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2025-04-09 16:36:00
今月の研究者は、弧を消し、超臨界二酸化炭素液で断層をクリアできる高電圧回路ブレーカーのテストを開始します。初めての類のないデバイスは、強力な温室効果ガス硫黄ヘキサフルオリド、またはSFを使用する従来の高電圧ブレーカーを置き換えることができます6。 このような機器は、緊急時に電流の流れを止める方法として、電力網全体に広く散在しています。
「SF6 素晴らしい絶縁体ですが、それは環境にとって非常に悪いことです。おそらくあなたが考えることができる最悪の温室効果ガスです」と言います ヨハン・エンスリン、研究に資金を提供した米国Advanced Research Projects Agency-Energy（ARPA-E）のプログラムディレクター。 SFの温室温暖化の可能性6 彼は、二酸化炭素のほぼ25,000倍の高さです。
成功した場合、ジョージア工科大学の研究者によって開発された発明は、温室効果ガスの排出に大きな影響を与える可能性があります。数十万回のサーキットブレーカーがグローバルにドットパワーグリッドをドットし、高電圧のほぼすべてがSFで絶縁されています6。
https://www.youtube.com/watch?v=u4isn6f-b8yGe vernervaが作ったような高電圧回路ブレーカーインタープーターは、ギャップとアークを機械的に作成し、ギャップを通して高圧ガスを爆破することにより、電流を停止します。これにより、ガスの誘電強度が増加するにつれて、遊離電子を吸収し、アークを消すことにより電流が停止します。Ge Vernova
それに加えて、SF6 副産物は人間に有毒です。ガスがアークを消した後、それは呼吸器系を刺激する可能性のある物質に分解することができます。 SFに取り組む人々6– 挿入された機器は、完全な呼吸器と保護服を着用する必要があります。 欧州連合 そして カリフォルニア SFの使用を段階的に廃止しています6 電気機器の他のフッ素化ガス（Fゲース）、および他のいくつかのレギュレーターが追跡しています。
これに応じて、世界的に研究者が競争しています 代替案を開発します。過去5年間で、ARPA-Eは15の異なる初期段階ブレーカープロジェクトに資金を提供してきました。そして Ge Vernova F-Gasを含むガス混合物を使用するが、従来のSFの濃度の一部で製品を開発しました6 ブレーカー。
Supercritical Coでサーキットブレーカーを再発明します2
グリッドスケールの回路ブレーカーの仕事は、稲妻による断層など、何かがうまくいかないときに電流の流れを中断することです。これらのデバイスは、変電所、発電工場、送電網、流通ネットワーク、および数百キロボルトから数十キロボルトで動作する産業施設全体に配置されています。
障害を小さなエアギャップで分離できるホームサーキットブレーカーとは異なり、グリッドスケールブレーカーにはもっと重要なものが必要です。 最も高い –電圧ブレーカー SFを含むエンクロージャーに収容された機械的なラプタに依存しています6、それです 非導電性絶縁ガス。障害が発生すると、デバイスはギャップとアークを機械的に作成することにより回路を破壊し、その後、ギャップを通して高圧ガスを爆破し、ガスの誘電強度が増加するにつれて自由電子を吸収し、アークを消します。
ジョージア工科大学の設計では、超臨界二酸化炭素がアークを消します。流体は、coを置くことによって作成されます2 非常に高い圧力と温度の下で、ガスと液体の間のどこかにある物質に変えます。 Supercritical Co2 非常に密度が高いため、電子の運動量を減らすことで弧を癒し、新しいアークの再燃を避けることができます。少なくともそれが理論です。
率いる Lukas Graberジョージア工科大学のプラズマおよび誘電体研究所の責任者である研究グループは、4月下旬からウィスコンシン大学ミルウォーキー校の合成試験回路を通じて72 kVのプロトタイプACブレーカーを実行します。彼らはまた、245 kvバージョンを構築しています。
の使用 Supercritical Co2 新しいものではありません、しかし、それの周りに回路ブレーカーを設計することです。課題は、超臨界COを維持するために必要な高圧に耐えることができるコンポーネントでブレーカーを構築することでした2、グラバーは言います。
チームは、部品を見つけるために石油産業に目を向け、1つを除くすべてを見つけました：ブッシング。この重要なコンポーネントは、機器エンクロージャを介して電流を運ぶためのフィードスルーとして機能します。しかし、120の気圧に耐えることができるブッシングは存在しませんでした。そのため、ジョージア工科大学は、ミネラルで満たされたエポキシ樹脂、銅導体、スチールパイプ、および空白のフランジを使用して独自に作成しました。
「彼らはブッシングデザインの基礎に戻ってブレーカー全体を機能させる必要がありました」とエンスリンは言います。 「それが彼らが私の目に最大の貢献をしているところです。」ジョージア工科大学のブレーカーのコンパクトなデザインは、電力密度を犠牲にすることなく、よりタイトなスペースに収まることを可能にします、と彼は言います。
変電所の既存の回路ブレーカーをこの設計に置き換えるには、ブレーカーの熱管理のために近くにヒートポンプを追加するなど、いくつかの調整が必要です。
合成回路のテストがうまくいった場合、Graberは、一連の実世界のシミュレーションを介してブレーカーを実行する予定です。 ケマ研究所‘チャルフォント、ペン。場所 – A ゴールドスタンダード認定施設。
ジョージア工科大学チームは、超臨界CO2の非常に高い圧力に耐えることができる部品でサーキットブレーカーを構築しました。アルフォンソ・ホセ・クルス
Ge Vernovaは、SF6対立回路ブレーカーを販売しています
ジョージア工科大学のサーキットブレーカーが市場に到達した場合、SFの開発に20年のヘッドスタートがあったGe Vernovaと競争する必要があります。6– フリーサーキットブレーカー。 2018年、同社は最初のSFをインストールしました6– ヨーロッパでのガス断熱変電所、それにはGと呼ばれるガス混合物で断熱された145 kVクラスのAC回路ブレーカーが含まれています3。それはcoで構成されています2、酸素と少量のc4f7n、またはheptafluoroisobutyronitrile。
このフッ素化された温室効果ガスも環境には良くありません。しかし、それはガス混合物の5％未満で構成されているため、SFと比較して温室温暖化の可能性を最大99％低くします6。それは、温暖化の可能性をCOよりもはるかに大きくします2 そしてメタン、しかしそれは始まりです。
「このテクノロジーを使用している理由の1つは、SFを作成できるからです6– 実際に当社の同等のSFの正確な基盤にボルトを締めているフリー回路ブレーカー6 ブレーカー」と言います トッドアーウィン、Ge Vernervaの高電圧回路ブレーカーシニア製品スペシャリスト。それは「変電所にすぐにスライドする」ドロップインの代替品です、と彼は言います。労働者は、SFのようにマシンを維持または修正するとき、まだ完全な保護具を着用する必要があります6 機器、アーウィンは言う。 会社はまたを作ります 特定のタイプの ブレーカーは、ライブタンク回路ブレーカーと呼ばれますなしで フッ素化された成分、と彼は言います。
ジョージア工科大学のSupercritical Co2、 回路を開閉するための機械的作用に依存します。これは、障害が発生した場合に貴重な時間を占めます。それはインスピレーションを受けています 多くの研究者が半導体に目を向けるために、これはより速くスイッチングを行うことができ、電流をオフにするためにガスを必要としません。
「メカニカルを使用すると、最大4〜5サイクルかかることがあります。障害をクリアすることができます。それは非常に多くのエネルギーであるため、吸収しなければなりません」とArpa-EのEnslin氏は言います。半導体は、潜在的にミリ秒以下でそれを行うことができると彼は言います。しかし、これらの固体回路ブレーカーの商業開発はまだ初期段階であり、中電圧に焦点を当てています。 「必要な高電圧に到達するには時間がかかります」とエンスリンは言います。
作業はニッチかもしれませんが、影響は高い可能性があります。 SFの約1％6 電気機器からの漏れ。 2018年には、9,040トン（8,200トン）のSFに翻訳されました6 世界的に放出され、その年の地球温暖化価値の約1％を占めています。
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