34 questions et réponses pour briser le mythe du gaz SF6 dans les équipements électriques

Gaz miracle ou pas?

Il existe de nombreuses discussions et rapports publiés sur divers aspects de la Gaz SF6 (hexafluorure de soufre) dans les équipements électriques. La plupart d'entre eux sont basés sur des faits et des recherches, mais certains ne le sont pas.

34 questions et réponses pour briser le mythe du gaz SF6 dans les équipements électriques

Essayons de répondre aux 34 questions et de briser le mythe de ce gaz «miracle».

Notez que la plupart des réponses sont basées sur CAPIEL (Comité de coordination des associations de fabricants d’appareillage de connexion électrique industriel dans l’Union européenne), recherche et normes IEC connexes ainsi que.

1. Où utilise-t-on le SF6?

Les applications suivantes sont connues. Pour certains d’entre eux, vous n’avez probablement pas entendu parler de cela.

• Pour l'isolation acoustique des fenêtres,
• Dans les pneus de véhicule,
• Pour la coulée de magnésium dans l'industrie automobile,
• En tant que moyen d’isolation et d’extinction d’arc dans les équipements électriques,
• Pour la fabrication de semi-conducteurs,
• Dans les accélérateurs de particules en tandem,
• Au microscope électronique,
• En tant que gaz traceur dans les mines,
• Dans le matériel d'examen à rayons X,
• En tant que gaz de purification et de protection pour le moulage de l'aluminium et du magnésium,
• Dans les chaussures de sport,
• Examens médicaux,
• Dans les systèmes de radar des avions militaires et autres applications militaires.

2. Le SF6 est-il dangereux pour la santé?

Le SF6 pur est physiologiquement totalement inoffensif pour les humains et les animaux. Il est même utilisé dans le diagnostic médical. En raison de son poids, il peut déplacer l'oxygène de l'air si de grandes quantités se concentrent dans des endroits plus profonds et non ventilés.

3. Le SF6 est-il nocif pour l'environnement?

Il n'a pas de potentiel écotoxique, il n'épuise pas l'ozone. En raison de son potentiel de réchauffement global élevé de 22.200 (*) il peut contribuer à l'effet de serre créé par l'homme s'il est rejeté dans l'atmosphère. Cependant, dans les appareillages électriques, le gaz SF6 est toujours utilisé dans des compartiments étanches aux gaz, minimisant grandement les fuites. Cela rend l'impact réel sur l'effet de serre négligeable.

_{(*) Selon le troisième rapport d'évaluation de la CCNUCC. La valeur acceptée précédemment était 23,900.}

4. Quelle est la contribution globale du SF6 utilisé dans l'équipement électrique à l'effet de serre?

Moins de 0,1% (voir CAPIEL) et CIGRE). Dans un Étude Ecofys la contribution à l'effet de serre en Europe est estimée à 0,05% (*)

_{(*) ECOFYS, Sina Wartmann, Jochen Harnisch, juin 2005, «Réduction des émissions de SF6 provenant des équipements à haute et moyenne tension en Europe».}

5. Quelle est l'ampleur de l'utilisation du SF6 dans les applications de commutation?

Le tableau isolé au SF6 est actuellement utilisé dans le monde entier. On estime qu’une moyenne de environ 80% de l'équipement HT fabriqué a maintenant une teneur en SF6.

6. Pourquoi le SF6 est-il utilisé dans les équipements électriques?

En raison de ses propriétés électriques, physiques et chimiques exceptionnelles, qui apportent des avantages significatifs au réseau de distribution d’électricité:

1. Il isole 2,5 fois mieux que l’air (N₂),
2. Une capacité d'extinction d'arc plus de 100 fois supérieure à celle de l'air (N₂), et
3. Meilleure dissipation de chaleur que l'air;

En outre, les études d’ACV ont prouvé quel'utilisation de la technologie SF6 dans les équipements de distribution électrique entraîne des impacts environnementaux globaux, directs et indirects, moins importants par rapport aux postes de commutation isolés dans l'air (*)

_{(*) Solvay Allemagne, 1999: Alimentation électrique urbaine utilisant la technologie SF6, Analyse du cycle de vie pour le compte d’ABB, PreussenElektra Netz, RWE Energie, Siemens, Solvay Fluor und Derivate}

7. Quels sont les avantages des appareils de commutation SF6 haute et moyenne tension?

Les avantages suivants sont nombreux:

Sécurité de l'opérateur local

1. Les appareillages de commutation isolés au SF6 apportent une contribution substantielle à la réduction du risque d'accident.
2. Le boîtier total de toutes les parties actives dans des boîtiers métalliques mis à la terre fournit une protection immanente contre les chocs électriques et minimise les risques associés aux erreurs humaines.
3. L'appareillage de commutation de haute qualité reste hermétiquement fermé pendant toute sa durée de vie.

Très haute fiabilité opérationnelle

1. Il offre une grande sécurité de fonctionnement car à l’intérieur des compartiments à gaz fermés, les conducteurs primaires sont parfaitement protégés contre tous les effets extérieurs.
2. L'utilisation minimale de produits synthétiques réduit la charge calorifique.
3. L’isolation au SF6 garantit une totale liberté deoxydation des contacts et des assemblages vissés, ce qui signifie qu’il n’ya pas de réduction progressive de la capacité de charge de l’appareil au cours du vieillissement.
4. Il n'y a pas de réduction de la capacité d'isolation due à des facteurs externes.

Contribution importante à la sécurité d'approvisionnement

La clôture totale signifie également que l'équipement est presque complètement indépendant de l'environnement. L'appareillage de commutation isolé au SF6 peut également être utilisé dans des conditions climatiques difficiles, par exemple:

1. Dans les zones humides avec des condensations fréquentes dues aux changements de température, et même dans les endroits potentiellement inondables.
2. Où la fiabilité de l'isolation pourraitsinon souffrent de contamination, par ex. poussière provenant de l'industrie ou de l'agriculture ou des dépôts salins dans les zones côtières. Le tableau à isolation gaz élimine complètement cette possibilité tout au long de la durée de vie d'une installation
3. Contrairement à l'isolation de l'air, dont l'isolationla capacité diminue à mesure que l'altitude augmente, le tableau isolé au SF6 conserve toute sa capacité d'isolation, quelle que soit sa hauteur au-dessus du niveau de la mer. Ainsi, les conceptions spéciales plus grandes et plus coûteuses, ou les équipements avec des niveaux d'isolation supérieurs - et donc plus coûteux - sont évités

Petit espace requis

1. En raison de la rigidité diélectrique élevée du gaz, le tableau est compact et l'encombrement minimisé.
2. L’excellente sécurité et le faible encombrement deLe tableau SF6 lui permet d’être situé directement dans les agglomérations urbaines et à proximité des centres de charge, tels que les centres-villes, les usines de fabrication industrielle et les zones commerciales.
3. Par conséquent, cela répond à l’un des principes fondamentauxl’essentiel de la distribution d’électricité, à savoir que les sous-stations doivent être placées aussi près que possible des centres de charge afin de minimiser les pertes de transport, de conserver les ressources et de minimiser les coûts.
4. Des économies importantes en coûts de construction, de terrains et de transport peuvent être réalisées tout au long de la chaîne de processus.
5. Dans plusieurs cas, le tableau SF6 est la seule solution possible: pour les éoliennes (offshore), dans les cavernes, pour les grands disjoncteurs d'alternateurs et pour l'extension des installations existantes.
6. Cela permet souvent d’utiliser les bâtiments existants lorsque le remplacement ou l’extension d’un appareillage de commutation pour répondre à la croissance de la charge est nécessaire.

Excellentes caractéristiques économiques et écologiques

1. Des avantages économiques distincts proviennent de:
   1. La longue durée de vie
   2. Dépenses d'entretien minimes grâce à des boîtiers étanches sans gaz et sans entretien
   3. Réduction des coûts pour les terrains, les bâtiments, les transports et mise en service
      
   4. Une fiabilité opérationnelle maximale comme condition préalable au contrôle à distance et à l'automatisation des réseaux électriques
2. Les avantages écologiques et économiques découlent:
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   1. Pertes de transmission minimales dues à l'installation d'équipements proches des centres de charge.
   2. La réduction de la consommation d'énergie primaire et des émissions contribue à l'optimisation économique des systèmes d'alimentation.
   3. Et la longue durée de vie des appareils de commutation au SF6 contribue également à la conservation des ressources.
3. Avantages esthétiques et écologiques pour les paysages ruraux et urbains:
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   1. Les installations SF6 étant compactes, il est nécessairemaintenance minimale, une disponibilité extraordinairement élevée et sont indépendants des impacts climatiques. Ils offrent non seulement des avantages écologiques et économiques majeurs, mais peuvent également s'intégrer de manière transparente dans tout paysage ou architecture de ville ou de campagne.
   2. Récupération des zones précédemment occupées par des sous-stations conventionnelles.

8. Y a-t-il une alternative à SF₆ en appareillage pour haute et moyenne tension?

Du point de vue de l'ACV, il n'existe aucune alternative viable sur les plans technique et économique, avec un ensemble équivalent de propriétés décrit ci-dessus et le même degré de sécurité et de fiabilité.

_{(*) CIGRE: Conseil international des grands systèmes électriques}

9. Quelles sont les différentes applications des équipements électriques utilisant du SF6?

Ce sont les applications les plus courantes où SF6 est utilisé:

1. GIS (Appareillage à isolation gazeuse pour moyenne et haute tension),
2. Disjoncteurs,
3. Transformateurs de puissance,
4. VT (transformateur de tension),
5. CT (transformateur de courant),
6. RMU (unité principale en anneau),
7. Assemblages d'appareils HT et GIL (lignes à isolation gazeuse),
8. Condensateurs etc.

10. Quelle est la différence entre les systèmes d'information géographique haute tension (HT) et moyenne tension (MT) concernant le SF6?

Fondamentalement, il n'y a pas de différence car les deuxles applications utilisent le SF6 dans des compartiments étanches aux gaz présentant des taux de fuite négligeables. En général, les systèmes MT (jusqu’à 52 kV) utilisent des pressions proches de la pression atmosphérique dans les systèmes à pression scellés. Une faible pression et une petite taille ne produisent que quelques kg de gaz. Le taux de fuite est extrêmement faible, moins de 0,1% par an.

11. Quels sont les principaux engagements des actions / accords volontaires des fabricants et des utilisateurs concernant la manipulation du SF6?

Les fabricants et les utilisateurs d’appareillage s’engagent tous deux à améliorer constamment la réduction des taux d’émission, ainsi qu’au suivi et à la production de rapports annuels.

12. Comment l'efficacité des actions volontaires est-elle vérifiée?

Les processus de production des appareillages MT et HTen Europe occidentale ont été améliorés afin de réduire les taux d’émission spécifiques d’environ deux tiers de 1995 à 2003. Ecofys (*) a déterminé pour la même période une réduction des émissions de 40%.

_{(*) ECOFYS, Sina Wartmann, Jochen Harnisch, juin 2005, «Réduction des émissions de SF6 provenant des équipements à haute et moyenne tension en Europe».}

13. Quelles sont les obligations de l’utilisateur pour la surveillance des données SF6 des tableaux de moyenne tension?

En ce qui concerne les systèmes de pression scellés (scellés à vie), les utilisateurs n'ont normalement pas besoin de surveiller ni de signaler les émissions.

14. Comment assure-t-on le traitement approprié en fin de vie des appareils de commutation au SF6?

Suivre les instructions internationalement reconnues (c.-à-d. Conformément à IEC 601634, CIGRE 2003 Guide de recyclage du SF6).

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15. Quelles sont les obligations de l’utilisateur lors de la mise hors service du tableau SF6?

Pour s’assurer que le SF6 est manipulé par une entité qualifiée ou par du personnel qualifié conformément au CEI 61634, paragraphe 4.3.1. et selon CEI 60480, paragraphe 10.3.1.

16. Comment le gaz SF6 utilisé est-il traité ou éliminé?

Il est normalement réutilisé après un filtrage approprié. Dans certains cas spéciaux, l'élimination du gaz est nécessaire.

17. Dans certains pays européens, des interdictions d'accès au commutateur SF6 ont été proposées. Où les interdictions légales sont-elles appliquées?

Il n'y a pas d'interdiction légale appliquée. Au cours des discussions politiques, il a été proposé de réduire l'utilisation de SF6 dans certaines applications, sans lien avec l'industrie électrique.

18. Peut-on utiliser le vide comme moyen d'isolation?

La technologie du vide est déjà utilisée à des fins de commutation dans la gamme MT. Dans le cas d'un petit volume, le vide peut être relativement facile à maintenir, ce qui est essentiel pour assurer la performance du dispositif de commutation.

19. Comment l'utilisateur peut-il superviser la qualité du SF6?

L'équipement MT scellé à vie ne nécessite pas de contrôles de qualité SF6. Pour d'autres équipements HT Annexe B de la CEI 60480 décrit différentes méthodes d'analyse applicables aux systèmes sous pression fermés (sur site et en laboratoire).

20. Qu'en est-il du processus de vieillissement du gaz SF6? Est-il nécessaire de reconstituer le gaz après environ 20 ans?

Il n’est généralement pas nécessaire car la qualité du gaz est conforme aux valeurs indiquées dans IEC 60480 Tableau 2 «Niveaux maximaux d'impuretés acceptables» (applicable pour les systèmes fermés à pression). Pour les équipements MT scellés à vie, aucun réapprovisionnement n'est nécessaire. En raison des qualités uniques du SF6 dans des conditions de fonctionnement normales, aucune dégradation ne se produit.

21. Quelle quantité de SF6 (quantifiée en kg) peut s'échapper en raison d'une fuite «normale»?

Cela dépend de la quantité de remplissage, qui dépend du calibre et de la conception de l'équipement (volume et pression). Pour le tableau HT, le facteur d’émission est compris entre environ 0,1% par an à 0,5% (0,5% par an est le taux de fuite maximum acceptable selon IEC 62271-203)

Pour les équipements MT scellés à vie, une plage inférieure à 0,1% par an est courante. Par exemple, une quantité de remplissage de 3 kg (RMU) entraîne une perte calculée de 3 g par an.

22. Quelle est la MAC (concentration maximale admissible dans l'environnement de travail) pour le SF6 pur dans la sous-station et quel est le degré de dangerosité du SF6 pur?

Il est généralement recommandé de maintenir la concentration maximale de SF6 dans l'environnement de travail inférieure à 1000 μl / l (*) C'est la valeur acceptée pour un horaire de travail à temps plein (8 h / jour, 5 jours / semaine). Cette valeur n'est pas liée à la toxicité, mais constitue une limite établie pour tous les gaz non toxiques qui ne sont pas normalement présents dans l'atmosphère.

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

23. Quels sont les produits de décomposition créés en cas de défauts d’arc interne et en quelles quantités?

Des sous-produits gazeux et poussiéreux seront générés. Voir CEI 60480, tableau 1 et / ou Rapport CIGRE Electra 1991 («Traitement du SF6 et de ses produits de décomposition dans les SIG», tableau 2 «Caractérisation sommaire des principaux produits de décomposition résultant de différentes sources»).

Les produits de décomposition dépendent du type d’équipement et de son historique d’entretien; les quantités dépendent de l'énergie (tension, courant, temps) et du type d'équipement.

24. Quel est le danger des produits de décomposition?

Voir CEI 61634, Annexe C: «Rejet de SF6 par les appareillages de commutation et de commande - Effets potentiels sur la santé».

25. Que faut-il faire après une défaillance d'arc dans le tableau?

Dans de tels cas accidentels, il faut être prudent. Si l’encapsulation a été endommagée, desdes composés présentant des caractéristiques toxiques peuvent être présents, générés non seulement par la décomposition de SF6, mais également par d'autres sources (peintures en feu, vapeurs de cuivre, etc.).

26. Un système de ventilation (passif ou actif) doit-il être installé dans la salle de l'appareillage ou dans le sous-sol du câble?

Les bâtiments contenant des équipements intérieurs remplis de SF6 devraient être ventilés; Une ventilation naturelle serait normalement suffisante pour empêcher l’accumulation de SF6 libéré par les fuites (voir CEI 61634, paragraphe 3.4: «Sécurité du personnel» et CEI 61936-1). Le type et l'étendue des mesures requises dépendent de l'emplacement de la pièce, de l'accessibilité et du rapport gaz / volume de la pièce.

27. Que dois-je faire lorsqu'une installation SIG est endommagée?

Par exemple, un trou foré dans l’encapsulation ou des dommages dus au transport tels qu’un panneau tombé et une résine coulée cassée) et du SF6 s’échappant ou lorsque mon système d’information géographique présente une fuite anormale?

Une action corrective appropriée devrait consister à traiter les fuites. Si l'équipement est en service et que les fuites sont importantes, il doit être désexcité, conformément aux directives de l’organisationprocédures opérationnelles. Les pertes de gaz doivent être minimisées en suivant les procédures de l'organisation et en utilisant les services / recommandations du fabricant ou de l'organisme de service qualifié, selon le cas.

L'intégrité technique de l'équipement seradoivent être vérifiés après un tel événement et que des mesures correctives appropriées ont été prises par le personnel autorisé avant de remplir à nouveau le matériel ou de le mettre en service.

28. Dans quelles conditions le gaz SF6 doit-il être remplacé dans un appareillage à isolation gazeuse?

Quels sont les paramètres à vérifier, par exemple (concentration, point de rosée, produits de décomposition) et quelles sont les limites acceptables correspondantes?

Normalement, le gaz reste jusqu'au démontage. Lors d'une opération de maintenance nécessitant l'évacuation du gaz, il convient de l'analyser. Des instructions sur la manière de procéder sont ensuite données dans IEC 60480.

29. Comment puis-je évacuer et remplir le système?

Voir IEC 61634, Rapport CIGRE 2004 («Instructions pratiques de manipulation du SF6»). Veuillez également vous référer à la manuel d'instruction de votre équipement.

30. Combien de gaz SF6 y a-t-il dans mon appareillage? Où puis-je trouver cette information?

Sur la plaque signalétique ou dans le manuel d'utilisation. Pour les équipements plus anciens, veuillez contacter votre fabricant.

31. Le SF6 doit-il être éliminé lorsqu'il est humide?

Non, il est possible de sécher le gaz; l'humidité peut être réduite à des niveaux acceptables par adsorption; matériel tel que alumine, chaux sodée, tamis moléculaires ou mélanges ceux-ci conviennent à cette fin (voir aussi CEI 61634, annexe B.3: “Mesures visant à éliminer les produits de décomposition du SF6”). Des niveaux d'humidité maximum tolérables pour la réutilisation peuvent être pris de CEI 60480, Annexe A.

32. Que dois-je faire lorsque je suis entré en contact avec du SF6 décomposé?

Voir CEI 61634, Annexe E: «Recommandations générales de sécurité, équipement pourprotection personnelle et premiers secours ». Normalement, seul le personnel formé et qualifié devrait traiter ce problème et donc connaître les précautions et actions nécessaires.

33. Quels aspects de l'environnement et de la sécurité au travail doivent être pris en compte?

Voir CEI 61634 [8], article 4: «Traitement du SF6 usagé».

La nécessité de manipuler le SF6 utilisé se pose dans les cas suivants:

1. Le remplissage du SF6 dans les systèmes à pression fermés est effectué;
2. Le gaz doit être retiré de l'enceinte pour permettre la maintenance, la réparation ou l'extension.
3. Le gaz a été totalement ou partiellement expulsé en raison d'un dégagement anormal.
4. Le gaz doit être éliminé à la fin de la vie d'un équipement.
5. Des échantillons de gaz doivent être obtenus ou la pression de gaz mesurée par une connexion temporelle d'appareils de mesure.

Les situations 1 et 1 concernent principalement:équipements à haute tension et peut survenir avec des équipements SIG à moyenne tension, en particulier s’il est nécessaire d’ajouter des équipements supplémentaires à un tableau existant. Ils ne surviennent pas avec des équipements utilisant des systèmes de pression scellés.

34. Que faut-il observer lors du nettoyage de la salle de l'appareillage après un défaut interne d'émission de gaz décomposé?

Voir CEI 61634, paragraphes 5.3 / 5.3.3:

Déversement anormal dû à un défaut interne (Installations intérieures »et exigences nationales.)

Un défaut interne se produit lorsqu'un arc anormal est initié à l'intérieur d'un boîtier d'appareillage de commutation.

Dans certains types d’équipement, notammentTableaux de moyenne tension sous enveloppe métallique, l'isolation de l'air est utilisée pour les barres entre les cellules et autour des connexions de câbles et le SF6 n'est présent que dans les chambres de commutation. Dans ce cas, un défaut interne pourrait se produire à l'intérieur du tableau mais à l'extérieur de la chambre de commutation, empêchant ainsi la libération de SF6.

Un défaut interne est un événement très rare mais ne peut pas être totalement ignoré.

Un défaut interne entraînera une augmentation depression à l'intérieur de l'enceinte, dont les effets dépendront des circonstances. L'augmentation de la pression est causée par le transfert de l'énergie électrique de l'arc dans le gaz. L'augmentation de la pression dépendra de la valeur du courant d'arc, de la tension de l'arc, de la durée de l'arc et du volume de l'enceinte dans laquelle l'arc s'est développé.</ p>

Suite à un défaut interne entraînant une décharge de pression ou une brûlure de l'enceinte, le SF6 et la plupart des produits de décomposition solides (poudres) auront été expulsés de l'enceinte de SF6.

Références:

• CAPIEL (Comité de coordination des associations de fabricants d’appareillage de connexion électrique industriel dans l’Union européenne) - Foire aux questions (FAQ) et réponses sur le SF6
• IEC 61634 Appareillage à haute tension - Utilisation et manipulation de l'hexafluorure de soufre (SF6) dans l'appareillage à haute tension
• IEC 60480 Lignes directrices pour le contrôle et le traitement de l'hexafluorure de soufre (SF6) extrait du matériel électrique et spécification pour sa réutilisation