Безопасность и экологичность изоляции распределительного оборудования

Целью настоящей статьи является освещение потенциальных опасностей для персонала и окружающей среды, связанных с тем же самым оборудованием, но не находящимся под напряжением. Статья концентрируется на коммутационном и распределительном оборудовании на напряжения свыше 1000 В.

Резюме

            Риски, связанные с выполнение обслуживания электрического оборудования, находящегося под напряжением, давно являются предметом большого количества публикаций. Они также вызвали появление большого количества новых продуктов, нацеленных на снижение последствий этих рисков. Целью настоящей статьи является освещение потенциальных опасностей для персонала и окружающей среды, связанных с тем же самым оборудованием, но когда оно не находится под напряжением. Статья концентрируется на коммутационном оборудовании и выключателях, используемых при напряжении свыше 1000 В.
Особое внимание уделяется персоналу, осуществляющему обслуживание, вывод из эксплуатации, переоснащение, или чистку после катастрофических отказов данного оборудования.

            Ключевые слова:  асбест, элегеаз, гексафторид серы, масло, ПХД, полихлордифенил, обслуживание, КРУЭ

            Гексафторид серы (SF6, элегаз)

Элегаз представляет собой бесцветный, невоспламеняющийся, нетоксичный газ, не разрушающий озоновый слой. Его применение в электрической промышленности в США, в основном, было связано с выключателями, используемыми при напряжении свыше 38 кВ. В этой области элегаз заменил применявшиеся ранее полихлордифенилы (ПХД)  [4] [6]. Элегаз обладает превосходными диэлектрическими характеристиками. У него высокая теплопроводность, и способность к "самовосстановлению", или регенерации после прерывания электрической дуги. Все это позволило конструкторам использовать элегаз как для прерывания дуги, так и для изоляции высоковольтных выключателей [9]. Однако в последние годы, оборудование данного класса начало использоваться в США в области более низких напряжений, в виде комплексных распределительных устройств с элегазовой изоляцией (КРУЭ). В этих устройствах элегаз применяется для системы изоляции, а для прерывания электрической дуги используются вакуумные прерыватели.
Описанные выше свойства SF6а, на первый взгляд, не должны вызывать угрозы безопасности персоналу, что обычно и имеет место, когда элегаз находится в чистом состоянии. Рекламирование SF6, как нетоксичного газа может ввести в заблуждение пользователей, которые не будут представлять себе возможного риска во время работы системы. Особенно это касается работ по очистке, проводимых после отказов, связанных с ударами молнии или отказом внутреннего оборудования.
Когда газ SF6 подвергается воздействию электрической дуги, могут выделяться токсичные побочные продукты. Самым худшим вариантом является воздействие дуги в присутствии влажности. Катастрофический отказ электрического оборудования предоставляет большую возможность для образования токсичных побочных продуктов. Аналогичное, хотя и менее токсичное воздействие, может произойти при демонтаже и утилизации выключателей, использовавших элегаз в качестве среды прерывания дуги. Элегазовые выключатели и продукты, в которых применяется элегазовая изоляция, используют поглотители влаги, впитывающие любую влагу, попадающую в камеру, содержащую SF6. Но, если уровень влажности превышает поглощающую способность поглотителя влаги, то в процессе нормального прерывания дуги возможно образование токсичных побочных продуктов. Аналогичные последствия может вызвать излишняя влага, попавшая в камеру с SF6 во время работ, связанных с обслуживанием оборудования.
Побочные продукты SF6, подвергшегося воздействию электрической дуги, проявляются в виде газов, или в виде белой порошкообразной субстанции. Некоторые из побочных продуктов показаны в Таблице 1.

Таблица 1. Газообразные побочные продукты распада SF6 и их типичная концентрация при повторном искрении

В результате воздействия приведенных выше соединений на организм человека, возможны появления  раздражений глаз, кожи, носа и горла, отека легких, бронхитов, и других повреждений легких. Концентрированный раствор фтороводорода (HF) может вызвать тяжелые, глубокие и уродливые ожоги. Попадание фтороводорода внутрь организма может вызвать аритмию, и привести к смертельному исходу [11].
В США, во время ремонта электрического оборудования, шестеро рабочих подверглись воздействию побочных продуктов элегаза (Kraut и Lilis 1990). Рабочие испытали такие симптомы, как жжение в глазах и слезотечение, раздражение в носу и кровотечение, раздражение в горле, тяжесть в груди, одышку, учащенное дыхание, кашель (в одном случае, с кровью) тошноту и рвоту, слабость и головные боли. Большинство симптомов проявились в течение недели после того, как люди подверглись воздействию побочных продуктов распада элегаза. У некоторых рабочих эти симптомы сохранялись в течение месяца, а в одном случае - в течение года. Никаких долговременных последствий не наблюдалось. Химический анализ места работы квалифицированно идентифицировал присутствие соединения SF4 [12].
В Великобритании, двое рабочих потеряли сознание после того, как вошли в хранилище SF6 (James и др. 1993). Один из этих рабочих в течение трех дней после этого страдал отеком легких. Ни у одного из рабочих не были отмечены долговременные последствия этого инцидента. Сразу после инцидента, проведенные замеры показали, что уровни SF6 и SO2F2 превышали допустимые пределы профессионального воздействия. [12].
В Нидерландах в 1989 году сообщалось об инциденте, в который были вовлечены два человека, подвергшихся воздействию неизвестного соединения в результате отказа коммутационного оборудования, содержащего элегаз (Mauthe и Pettersson 1991). После отказа было обнаружено небольшие количество белой пудры (вероятно, твердые фториды металла). Оба рабочих восстановили здоровье в течение двух недель [12].
О случае серьезной травмы сообщалось в материалах СИГРЭ. Электрик, проводивший ремонт элегазового выключателя, подвергся воздействию продуктов распада SF6, в результате его утечки из  оборудования (Mauthe и Pettersson 1991). Этот рабочий потерял сознание, и пришел в себя с ощущение жжения в груди. В результате, теперь у него объем легких уменьшен на 45%. [12]. (СИГРЭ сообщает, что если бы кислородная маска была применена сразу, то вред для здоровья был бы значительно снижен.)
На основе вышесказанного, очевидно, что проведение очистки после отказов оборудования требует наличия соответствующих средств индивидуальной защиты. Было бы благоразумно использовать эти средства в качестве меры профилактики для защиты персонала от опасных рисков. Ряд фирм, работающих по контракту, имеют дело именно с такими ситуациями, и поэтому следует обращаться к ним, вместо того, чтобы готовить свой персонал для работы в таких условиях.
Продукты, в которых применяется элегаз, имеют сигнализацию и блокировку, когда обнаруживается пониженный уровень давления элегаза. Операторам должно запрещаться отключать эти средства безопасности.
Поскольку элегаз тяжелее воздуха, то утечка может накапливаться в более низких местах, например, под полом, или в подвальных помещениях, вытесняя при этом пригодный для дыхания воздух. Персонал  должен избегать контактов элегаза с источниками тепла, такими как сигареты, работающие двигатели, обогреватели и т.п. Это может привести к распаду SF6 на токсические компоненты, такие как фтороводород.
Помимо опасностей для персонала, представляемых элегазом, подвергшимся воздействию электрической дуги, даже чистый газ SF6 может быть опасным для окружающей среды. Хотя он нетоксичен, и не разрушает озон, он, по оценке агентства США по защите окружающей среды, является наиболее сильным парниковым газом. Парниковые газы не разрушают озоновый слой, но они удерживают тепло Земли, оказывая влияние на глобальное изменение климата. Имея потенциал содействия глобальному потеплению в 23900 раз больше, чем у СО2, и сохраняясь в атмосфере в течение 3200 лет, один фунт (450 г) элегаза оказывает такое же влияние на глобальное потепление, что и 11 тонн CO2. Ответственное отношение к сохранности окружающей среды требует, чтобы выпуск элегаза в атмосферу сводился к минимуму. Этого возможно достичь при использовании разумной операционной практики и специализированного оборудования. По этой причине, продолжающаяся практика "выпуска" SF6 не является ответственной. Источники утечек должны быстро идентифицироваться и устраняться. И опять же, если в организации не осуществляется частой утилизации оборудования, использующего SF6, то разумно обратиться к специализированной службе, предоставляющей такие услуги.
Элегазовые выключатели и КРУЭ исторически утилизировались электрическими компаниями, проводившими наружное размещение высоковольтного оборудования. Благодаря качеству имеющегося в их распоряжении оборудования, они имеют возможность разработать разумные операционные процедуры, позволяющие безопасно иметь дело с элегазовым оборудованием. Электрические компании регулярно сталкиваются с обнаружением утечек элегазовых выключателей. Допускается рассеивание токсических побочных продуктов размещенного на улице оборудования в окружающую среду после катастрофических отказов. Но в последнее время варианты такого оборудования для установки в помещения, и используемые для более низкого напряжения стали поступать в распоряжения не специализированных организаций.