34 Вопросы и ответы, чтобы сломать миф о газовом элегазе SF6 в электрооборудовании

Автор: Селезнев Владимир [email protected].

Публикация: 2025-03-03 20:31.

Последние изменения: 2025-03-03 20:31

Чудо-газ или нет?

Существует много опубликованных обсуждений и докладов по различным аспектам использования газа SF6 (гексафторида серы) в электрооборудовании. Большинство из них основаны на фактах и исследованиях, но некоторые из них не являются.

34 Вопросы и ответы, чтобы сломать миф о газовом элегазе SF6 в электрооборудовании

Попробуем ответить на 34 вопроса и разбить миф об этом «чудовом» газе.

Обратите внимание, что большинство ответов основаны на исследованиях CAPIEL (Координационный комитет ассоциаций производителей промышленных электрических распределительных устройств и контрольно-измерительных приборов в Европейском союзе) и соответствующих стандартах МЭК.

Ваш комментарий высоко оценен!

1. Где используется SF6?

Известны следующие приложения. Для некоторых из них, скорее всего, вы не слышали.

• Для звукоизоляции в окнах,
• В автомобильных шинах,
• Для литья магния в автомобильной промышленности,
• Как изолирующая и дугогасящая среда в электротехническом оборудовании,
• Для изготовления полупроводников,
• В ускорителях тандемных частиц,
• В электронных микроскопах,
• Как трассирующий газ в горном деле,
• В рентгеновском материале,
• В качестве очищающего и защитного газа для литья алюминия и магния,
• В спортивной обуви,
• Медицинские осмотры,
• В военно-воздушных радиолокационных системах и других военных применениях.

2. Является ли SF6 опасностью для здоровья?

Чистый SF6 физиологически совершенно безопасен для людей и животных. Он даже используется в медицинской диагностике. Из-за его веса он может вытеснять кислород в воздухе, если большие количества концентрируются в более глубоких и не вентилируемых местах.

Законодательство по химическим веществам не классифицирует SF6 как опасный материал.

3. Является ли SF6 вредным для окружающей среды?

Он не обладает экотоксическим потенциалом, он не разрушает озон. Благодаря высокому потенциалу глобального потепления в 22.200 (*) он может способствовать созданию парникового эффекта человека, если он попадает в атмосферу. Однако в электрических распределительных устройствах газ SF6 всегда используется в газонепроницаемых отсеках, что значительно сводит к минимуму утечку. Это делает реальное влияние на парниковый эффект незначительным.

_{(*) Согласно третьему отчету об оценке РКИКООН. Предыдущее принятое значение было 23.900}

4. Каков общий вклад SF6, используемого в электрооборудовании, в парниковый эффект?

Менее 0, 1% (см. CAPIEL) и CIGRE). В исследовании Ecofys вклад в парниковый эффект в Европе оценивается в 0, 05% (*).

_{(*) ECOFYS, Сина Вартманн, д-р Йохен Харниш, июнь 2005 г. «Сокращение выбросов SF6 от оборудования высокого и среднего напряжения в Европе»}

5. Насколько широко используется SF6 в распределительных устройствах передачи и распределения?

Распределительное устройство с элегазовой изоляцией SF6 в настоящее время используется во всем мире. По оценкам, в среднем около 80% производимого в настоящее время оборудования HV имеет содержание SF6.

6. Почему SF6 используется в электрооборудовании?

Благодаря своим выдающимся электрическим, физическим и химическим свойствам, обеспечивающим значительные преимущества для сети электроснабжения:

1. Он изолирует в 2, 5 раза лучше воздуха (N ₂),
2. Более 100 раз лучше дуговой закалки, чем воздух (N ₂), и
3. Лучшее рассеивание тепла, чем воздух;

В дополнение к этому, исследования LCA доказали, что использование технологии SF6 в оборудовании распределительного распределительного устройства приводит к снижению общего прямого и косвенного воздействия на окружающую среду по сравнению с перегородками с воздушной изоляцией (*)

_{(*) Solvay Germany, 1999: Городское электроснабжение с использованием технологии SF6, Оценка жизненного цикла от имени ABB, PreussenElektra Netz, RWE Energie, Siemens, Solvay Fluor und Derivate}

7. В чем преимущества высоковольтного распределительного устройства SF6?

Существует значительное количество преимуществ:

Безопасность локального оператора

1. Распределительное устройство с элегазовой изоляцией делает существенный вклад в снижение риска несчастных случаев.
2. Общий корпус всех токоведущих частей в заземленных металлических корпусах обеспечивает имманентную защиту от поражения электрическим током и минимизирует риски, связанные с человеческими ошибками
3. Высококачественное распределительное устройство остается герметично закрытым на весь срок службы.

Очень высокая эксплуатационная надежность

1. Он обладает большой эксплуатационной надежностью, поскольку внутри закрытых газовых отсеков первичные проводники имеют полную защиту от всех внешних воздействий.
2. Минимальное использование синтетики снижает нагрузку на огонь.
3. Изоляция SF6 обеспечивает полную свободу от окисления контактов и резьбовых соединений, а это означает, что постепенное снижение несущей способности оборудования при его возрастании.
4. Отсутствие снижения теплоизоляции из-за внешних факторов.

Важный вклад в обеспечение безопасности

Общий корпус также означает, что оборудование практически полностью не зависит от окружающей среды. Распределительное устройство с элегазовой изоляцией может также использоваться в сложных климатических условиях, например:

1. Во влажных зонах с частыми конденсациями от температурных изменений и даже в местах с потенциалом затопления.
2. В тех случаях, когда надежность изоляции может быть подвержена загрязнению, например, от промышленности или сельского хозяйства или засоленных отложений в прибрежных районах. Газоизолированное распределительное устройство полностью исключает эту возможность на протяжении всего срока службы установки
3. В отличие от воздушной изоляции, изоляция которой уменьшается с увеличением высоты, распределительное устройство с элегазовой изоляцией сохраняет свою полную изоляционную способность независимо от высоты над уровнем моря. Поэтому избегаются более крупные и более дорогостоящие специальные конструкции или оборудование с более высокими номиналами изоляции и, следовательно, более дорогостоящие

Требования к малым пространствам

1. Из-за высокой диэлектрической прочности газа распределительное устройство компактно с минимальными требованиями к пространству.
2. Превосходная безопасность и низкое пространство для распределительных устройств SF6 позволяет размещать его непосредственно в местах отдыха и вблизи центров загрузки, таких как центры города, промышленные производственные предприятия и торговые площади.
3. Таким образом, это соответствует одному из основных элементов распределения мощности, а именно, что подстанции должны быть расположены как можно ближе к центрам загрузки, чтобы свести к минимуму потери передачи, сохранить ресурсы и свести к минимуму затраты.
4. Значительная экономия на строительных, наземных и транспортных издержках может быть достигнута во всей цепочке процессов.
5. В некоторых случаях распределительное устройство SF6 является единственным возможным решением: для ветровых электростанций (оффшор), в пещерах, для крупных генераторных автоматических выключателей и для расширения существующих установок.
6. Это часто позволяет расширить использование существующих зданий, когда требуется замена коммутатора или расширение для удовлетворения роста нагрузки.

Отличные экономические и экологические особенности

1. Отличительные экономические выгоды исходят от:

   1. Длительный срок службы
   2. Минимальные затраты на техническое обслуживание благодаря не требующим обслуживания, газонепроницаемым корпусам
   3. Снижение затрат на землю, здания, транспорт и ввод в эксплуатацию
   4. Максимальная эксплуатационная надежность в качестве предпосылки для дистанционного управления и автоматизации электрических сетей

2. Экологические и экономические выгоды возникают из:

   1. Минимальные потери при передаче в результате размещения оборудования вблизи центров загрузки.
   2. Снижение потребления первичной энергии и выбросов способствует экономически оптимизированным системам электроснабжения.
   3. И длительный срок службы распределительного устройства SF6 также способствует сохранению ресурсов.

3. Эстетические и экологические преимущества для сельских и городских ландшафтов:

   1. Поскольку установки SF6 компактны, требуют минимального обслуживания, имеют чрезвычайно высокую доступность и не зависят от климатических воздействий. Они предлагают не только основные экологические и экономические преимущества, но также могут быть легко интегрированы в любой ландшафт или архитектуру городов, городов или сельской местности
   2. Рекультивация районов, ранее занятых обычными подстанциями.

8. Есть ли альтернатива SF ₆ в распределительном устройстве для высокого и среднего напряжения?

С точки зрения LCA технически и экономически жизнеспособная альтернатива не существует с эквивалентным набором свойств, описанных выше, с такой же степенью безопасности и надежности.

«Сочетание экстраординарных электрических, физических, химических и тепловых свойств делает SF ₆ уникальным и незаменимым материалом в электротехническом оборудовании, для которого нет функционально эквивалентного заменителя». (Цитата из отчета CIGRE3) (*)

_{(*) СИГР: Международный совет по крупным электрическим системам}

9. Каковы различные применения в электроэнергетическом оборудовании с использованием SF6?

Это наиболее распространенные приложения, в которых используется SF6:

1. ГИС (распределительное устройство с газовой изоляцией для среднего и высокого напряжения),
2. CB (автоматический выключатель),
3. Силовые трансформаторы,
4. VT (трансформатор напряжения),
5. CT (трансформатор тока),
6. RMU (главный блок кольца),
7. Агрегаты устройств HV и GIL (газоизолированные линии),
8. Конденсаторы и т. Д.

10. В чем разница между высоковольтными (HV) и средневольтными (MV) ГИС относительно SF6?

В принципе, нет никакой разницы, так как оба применения используют SF6 в газонепроницаемых отсеках с незначительной скоростью утечки. В общем случае MV (до 52 кВ) использует давления, близкие к атмосферному, в герметичных системах давления. Низкое давление и малые размеры приводят к небольшому количеству газа всего лишь в кг. Скорость утечки чрезвычайно низкая, менее 0, 1% в год.

Распределительное устройство высокого напряжения (<52 кВ) использует закрытые системы давления со скоростью утечки менее 0, 5%, что является максимально допустимым по соответствующим стандартам IEC. Рабочее давление оборудования HV составляет ок. В 5 раз выше по сравнению с МВ.

11. Каковы основные обязательства добровольных действий / соглашений производителей и пользователей в отношении обработки SF6?

Оба производителя и пользователи коммутационных аппаратов стремятся к постоянному улучшению сокращения выбросов, а также мониторинга и ежегодной отчетности.

12. Как проверяется эффективность добровольных действий?

Были улучшены производственные процессы распределительных устройств МВ и ВН в Западной Европе, что позволило снизить удельные выбросы около 2/3 с 1995 года по 2003 год. Ecofys (*) определил за тот же период сокращение выбросов на 40%.

Это улучшение подтверждается систематическим применением комплексных методов мониторинга и интенсивной подготовки персонала. Согласно исследованию уже реализовано 70% потенциальных мер.

_{(*) ECOFYS, Сина Вартманн, д-р Йохен Харниш, июнь 2005 г. «Сокращение выбросов SF6 от оборудования высокого и среднего напряжения в Европе»}

13. Каковы обязанности пользователя по мониторингу данных SF6 распределительного устройства среднего напряжения?

Что касается герметичных систем давления (герметичных для жизни), пользователям обычно не нужно ни контролировать, ни сообщать о выбросах.

Поэтому они должны только обеспечить, чтобы распоряжение и конец жизни осуществлялось квалифицированным органом в соответствии с имеющимися национальными правилами.

14. Каким образом обеспечивается надлежащий уход в конце срока службы распределительных устройств SF6?

Следуя международно признанным инструкциям (например, согласно IEC 601634, CIGRE 2003 SF6 Recycling Guide).

Не могу посмотреть это видео? Нажмите здесь, чтобы посмотреть его на Youtube.

15. Каковы обязательства пользователя при выходе из строя распределительного устройства SF6?

Чтобы убедиться, что SF6 обрабатывается квалифицированным специалистом или квалифицированным персоналом в соответствии с IEC 61634, подраздел 4.3.1. и в соответствии с IEC 60480, подраздел 10.3.1.

16. Как используется SF6-газ, обработанный или утилизированный?

Он обычно повторно используется после правильной фильтрации. В некоторых особых случаях необходимо утилизировать газ.

Соответствующую подробную информацию можно найти в МЭК 61634 (обработка SF6), IEC 60480 (используется SF6); Руководство CIGRE для подготовки индивидуальных «Практических инструкций по обработке SF6».

17. В некоторых европейских странах были предложены запреты на элегазовые распределительные устройства. Где применяются законные запреты?

Законных запретов не существует. В политических дискуссиях было предложено сократить использование SF6 в некоторых приложениях, которые не связаны с электротехнической промышленностью.

В прошлом некоторые предложения такого рода в отношении электрических распределительных устройств возникли из-за недостаточных знаний о том, как электрическая промышленность использует SF6. Как только это было выяснено, и объяснены преимущества данной технологии, предложения были отозваны.

18. Можно ли использовать вакуум в качестве теплоизоляции?

Вакуумная технология уже используется для переключения в диапазоне MV. В случае небольшого объема вакуум может быть относительно легко поддержан, что необходимо для обеспечения работы переключающего устройства.

Применение вакуума в качестве изолирующей среды в большем объеме является электрофизически и технически более требовательным, экономически более сложным и практически нереализуемым.

19. Как пользователь может контролировать качество SF6?

Запечатанное для жизни оборудование MV не требует проверки качества SF6. Для другого оборудования HV В приложении B МЭК 60480 описаны различные методы анализа, применяемые для закрытых систем давления (на месте и в лаборатории).

20. Как насчет процесса старения газа SF6? Пополнение газа необходимо примерно через 20 лет?

Как правило, это не обязательно, потому что качество газа соответствует значениям, приведенным в МЭК 60480. Таблица 2 «Максимально допустимые уровни примесей» (применимы для закрытых систем давления). Для MV, герметизированного для оборудования для жизни, пополнение не требуется, поскольку уникальные свойства SF6 при нормальных рабочих условиях не ухудшаются.

21. Сколько SF6 (количественно в килограммах) может уйти из-за «нормальной» утечки?

Это зависит от количества наполнения, которое зависит от номинала и конструкции оборудования (объем и давление). Коэффициент выбросов для высоковольтных распределительных устройств составляет около 0, 1% в год до 0, 5% (0, 5% в год - максимальная допустимая скорость утечки в соответствии с IEC 62271-203)

Для запечатанных на всю жизнь оборудования MV диапазон ниже 0, 1% в год является обычным явлением. Например, количество наполнения 3 кг (RMU) приводит к вычисленной потере 3 г в год.

22. Насколько высока ПДК (максимально допустимая концентрация рабочей среды) для чистого SF6 на подстанции и насколько опасна чистая SF6?

Как правило, рекомендуется поддерживать максимальную концентрацию SF6 в рабочей среде ниже 1000 мкл / л (*). Это значение принятое на полный рабочий день (8 часов в день, 5 дней в неделю). Это значение не связано с токсичностью, а является установленным пределом для всех нетоксичных газов, которые обычно не присутствуют в атмосфере.

Следовательно, этот предел не означает, что более высокие концентрации SF6 представляют собой любую токсическую опасность. Согласно п. 7.1 МЭК 60480: «В принципе, смесь 20% кислорода и 80% SF6 может вдыхаться без неблагоприятного воздействия. Концентрации выше 20% вызывали бы удушье из-за недостатка кислорода.

_{(*) TRGS 900, Technische Regeln für Gefahrstoffe}

23. Какие продукты разложения создаются в случае внутренних дуговых разломов и в каких количествах?

Будут генерироваться газообразные и пыльные побочные продукты. См. IEC 60480, Таблица 1 и / или CIGRE Report Electra 1991 («Обработка SF6 и его продуктов разложения в ГИС», Таблица 2 «Грубая характеристика основных продуктов разложения, полученных из разных источников»).

Продукты разложения зависят от типа оборудования и его истории обслуживания; величины зависят от энергии (напряжения, тока, времени) и типа оборудования.

24. Насколько опасны продукты разложения?

См. IEC 61634, Приложение C: «Освобождение SF6 от распределительного устройства и устройства управления - потенциальное воздействие на здоровье».

В этом Приложении дается методика расчета количества побочных продуктов с токсическими характеристиками, генерируемыми в разных условиях. Таким образом, можно оценить потенциальную токсическую опасность с учетом объема помещения распределительного устройства.

Расчеты показывают, что на практике только в случае внутренней дуги с массивной эмиссией сильно сжатого газа создается реальная опасность. Поэтому эвакуация и вентиляция являются обязательными в таком случае.

25. Что должно быть сделано после дуговой неисправности в распределительном устройстве?

В таких случайных случаях следует проявлять осторожность. Если инкапсуляция повреждена, могут присутствовать некоторые соединения с токсическими характеристиками, возникающие не только из-за разложения SF6, но и из других источников (например, сжигание картин, паров меди и т. Д.).

Поэтому во всех случаях эвакуация помещения распределительного устройства является первой мерой, принимаемой независимо от того, какое распределительное устройство содержит SF6 или нет. См. Подпункт 5.3 МЭК 61634: «Аномальное высвобождение из-за внутренней неисправности».

26. Должна ли устанавливаться (пассивная или активная) система вентиляции в помещении распределительного устройства или подвале?

Здания, содержащие внутреннее оборудование, заполненное SF6, должны иметь вентиляцию; естественная вентиляция обычно достаточна для предотвращения накопления SF6 из-за утечки (см. подраздел IEC 61634, подраздел 3.4: «Безопасность персонала» и IEC 61936-1). Тип и степень требуемых мер зависят от местоположения комнаты, доступности и соотношения газа и объема помещения.

27. Что мне нужно делать, когда установка ГИС повреждена?

Например, отверстие, просверленное при инкапсуляции или повреждении при транспортировке, например, при падении панели и литьевой смолы) и SF6, или когда моя ГИС развивает аномальную утечку?

Соответствующие корректирующие действия должны быть направлены на устранение утечки. Если оборудование находится в эксплуатации, а утечка высокая, он должен быть обесточен в соответствии с операционными процедурами организации. Потеря газа должна быть сведена к минимуму, следуя процедурам организации и, при необходимости, используя услуги / рекомендации производителя или квалифицированной сервисной организации.

Техническая целостность оборудования должна быть проверена после такого возникновения и соответствующих корректирующих действий, проводимых уполномоченным персоналом до пополнения оборудования или помещения в эксплуатацию.

28. В каких условиях необходимо заменить газ SF6 в распределительных устройствах с газовой изоляцией?

Какие параметры должны быть проверены, например (концентрация, точка росы, продукты разложения) и каковы соответствующие допустимые пределы?

Обычно газ остается до разборки. Во время проведения технического обслуживания, требующего эвакуации газа, его следует проанализировать. Руководство по тому, как действовать дальше, приведено в МЭК 60480.

29. Как мне эвакуировать и заполнить систему?

См. IEC 61634, CIGRE Report 2004 («Практические инструкции по обработке SF6»). Пожалуйста, обратитесь к руководству по эксплуатации вашего оборудования.

Работа должна проводиться совместно с производителем или квалифицированной сервисной компанией в тех случаях, когда собственный персонал организации не обучен надлежащим образом.

30. Сколько газа SF6 находится в моем распределительном устройстве? Где я могу найти эту информацию?

На паспортной табличке или в руководстве по эксплуатации. Для более старого оборудования обратитесь к производителю.

31. Следует ли удалять SF6 во влажном состоянии?

Нет, можно высушить газ; влажность может быть снижена до приемлемого уровня путем адсорбции; для этой цели подходят материалы, такие как оксид алюминия, газированная известь, молекулярные сита или их смеси (см. также МЭК 61634, Приложение B.3: «Меры по удалению продуктов разложения SF6»). Максимально допустимые уровни влажности для повторного использования могут быть взяты из МЭК 60480, Приложение А.

32. Что мне нужно делать, когда я контактировал с разложенным SF6?

См. IEC 61634, Приложение E: «Общие рекомендации по безопасности, оборудование для личной защиты и оказания первой помощи». Обычно только обученный и квалифицированный персонал должен иметь дело с этим и, следовательно, знать о необходимых мерах предосторожности и действиях.

IEC 61634, Приложение E: Общие рекомендации по безопасности, оборудование для личной защиты и оказания первой помощи

Для распределительных устройств среднего напряжения и контрольного устройства с использованием герметичных систем давления содержимое этого приложения применимо только в конце срока службы или в очень маловероятном случае аномального выброса. Для других типов оборудования информация в этом приложении предоставляется для использования в ситуациях, когда работники должны вступать в контакт с продуктами разложения SF6.

К таким ситуациям относятся:

• Техническое обслуживание или любая другая деятельность, связанная с открытием корпусов оборудования, наполненного SF6, который находится в эксплуатации;
• Восстановительная активность после внутренней неисправности или внешнего пожара вызывает открытие корпуса.

Опыт работы более 25 лет в рабочей среде, где регулярно обрабатывается загрязненный газ, показал, что персонал вряд ли будет оказывать неблагоприятное воздействие на их здоровье, если они надлежащим образом обучены и оборудованы, как указано в этом отчете, и, как рекомендовано в отчетах производителей, инструкции.

33. Какие аспекты охраны окружающей среды и безопасности должны учитываться?

См. IEC 61634 (8), раздел 4: «Обработка использованного SF6».

Необходимость обработки использованного SF6 возникает там, где:

1. Проводится дозаправка SF6 в закрытых системах давления;
2. Газ должен быть удален из корпуса, чтобы можно было проводить техническое обслуживание, ремонт или расширение;
3. Газ был полностью или частично изгнан из-за аномального выброса;
4. Газ должен быть удален по истечении срока службы предмета оборудования;
5. Должны быть получены образцы газа или давление газа, измеренное через темпоральное соединение измерительной аппаратуры.

Ситуации 1 и 1 возникают главным образом в отношении высоковольтного оборудования и могут возникать с оборудованием ГИС среднего напряжения, в частности, если требуется добавить дополнительное оборудование к существующему коммутатору. Они не возникают с оборудованием, использующим герметичные системы давления.

34. Что необходимо соблюдать для очистки распределительной камеры после внутренней неисправности с выбросом разлагаемого газа?

См. Подраздел IEC 61634, подраздел 5.3 / 5.3.3:

Аномальное высвобождение из-за внутренней неисправности (внутри помещений) и национальных требований.)

Внутренняя неисправность возникает, когда аномальная дуга инициируется внутри корпуса распределительного устройства и управления.

В некоторых типах оборудования, в частности распределительных щитах среднего напряжения с металлическим корпусом, для шин между ячейками и вокруг кабельных соединений используется воздушная изоляция, а SF6 присутствует только в коммутационных камерах. В этом случае внутренняя неисправность может возникнуть внутри коммутатора, но вне камеры переключения, так что SF6 не будет отпущен.

Внутренняя ошибка - очень редкое явление, но ее нельзя полностью игнорировать.

Это может произойти в результате:

• Дефект в системе изоляции;
• Механический дефект, ведущий к нарушению распределения электрического поля внутри оборудования;
• Неисправность части коммутационного устройства из-за неисправности сборки, компонентов или неисправности или неправильного использования блокировок.

Внутренняя ошибка приведет к увеличению давления внутри корпуса, последствия которого будут зависеть от обстоятельств. Повышение давления обусловлено передачей электрической энергии из дуги в газ. Увеличение давления будет зависеть от величины тока дуги, напряжения дуги, продолжительности дуги и объема корпуса, в котором была разработана дуга.

После внутренней неисправности, приводящей к отказу давления или обгоранию кожуха, SF6 и большая часть любых твердых продуктов разложения (порошков) будут удалены из корпуса SF6.

Рекомендации:

• CAPIEL (Координационный комитет ассоциаций производителей промышленных электрических распределительных устройств и устройств управления в Европейском Союзе) - Часто задаваемые вопросы (FAQ) и ответы на SF6
• IEC 61634 Высоковольтные распределительные устройства и устройства управления - Использование и обработка гексафторида серы (SF6) в высоковольтных распределительных устройствах и устройствах управления
• IEC 60480 Рекомендации по проверке и обработке гексафторида серы (SF6), взятого из электрооборудования, и спецификации для повторного использования