总所周知,SF6是温室效应气体,排放1吨SF6相当于排放23500吨CO2,因此危害程度可想而知,必须全力实现开关设备的去SF6化,而SF6气体具有优异的绝缘性能,开断性能。特别是在高压、特高压领域的应用,现阶段没有合适的单一气体能够实现SF6气体的完全特换,通过SF6气体和其它N2/CO2等气体混合可以部分降低SF6使用,通过3M公司新型气体全氟异丁腈(C4F7N,下面简称C4,) 和全氟正丙基乙烯(C5F10O,下面简称C5)都具有很好的绝缘性能,但单一气体沸点很高,必须通过和其它气体混合才能降低沸点,以满足开关设备-25度(有些应用要求零下40摄氏度)的应用环境要求,因此就需要对混合气体各成分的重量,以及整个混合气体的成本和全球变暖潜能值GWP计算,以获得替换气体的最佳解决方案。
以40.5kV 充气柜C-GIS为例来计算。
C-GIS气箱体积824升,充气压力0.36bar,计算气体质量需要按绝对压力计算,即1.36bar。SF6摩尔质量146,因此按公式计算:气体质量=(充气压力*体积*摩尔质量)/(R*T)
EXCEL 计算结果如下 。 该C-GIS需要充SF6气体质量为6.8kg,以每克0.13元计算,SF6气体成本是884元。
单位 | ||
R | 0.08 | |
T | 293.15 | |
SF6摩尔质量 | 146.06 | |
SF6压力 | 1.36 | bar |
体积 | 824.00 | l |
SF6气体质量 | 6.80 | kg |
SF6成本 0.13¥ /g | 884.09 | ¥ |
SF6替换方案有几种,一种是减少SF6使用,混合氮气或CO2气体。下面以50%SF6+50%N2为例计算,这种方案应用于早期天灵的40.5kV充气柜(12kV 100%N2, 24kV 90%N2 +10%SF6),混合气体按1,4bar充气压力计算。根据压力比50%,可以计算出SF6气体压力是0.7bar,体积824升,可以计算出SF6气体质量3.5kg;同样方法计算出氮气质量,氮气的摩尔质量是28,计算出氮气质量 0.67kg,成本33.55元,因此替换混合气体总成本488元。
压力 (混合气体,绝对值) bar | 1.40 |
摩尔质量 (SF6) | 146.00 |
% (SF6) | 50.00% |
压力 (SF6) | 0.70 |
质量 (SF6) | 3.50 |
成本 (SF6) 0.13¥ /g | 454.87 |
摩尔质量 (氮气 N2) | 28 |
% (N2) | 50.00% |
压力 (N2) | 0.7 |
质量 (N2) | 0.67 |
成本 (N2) 0.05¥ /g | 33.55 |
总成本(混合气体) | 488.42 |
同样对于多种气体混合,按照同样方法计算,如6% C4 + 10% 氧气 + 84%二氧化碳三种气体混合,计算结果如下。
6% C4+10%O2+84% CO2 | |
压力 (混合气体,绝对值) bar | 1.40 |
摩尔质量 (4710) | 195.00 |
% (4710) | 6.00% |
压力 (4710) bar | 0.08 |
质量 (4710) kg | 0.56 |
成本 (4710) 3.75¥ /g | 2103.00 |
重量比例 (% 4710 w) | 22.56% |
摩尔质量 (O2) | 32 |
混气比例 % (O2) | 10.00% |
压力 (O2) bar | 0.14 |
质量 (O2) kg | 0.153 |
成本 (O2) 0.05¥ /g | 7.67 |
摩尔质量 (CO2) | 44.01 |
% (CO2) | 84.00% |
压力 (CO2) bar | 1.176 |
质量 (CO2) kg | 1.772 |
成本 (CO2) 0.05¥ /g | 88.60 |
总成本(混合气体) | 2199.27 |
成本增加(人民币 圆) | 1315.18 |
成本增加 % | 149% |
Weight fraction (% CO2 w) | 71.27% |
全球变暖潜能值GWP | 542.08 |
相对于 SF6 降低百分值 | 97.69% |
混合气体由于C4比较贵,因此,总 成本比单纯SF6气体要贵1315元,成本增加149%。全球变暖潜能值GWP是542,相对较23500降低97.69%,温室效应降低明显。
几种方案计算结果比较如下:
6% C4+10%O2 +84% CO2 | 50%SF6 50%N2 | 10%SF6 90%CO2 | 10% C5+90% N2 | |
成本增加 | 1315.18 | -395.66 | -698.21 | 3959.56 |
成本增加比例 % | 149% | -45% | -79% | 448% |
重量分数 (% CO2 w) | 71.27% | 16.09% | 73.06% | 49.49% |
全球变暖潜能值GWP | 542.08 | 19718.55 | 6330.99 | 1.00 |
相对于 SF6 降低百分值 | 97.69% | 16.09% | 73.06% | 100.00% |
可以看出,C4虽然是温室效应气体,但由于比例小,相对于SF6温室效应降低明显,相比较于SF6混合氮气或二氧化碳等方案,即使10%的SF6,温室效应GWP也是非常大的。当然C5除了成本高也是不错的选择。
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只看楼主 我来说两句抢地板参考学习
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来学习了
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