Los investigadores este mes comenzarán a probar un disyuntor de alto voltaje que puede apagar un arco y eliminar una falla con dióxido de carbono supercrítico líquido. El primer dispositivo de su tipo podría reemplazar los interruptores de alto voltaje convencionales, que usan los potentes gasoline de efecto invernadero azufre hexafluoride o sf6. Dicho equipo está disperso ampliamente en todo rejillas eléctricas Como una forma de detener el flujo de corriente eléctrica en una emergencia.
“SF6 es un aislante fantástico, pero es muy malo para el medio ambiente, probablemente el peor gasoline de efecto invernadero que se te ocurra “, cube Johan EnslinDirector del programa de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de EE. UU.Arpa-e), que financió la investigación. El potencial de calentamiento de invernadero de SF6 es casi 25,000 veces más alto que el de dióxido de carbonoseñala.
Si tiene éxito, la invención, desarrollada por investigadores de la Instituto de Tecnología de Georgiapodría tener un gran impacto en emisiones de gases de efecto invernadero. Cientos de miles de disyuntores cuadrículas de potencia de puntos a nivel mundial, y casi todos los alto voltaje los están aislados con SF6.
https://www.youtube.com/watch?v=u4isn6f-b8yUn interruptor de interruptores de circuito de alto voltaje, como este hecho por Ge VERNOVA, detiene la corriente creando mecánicamente un espacio y un arco, y luego explota gasoline de alta presión a través del espacio. Esto detiene la corriente absorbiendo libremente electrones y apagar el arco como el dieléctrico La resistencia del gasoline aumenta.GE VERNOVA
Además de eso, SF6 Los subproductos son tóxico para los humanos. Después de que el gasoline apaga un arco, puede descomponerse en sustancias que pueden irritar el sistema respiratorio. Personas que trabajan en SF6-El equipo aislado tiene que usar respiradores completos y ropa protectora. El unión Europea y California están eliminando el uso de SF6 y otros gases fluorados (G-Gases) en equipos eléctricos, y varios otros reguladores están siguiendo su ejemplo.
En respuesta, los investigadores a nivel mundial están corriendo a desarrollar alternativas. En los últimos cinco años, Arpa-e ha financiado 15 proyectos de interruptores de circuito de etapa temprana diferentes. Y GE VERNOVA ha desarrollado productos para el mercado europeo que utilizan una mezcla de gasoline que incluye un F-Fuel, pero a una fracción de la concentración de SF convencional6 Breakers.
Reinventando interruptores de circuitos con Co Supercritical Co2
El trabajo de un interruptor de circuito a escala de cuadrícula es interrumpir el flujo de corriente eléctrica cuando algo sale mal, como una falla causada por un iluminación huelga. Estos dispositivos se colocan en las subestaciones, generación de energía plantas, transmisión y distribución Redes e instalaciones industriales donde el equipo opera en decenas a cientos de kilovoltios.
A diferencia de los interruptores de circuitos domésticos, que pueden aislar una falla con un pequeño espacio de aire, los interruptores a escala de cuadrícula necesitan algo más sustancial. La mayoría de alto-interruptores de voltaje Confiar en un interruptor mecánico alojado en un recinto que contiene SF6que es Un gasoline aislante no conductivo. Cuando se produce una falla, el dispositivo rompe el circuito creando mecánicamente un espacio y un arco, y luego explota el gasoline de alta presión a través del espacio, absorbiendo electrones libres y apagando el arco a medida que aumenta la resistencia dieléctrica del gasoline.
En el diseño de Georgia Tech, el dióxido de carbono supercrítico apaga el arco. El fluido se crea colocando co2 Bajo muy alta presión y temperatura, convirtiéndolo en una sustancia que está en algún lugar entre un gasoline y un líquido. Porque Su supercrítico2 es bastante denso, puede apagar un arco y evitar la reabsificación de un nuevo arco al reducir el impulso de los electrones, o al menos esa es la teoría.
Dirigido por Lukas GraberJefe de Georgia Tech’s plasma Y Dielectrics Lab, el grupo de investigación ejecutará su interruptor de CA prototipo de 72 kV a través de un circuito de prueba sintético en la Universidad de Wisconsin-Milwaukee a partir de finales de abril. El grupo también está construyendo una versión de 245 kV.
El uso de CO supercrítico2 No es nuevopero diseñar un interruptor de circuito lo es. El desafío period construir el interruptor con componentes que puedan resistir la alta presión necesaria para mantener el CO supercrítico2cube Graber.
El equipo se volvió hacia el petróleo Industria para encontrar las piezas, y encontró todas menos una: el buje. Este componente essential sirve como un alimento para transportar corriente a través de recintos de equipos. Pero no existía un buje que pueda resistir 120 atmósferas de presión. Entonces Georgia Tech hizo su propio uso de minerales llenos epoxy resinas, conductores de cobre, tuberías de acero y bridas en blanco.
“Tuvieron que volver a los fundamentos del diseño del buje para que todo el interruptor funcione”, cube Enslin. “Ahí es donde están haciendo la mayor contribución, en mis ojos”. El diseño compacto del interruptor de Georgia Tech también le permitirá caber en espacios más estrictos sin sacrificar densidad de potenciaél cube.
Reemplazar los interruptores de circuitos existentes de una subestación con este diseño requerirá algunos ajustes, incluida la adición de un bomba de calor en la vecindad por gestión térmica del interruptor.
Si las pruebas en el circuito sintético van bien, Graber planea ejecutar el interruptor a través de una batería de simulaciones del mundo actual al Laboratorios de Kema‘Chalfont, Penn. Ubicación: un Instalación de certificación estándar de oro.
El equipo de Georgia Tech construyó su interruptor de circuito con piezas que pueden soportar las altas presiones del CO2 supercrítico.Alfonso José Cruz
GE VERNOVA Mercados SF6-Circuito alternativo
Si el interruptor de circuito de Georgia Tech llega al mercado, tendrá que competir con GE Vernova, que tuvo una ventaja de 20 años en el desarrollo de SF6-Hapeadores de circuitos libres. En 2018, la compañía instaló su primer SF6-Subratación aislada de gasoline libre en Europa, que incluía una Interruptor de circuito de CA de 145 kV de clase Eso está aislado con una mezcla de gasoline que llama G3. Está compuesto de CO2oxígeno y una pequeña cantidad de c4F7N, o heptafluoroisobutironitrilo.
Este gasoline de efecto invernadero fluorado tampoco es bueno para el medio ambiente. Pero comprende menos del 5 por ciento de la mezcla de gasoline, por lo que scale back el potencial de calentamiento de invernadero hasta en un 99 por ciento en comparación con SF6. Eso hace que el potencial de calentamiento sea aún mucho mayor que el CO2 y metanopero es un comienzo.
“Una de las razones por las que estamos usando esta tecnología es porque podemos hacer un SF6-Cruitador de circuito libre que en realidad se atornillará sobre la base exacta de nuestro SF equivalente6 Breaker “, cube Todd IrwinUn especialista en productos de alto voltaje de circuito de circuito senior en GE Vernova. Es un reemplazo de entrega que “se deslizará directamente en una subestación”, cube. Los trabajadores aún deben usar equipo de protección completo cuando mantienen o arreglan la máquina como lo hacen para SF6 Equipo, cube Irwin. La compañía también hace un tipo specific de Rompedor llamado interruptor de un tanque vivosin el componente fluorado, cube.
Todos estos enfoques, incluido el Supercritical Co de Georgia Tech2, Depende de la acción mecánica para abrir y cerrar el circuito. Esto lleva un tiempo precioso en caso de falla. Eso está inspirado muchos investigadores a los que recurrir semiconductoresque puede hacer el cambio mucho más rápido y no necesita un gasoline para apagar la corriente.
“Con la mecánica, puede tomar hasta cuatro o cinco ciclos para eliminar la falla y esa es tanta energía que tienes que absorber”, cube Enslin en ARPA-E. Un semiconductor puede hacerlo potencialmente en un milisegundo o menos, cube. Pero el desarrollo comercial de estos interruptores de circuitos de estado sólido todavía se encuentra en las primeras etapas, y se centra en voltajes medios. “Tomará algo de tiempo llevarlos a los altos voltajes requeridos”, cube Enslin.
El trabajo puede ser un nicho, pero el impacto podría ser alto. Acerca de 1 por ciento de SF6 fugas de equipos eléctricos. En 2018, eso se tradujo a 9.040 toneladas (8.200 toneladas) de SF6 emitido a nivel mundial, representando aproximadamente el 1 por ciento de la calentamiento world valor ese año.
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