Элегазовые выключатели распредустройств высокого напряжения - Использование и обращение с элегазом

2.4.ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И ОБРАЩЕНИЕ С ЭЛЕГАЗОМ В КОММУТАЦИОННОМ ОБОРУДОВАНИИ

2.4.1 Заполнение новым элегазом

Новый газ SF6 поставляется в баллонах в жидком виде. Давление SF6 составляет примерно 22 атмосферы по манометру. Новый газ должен соответствовать стандарту Международной электротехнической комиссии МЭК 376, который определяет пределы концентраций примесей.
С новым газом можно обращаться на открытом воздухе без каких-либо специальных средств защиты. При работе в закрытом помещении с новым газом SF6 необходимо учитывать следующее:

1. предельное пороговое значение TLV для нового газа SF6 равняется 6000 мг/м3, что означает, что рабочие могут находиться в среде с концентрацией газа до этого уровня в течение восьми часов в день, хоть раз в неделю. TLV не является показателем потенциальной токсичности, скорее это значение, присваиваемое газам, которых нет в атмосфере при нормальных условиях;
2. температура выше 500 °С или наличие некоторых металлов при температуре выше 200 °С вызывают распад SF6. При пороговых температурах этот распад может протекать очень медленно. Поэтому не рекомендуется курить, использовать открытый огонь, электросварку (кроме как в нейтральной атмосфере) или другие источники тепла, которые могут вызывать такие значения температуры в местах, где в атмосфере может присутствовать газ SF6;
3. необходимо соблюдать обычные меры предосторожности при работе с баллонами со сжатым воздухом. Например, внезапный выпуск сжатого газа создаёт низкие температуры, которые могут вызвать быстрое замораживание. Обслуживающий персонал, работающий с таким оборудованием, должен использовать теплоизолирующие перчатки;
4. если оборудование необходимо заполнить новым газом SF6, необходимо следовать инструкциям изготовителя в следующем порядке:

- убедиться в надлежащем качестве газа SF6 в оборудовании;
-  устранить любой риск создания чрезмерного давления в заполненном корпусе.
Кроме того, необходимо избегать утечки газа SF6 в атмосферу во время заполнения оборудования.

2.4.2 Обслуживание элегазового оборудования

Герметичное оборудование среднего напряжения не требует обслуживания частей, находящихся внутри элегазовых выключателей.
Однако для некоторых конструкций КРУЭ среднего напряжения может потребоваться обслуживание, а для большинства выключателей среднего напряжения обслуживание должно осуществляться на периодической основе.
Расширение распределительного щита КРУЭ как среднего, так и высокого напряжения может потребовать удаления SF6. Для предоставления информации по безопасным методам работы в данных условиях существует много местных строительных норм и правил, а также рекомендации производителя.
Остановимся лишь на общих руководящих принципах:

1. при удалении газа SF6, который может содержать продукты распада, необходимо соблюдать осторожность. Газ не следует выпускать внутри помещения, его необходимо собрать в резервуар для хранения. Необходимо соблюдать осторожность, чтобы не вдохнуть газ SF6, выпускаемый из оборудования. Если это невозможно, необходимо использовать респиратор. Респиратор должен быть оснащён фильтром, который удаляет газы;
2. корпуса необходимо откачать, чтобы удалить как можно больше остаточного газа SF6. В некоторых случаях рекомендуется продуть корпус сухим воздухом или азотом перед его вскрытием;
3. в любом случае, обслуживающий персонал должен знать о присутствии остаточного газа SF6 при первом открытии корпуса и использовать респираторы (вентиляция рабочей зоны должна быть надлежащей, чтобы быстро удалить любой газ, выпущенный из корпуса в рабочую зону);
4. металлические порошки фторида более химически активны во влажной среде, поэтому они должны быть в сухом состоянии до и во время их удаления (мелкие пылинки могут оставаться в воздухе в течение долгого времени, в таком случае необходимо пользоваться респираторами с сублимированными фильтрами; особое внимание необходимо уделить защите глаз);
5. компоненты, металлические порошки фторида и адсорбенты, извлечённые из рабочего оборудования, необходимо упаковать в герметичные контейнеры для их последующей нейтрализации.

2.4.3 Окончание срока службы элегазового оборудования

Для элегазового оборудования, снятого с эксплуатации, может потребоваться нейтрализация продуктов распада, оставшихся после удаления газа SF6. Для защиты окружающей среды SF6 необходимо удалить и не выпускать в атмосферу. Необходимость нейтрализации зависит от уровня распада; ожидаемые уровни распада приведены в табл. 2.4.
2.4. Ожидаемые уровни распада SF6 для различных типов оборудования

Остановимся на общем описании процедуры нейтрализации.
Перед утилизацией оборудования SF6 необходимо извлечь для повторного использования. Оборудование затем необходимо обработать в соответствии с нормами для ожидаемого уровня распада. После обработки оборудование можно утилизировать как обычные отходы (с соблюдением инструкций), либо подвергнуть восстановлению, чтобы извлечь металлы. Растворы, используемые в процессе нейтрализации, можно утилизировать как обычные отходы.
При малом распаде специальных действий не потребуется.
При среднем и высоком распаде внутренние поверхности газовых корпусов необходимо нейтрализовать с помощью раствора гашёной извести (гидроксид кальция) - 1 кг извести на 100 л воды. Обрабатываемый корпус необходимо, по возможности, заполнить раствором извести на 8 ч, а затем опорожнить корпус. Если корпус впоследствии необходимо снова использовать, его следует сначала промыть чистой водой.
Большие корпуса, которые сложно заполнить, можно очистить с помощью пылесоса, оборудованного фильтрами для нейтрализации различных веществ в отдельности. Внутренние поверхности необходимо затем промыть раствором извести, который следует оставить на месте в течение, по крайней мере, одного часа, а затем промыть чистой водой.

2.4.3 Нештатные ситуации

Рассмотрим возможные нештатные ситуации, возникающие, правда, очень редко, которые могут привести к неконтролируемому выпуску газа SF6, и оценки при этом риска для обслуживающего персонала. К ним относятся следующие:

1. нештатная утечка газа вследствие разгерметизации корпуса, в котором содержится газ SF6;
2. внутреннее короткое замыкание - следствие неконтролируемого образования дуги в корпусе, в котором содержится газ SF6;
3. внешнее возгорание, приводящее в нештатной утечке.

Проанализируем указанные нештатные ситуации.
Нештатная утечка. Метод оценки риска схож с методом, который относится к обычной утечке. Пусть утечка всего газа SF6 в одном из выключателей произошла внезапно, помещение подстанции герметичное, а вентиляция не работает. В этом случае концентрация продукта распада SOF2 достигла бы 54,0 мг/м3, т.е. приблизительно в 6 раз больше предельного порогового значения TLV. Однако на практике выключатели снабжены датчиками снижения давления, которые срабатывают при падении давления до 80 % от величины нормального давления заполнения. Тогда только 20 % газа SF6 попадает в объём подстанции, вследствие чего концентрация SOF2 становится равной 10,8 мг/м3. Следовательно, TLV для SOF2 (9,6 мг/м3) может быть превышено, но незначительно. При этих обстоятельствах воздействие в течение короткого времени представляет незначительный риск. Острый неприятный запах SOF2 можно почувствовать при концентрации приблизительно 6 мг/м3, и это означает, что большинство людей немедленно почувствует присутствие газа при концентрациях, приближающихся к TL V.  Однако для того, чтобы определить наличие газа, воздух вдыхать не рекомендуется.
Внутреннее короткое замыкание может произойти, если дуга неправильно образовалась между главными контактами коммутационного устройства или между главным контактом и заземлением. Такие замыкания происходят очень редко.
Неправильное образование дуги приводит к быстрому увеличению давления, что может привести к выбросу горячих газов и других продуктов распада. Существуют три возможные причины возникновения таких замыканий:

1. внутреннее короткое замыкание, которое не приводит к нештатному выбросу газа SF6. Это может произойти, если энергия, обусловленная коротким замыканием, недостаточна для того, чтобы вызвать возгорание или срабатывание предохранительного клапана (устройства разгрузки давления);
2. внутреннее короткое замыкание, при котором энергия дуги приводит к расплавлению стенки (обычно металлической, образующей один электрод дуги) или её испарению, в результате чего в ней образуется отверстие. Этот тип замыкания относится главным образом к КРУЭ высокого напряжения;
3. внутреннее короткое замыкание, при котором повышение давления в корпусе достаточно для срабатывания устройства разгрузки давления. Этот процесс управляется перепускным клапаном или происходит разрушение специально ослабленной области корпуса, что приводит к направленному выбросу горячего газа.

Рассмотрим риск для обслуживающего персонала при замыканиях типа 2 и 3. Риск, связанный с использованием SF6, оценивается на основании количества выпускаемого в атмосферу газа SOF2. Кроме того, будем учитывать вредное воздействие других ядовитых паров, не связанных с использованием элегаза. Такие пары могут образовываться при внутреннем коротком замыкании в оборудовании любого типа и вносить основной вклад в токсичность атмосферы.
При этом делаются следующие предположения:
- для оборудования среднего напряжения, содержащего небольшой объем SF6, и предполагается, что большая часть газа выпускается из корпуса за 50 мс. Данное предположение основано на измерениях давления, сделанных во время испытаний на внутреннее короткое замыкание. Количество образованного SOF2 рассчитывается за период 50 мс;
- для оборудования высокого напряжения будет использоваться период образования SOF2, равный 100 мс, так как длительность короткого замыкания в системах высокого напряжения обычно ограничивается приблизительно 100 мс;
- предполагается, что помещение подстанции изолировано от внешней окружающей среды;
- воздействие адсорбентов, вероятно, будет незначительным в пределах интересующего периода времени;
- весь SOF2, образованный при коротком замыкании, выпускается в помещение (см. табл. 2.5 и 2.6).

1. Внутреннее короткое замыкание внутри помещения подстанции КРУЭ высокого напряжения (110__ 150 кВ)

1. Внутреннее короткое замыкание внутри помещения подстанции среднего напряжения (10 кВ)

Результаты показывают, что в пределах помещения могут быть образованы существенные концентрации SOF2. Подробные токсикологические данные для SOF2, к сожалению, недоступны, но известно, что большие млекопитающие (кролики) могут выдерживать его воздействие в течение одного часа при концентрациях до 3000 мг/м3 (стандарт МЭК 1834 — 1995).
Другие потенциально ядовитые вещества также образуются при внутреннем коротком замыкании, включая пары металлов и пластмассы элементов выключателя. Эти неизбежные продукты, которые не связаны с использованием SF6, могут доминировать, если рассматривать полную токсичность атмосферы.
Это относится к любому типу коммутационного оборудования, в том числе и к элегазовому (стандарт МЭК 1634-1995).
Например, при коротком замыкании ошиновки испарятся только 10 г меди в атмосферу используемого в примере помещения, концентрация (пренебрегая эффектами окисления) будет равна (масса меди/объём помещения) 83 мг/м3. TLV для паров меди составляет 0,2 мг/м3. Это означает, что концентрация паров меди может достигнуть значения в 400 раз превышающего пороговое значение TL V
Аналогично, полное испарение только 32 г поливинилхлорида (эквивалент изоляции 1,2 м стандартного провода сечением 1 мм2) может привести к концентрации винилхлорида в атмосфере, превышающей TLVв 100 раз (2,6 мг/ м3).
Таким образом, можно сделать вывод, что при любом внутреннем коротком замыкании коррозийные и/или токсичные пары образуются вне зависимости от того, присутствует газ SF6 или нет. В случаях, когда эти пары попадают в атмосферу помещения подстанции, продукты, не связанные с газом SF6, будут наверняка иметь доминирующий вклад в общую токсичность. Это дополнительно говорит в пользу того, что использование газа SF6 в коммутационном оборудовании не приводит к существенному увеличению риска, связанного с образованием внутреннего короткого замыкания.
Внешнее возгорание. Возгорание на открытом воздухе редко создаёт проблемы вследствие относительного отсутствия огнеопасного материала рядом с коммутационным оборудованием. Для оборудования внутри помещения, особенно для подстанций среднего напряжения, существует большой риск возгорания рядом с коммутационным оборудованием.
Исследования показали, что температура возгорания редко превышает 800 °С, а температура рядом с корпусами элегазового оборудования, защищённого металлической наружной обшивкой, наверняка будет намного ниже этого значения.
Очень маловероятно, чтобы выброс SF6 был вызван возгоранием. Если возгорание всё же произошло, средние температуры, вероятно, будут слишком низкими (так как SF6 будет быстро рассеян посредством конвекции в области с меньшими температурами), чтобы привести к существенному распаду, для которого требуется температура не менее 500 °С. SF6 не воспламеняется и будет гасить возгорание.
Рабочие, участвующие в борьбе с пожаром, должны использовать соответствующее снаряжение для защиты от паров горящей пластмассы.

2.4.5 Элегаз и окружающая среда

Вещества, загрязняющие атмосферу, образующиеся в результате деятельности человека, делятся на две категории в соответствии с воздействием, оказываемым ими:
- истощение стратосферного озона (дыры в озоновом слое);
- глобальное потепление (парниковый эффект).
Элегаз незначительно влияет на истощение стратосферного озона, так как не содержит хлор, являющийся главным реагентом в катализе озона, ни на парниковый эффект, поскольку количества его, присутствующие в атмосфере, являются незначительными (МЭК 1634 (1995)).
Применение элегаза SF6 в коммутационном оборудовании для всех условий эксплуатации дало преимущества, выраженные в производительности, размере, массе, общих затратах и надежности. Стоимость покупки и эксплуатации, в которую входят затраты на обслуживание, могут быть значительно ниже затрат для коммутационного оборудования старого типа.
Многолетний опыт эксплуатации показывает, что SF6 не представляет ни обслуживающему персоналу, ни окружающей среде какой-либо опасности при соблюдении элементарных правил обращения и эксплуатации элегазового оборудования.