Опасные ситуации, приводящие к выпуску SF6
В этой технической статье рассматривается оценка риска для персонала в случае аномальной ситуации, приводящей к неконтролируемому выбросу газа SF6 в атмосферу.
Три аномальные ситуации, приводящие к неконтролируемому выпуску газа SF6 (фото-кредит: hs-augsburg.de)
Как правило, такие ситуации встречаются очень редко и очень редки. Однако давайте обсудим такие опасные ситуации, которые приведут к неконтролируемому выпуску SF6:
- Аномальная утечка - из-за отказа уплотнений корпуса SF6 содержать газ
- Внутренняя ошибка - в результате неконтролируемой дуги внутри корпуса SF6
- Наружное пожаротушение приводит к аномальной утечке
1. Аномальная утечка
Метод оценки риска аналогичен методу, использованному в разделе « Утечка из оборудования, заполненного SF6 », который касается нормальной утечки. Те же данные исследования будут использованы для ситуаций высокого и среднего напряжения.
В последующих расчетах предполагается, что все SF6 в одном автоматическом выключателе внезапно исчезают, и снова предполагается, что коммутационная камера закрыта и что вентиляция не работает. (см. рисунок 1).
Таким образом, если бы весь SF6 выходил в коммутационную комнату, концентрация SOF 2 достигала бы 9, 0 ppmv, или примерно в 6 раз превышала бы TLV (пороговое предельное значение).
На практике внимание будет обращено на аномальную утечку с помощью детекторов пониженного давления, установленных на СВ. Обычно они работают примерно на 80% от нормального давления наполнения, и в этот момент времени только 20% доступного SF6 будет находиться в атмосфере, что приведет к концентрации SOF 2 1, 8 ppmv.
В случае аномальной утечки SF6 на подстанции среднего напряжения (см. Рис. 2), SOF 2, связанный с полным выходом SF6 из одного СВ, достигнет 17, 5 ppmv. Концентрация SOF 2 в распределительном шкафу при относительной потери давления 20% (обычно уровень тревоги) составит 3, 5 ppmv.
Исследование HV Case, условия и расчеты
Рисунок 1 - Аномальная утечка SF6 в подстанции высокого напряжения (145 кВ)
Изучение MV случая, условия и расчеты
Рисунок 2 - Аномальная утечка SF6 на подстанции среднего напряжения (12 кВ)
В обоих случаях выше значение порогового предела - TLV для SOF 2 (1, 6 ppmv) может быть превышено, но относительно небольшим фактором. В этих условиях воздействие на короткий период может представлять незначительный риск.
Острый, неприятный запах SOF 2 заметен из концентраций около 1 ppmv, и это будет означать, что для большинства людей внимание будет обращено сразу на концентрации, приближающиеся к TLV. Однако запах не рекомендуется в качестве метода обнаружения.
Вернуться к содержанию ↑
2. Внутренняя ошибка
Внутренняя неисправность может возникнуть, когда дуга сформирована аномально между основными проводниками элемента распределительного устройства или между основным проводником и заземленной проводящей частью. Такие разломы происходят очень редко. Аномальная дуга приводит к быстрому увеличению давления, которое может привести к удалению горячих газов и других материалов.
Несмотря на то, что внутренняя неисправность может возникнуть в любом высоковольтном корпусе, этот раздел касается внутренних неисправностей в корпусах, заполненных SF6.
Существует три возможности для таких ошибок:
- Внутренняя ошибка, которая не приводит к аномальному выбросу SF6. Это может произойти, когда энергия, подаваемая на неисправность, недостаточна, чтобы привести к прогоранию или сбросу давления в корпусе.
- Внутренняя ошибка, когда тепло от дуги приводит к тому, что стенка шкафа (обычно металлическая и образующая один дуговый электрод) плавится или испаряется так, что образуется отверстие. Этот тип неисправности связан в основном с высоковольтным оборудованием ГИС.
- Внутренняя ошибка, когда повышение давления внутри шкафа является достаточным для обеспечения работы устройств сброса давления. Это контролируется клапаном сброса давления или четко определенной зоной освобождения напряжения корпуса, что позволяет направлять горячий выхлоп.
Исследование HV Case, условия и расчеты
Рисунок 3 - Внутренняя неисправность внутренней ГИС подстанции высокого напряжения (145 кВ)
Риски для персонала, связанные с ошибками типов 2 и 3, будут рассмотрены здесь. Риски, связанные с использованием SF6, оцениваются на основе количества SOF 2, выброшенного в атмосферу.
Также рассматриваются потенциально опасные воздействия других токсичных паров, не связанных с использованием SF6. Видно, что эти другие побочные продукты, которые также присутствуют во время внутренней неисправности в любом типе оборудования, могут быть доминирующими факторами токсичности.
Сделаны следующие предположения:
- Для оборудования среднего напряжения, содержащего небольшие объемы SF6, предполагается, что большая часть газа выбрасывается из корпуса в течение 50 мс. Это предположение подтверждается измерениями давления, выполненными во время внутренних испытаний на отказ. Поэтому количество образовавшегося SOF 2 рассчитывается с использованием периода производства 50 мс.
- Для высоковольтного оборудования будет использоваться период производства SOF 2 в 100 мс, так как разрывы в высоковольтных системах обычно ограничены примерно 100 мс.
- Предполагается, что коммутационная комната закрыта для внешней среды.
- Эффекты адсорбентов, вероятно, будут незначительными в течение интересующего периода времени.
- Весь SOF 2, созданный во время сбоя, выдается в коммутационную комнату. (см. рис. 3 и 4).
Результаты показывают, что значительные концентрации SOF 2 могут генерироваться в коммутационном помещении. К сожалению, подробные токсикологические данные для SOF 2 недоступны, но известно, что крупные млекопитающие (кролики) могут выдерживать воздействие в течение одного часа при концентрациях до 500 ppmv.
Другие потенциально токсичные вещества образуются во время внутренней неисправности, включая пары металлов и пластика, и можно показать, что эти неизбежные продукты, которые не связаны с использованием SF6, могут доминировать, когда рассматривается общая токсичность атмосферы. Это относится к любому типу коммутационного устройства, заполненному SF6 или иным способом.
Если, например, во время сбоя сборной шины в окружающую среду с переменным напряжением выбрасывалось всего 10 граммов меди, концентрация (пренебрегая эффектами окисления) была бы (масса Cu / объем помещения) = 83 мг / м 3. TLV для паров меди составляет 0, 2 мг / м 3. Это означает, что концентрация паров меди может достигать 400 раз TLV.
Точно так же полное испарение всего 32 грамм ПВХ (эквивалентное изоляции от 1, 2 м стандартного провода 1 мм2) может привести к атмосферной концентрации в 100 раз TLV (2, 6 мг / м3) винилхлорида.
Поэтому можно сделать вывод о том, что при любой внутренней неисправности возникают коррозионные и / или токсичные пары, независимо от того, присутствует ли SF6. В тех случаях, когда эти пары попадают в атмосферу коммутатора, было показано, что не связанные с SF6 продукты, вероятно, будут доминирующими факторами общей токсичности.
Это еще больше усиливает мнение о том, что использование SF6 в распределительных устройствах существенно не увеличивает риски, связанные с внутренней неисправностью.
Вернуться к содержанию ↑
3. Внешний огонь
Пожары на наружных установках редко вызывают проблемы из-за относительного отсутствия воспламеняющихся материалов вблизи распределительного устройства. В помещениях, особенно в случае подстанций среднего напряжения, существует опасность возгорания вблизи распределительного устройства.
Исследования показали, что температура огня редко превышает 800 ° C, а температуры в области корпусов SF6, которые защищены металлической оболочкой, вероятно, будут намного ниже этого.
Выпуск SF6 вряд ли будет спровоцирован пожаром. Если это произойдет, средние температуры, вероятно, будут слишком низкими (поскольку SF6 будет быстро рассеиваться путем конвекции в более низкие температурные области), что приведет к значительному разложению, которое требует по меньшей мере 500 ° С. SF6 является негорючим и будет иметь эффект тушения.
Персонал, занимающийся борьбой с пожаром, будет надлежащим образом защищен мерами предосторожности, обычно используемыми против паров от сжигания пластмасс.
Изучение MV случая, условия и расчеты
Рисунок 4 - Внутренняя неисправность внутренней подстанции среднего напряжения (12 кВ)
Вернуться к содержанию ↑
Обнаружение утечки газа SF6 (VIDEO)
Видео показывает, как тепловизионная камера (GF306) обнаруживает утечку газа SF6.
SF6-детектор утечки (VIDEO)
Ссылка // Свойства SF6 и использование в распределительных устройствах MV и HV Д. Кох (Schneider Electric)