آن مجدداً خالی می‌کنیم بدین ترتیب گرد وغبار باقی مانده در کلید تمیز می‌شود. در نهایت کلید را با گاز نیتروژن خشک تا حد اتمسفر پر می‌کنیم و بعد از آن کلید آماده باز شدن و انتقال به کارگاه است.