34 Domande e risposte per rompere il mito sul gas SF6 nelle apparecchiature elettriche

Gas miracoloso o no?

Ci sono molte discussioni e rapporti pubblicati su vari aspetti di Gas SF6 (esafluoruro di zolfo) utilizzo in apparecchiature elettriche. Molti di questi sono basati su fatti e ricerche, ma altri no.

34 Domande e risposte per rompere il mito sul gas SF6 nelle apparecchiature elettriche

Proviamo a rispondere alle 34 domande e rompiamo il mito su questo gas "miracoloso".

Si noti che la maggior parte delle risposte sono basate su CAPIEL (Comitato di coordinamento per le associazioni di produttori di apparecchiature elettriche industriali di comando e controllo nell'Unione europea), ricerche e norme IEC correlate anche.

1. Dove si usa SF6?

Sono note le seguenti applicazioni. Per alcuni di questi molto probabilmente non hai sentito parlare.

• Per l'isolamento acustico in Windows,
• Nei pneumatici dei veicoli,
• Per la colata di magnesio nell'industria automobilistica,
• Come mezzo isolante e antincendio nelle apparecchiature elettriche,
• Per la produzione di semiconduttori,
• Negli acceleratori di particelle tandem,
• Nei microscopi elettronici,
• Come gas tracciante nel settore minerario,
• Nelle apparecchiature per l'esame dei materiali a raggi X,
• Come gas di purificazione e protezione per fusione di alluminio e magnesio,
• Nelle scarpe sportive,
• Esami medici,
• Nei sistemi radar degli aerei militari e in altre applicazioni militari.

2. L'SF6 è pericoloso per la salute?

SF6 puro è fisiologicamente completamente innocuo per uomini e animali. È persino usato nella diagnostica medica. A causa del suo peso potrebbe spostare l'ossigeno nell'aria, se grandi quantità si stanno concentrando in luoghi più profondi e non ventilati.

3. SF6 è dannoso per l'ambiente?

Non ha potenziale ecotossico, non esaurisce l'ozono. A causa del suo elevato potenziale di riscaldamento globale di 22.200 (*) può contribuire all'effetto serra prodotto dall'uomo, se viene rilasciato nell'atmosfera. Tuttavia nei quadri elettrici il gas SF6 viene sempre utilizzato in compartimenti a tenuta stagna, riducendo al minimo le perdite. Ciò rende il reale impatto sull'effetto serra trascurabile.

_{(*) Secondo il terzo rapporto di valutazione dell'UNFCCC. Il precedente valore accettato era 23.900}

4. Qual è il contributo complessivo dell'SF6 utilizzato nelle apparecchiature elettriche all'effetto serra?

Meno dello 0,1% (vedi CAPIEL) e CIGRE). In un Studio Ecofys il contributo all'effetto serra in Europa è stimato a 0,05% (*).

_{(*) ECOFYS, Sina Wartmann, Dr. Jochen Harnisch, giugno 2005, "Riduzione delle emissioni di SF6 da apparecchiature ad alta e media tensione in Europa"}

5. Quanto è ampio l'uso di SF6 nelle applicazioni di trasmissione e distribuzione?

Il quadro isolato SF6 è attualmente utilizzato in tutto il mondo. Si stima che una media di circa l'80% delle apparecchiature HV prodotto ora ha un contenuto di SF6.

6. Perché l'SF6 è utilizzato nelle apparecchiature elettriche?

Per le sue eccezionali proprietà elettriche, fisiche e chimiche che consentono vantaggi significativi per la rete di alimentazione elettrica:

1. Isola 2,5 volte meglio dell'aria (N₂),
2. Capacità di spegnimento dell'arco superiore a 100 volte superiore a quella dell'aria (N₂), e
3. Migliore dissipazione del calore rispetto all'aria;

Oltre a questo, gli studi LCA lo hanno dimostratol'uso della tecnologia SF6 nelle apparecchiature di distribuzione elettrica di distribuzione si traduce in minori impatti ambientali diretti e indiretti inferiori rispetto ai quadri elettrici isolati dall'aria (*)

_{(*) Solvay Germania, 1999: fornitura di energia urbana con tecnologia SF6, valutazione del ciclo di vita per conto di ABB, PreussenElektra Netz, RWE Energie, Siemens, Solvay Fluor und Derivate}

7. Quali sono i vantaggi dei quadri ad alta e media tensione SF6?

C'è un numero significativo di benefici, come segue:

Sicurezza dell'operatore locale

1. I quadri isolati in SF6 contribuiscono in modo sostanziale a ridurre il rischio di incidenti.
2. L'involucro totale di tutte le parti attive in custodie metalliche messe a terra fornisce una protezione immanente contro le scosse elettriche e riduce al minimo i rischi associati agli errori umani
3. Il quadro di alta qualità rimane ermeticamente sigillato per tutta la sua durata.

Altissima affidabilità operativa

1. Offre una grande affidabilità operativa poiché all'interno dei compartimenti del gas chiusi i conduttori principali hanno una protezione completa contro tutti gli effetti esterni.
2. L'uso minimo di materiali sintetici riduce il carico d'incendio.
3. L'isolamento SF6 garantisce completa libertà daossidazione per i contatti e giunti a vite, il che significa che non vi è alcuna riduzione graduale della capacità di carico corrente dell'attrezzatura con l'invecchiamento.
4. Non c'è riduzione della capacità di isolamento a causa di fattori esterni.

Contributo importante alla sicurezza dell'approvvigionamento

La recinzione totale significa anche questo l'attrezzatura è quasi completamente indipendente dall'ambiente. I quadri isolati in SF6 possono essere utilizzati anche in condizioni climatiche difficili, ad esempio:

1. In aree umide con frequenti condensazioni dovute a sbalzi di temperatura e persino in luoghi con potenziale di allagamento.
2. Dove potrebbe essere l'affidabilità dell'isolamentoaltrimenti soffre di contaminazione, ad es. polvere da industria o agricoltura o depositi salini nelle zone costiere. I quadri isolati a gas eliminano completamente questa possibilità durante l'intera vita di servizio di un'installazione
3. In contrasto con l'isolamento dell'aria, il cui isolamentola capacità si riduce con l'aumentare dell'altitudine, i quadri isolati in SF6 mantengono la piena capacità isolante indipendentemente dall'altezza sul livello del mare. Si evitano così progettazioni speciali più grandi e costose, o attrezzature con più alto grado di isolamento - e quindi più costose

Piccolo spazio

1. A causa dell'elevata rigidità dielettrica del gas, il quadro è compatto e gli ingombri ridotti sono ridotti al minimo.
2. L'eccellente sicurezza e il minimo ingombro diIl quadro SF6 consente di collocarlo direttamente in agglomerati urbani e vicino a centri di carico, come centri cittadini, impianti di produzione industriale e aree commerciali.
3. Pertanto, questo soddisfa uno dei fondamentalielementi essenziali della distribuzione elettrica, ovvero che le sottostazioni dovrebbero essere collocate il più vicino possibile ai centri di carico al fine di ridurre al minimo le perdite di trasmissione, conservare le risorse e ridurre al minimo i costi.
4. Maggiori risparmi nei costi di costruzione, di terreno e di trasporto possono essere raggiunti lungo l'intera catena di processo.
5. In molti casi i quadri SF6 sono l'unica soluzione possibile: per gli impianti eolici (offshore), nelle caverne, per i grandi interruttori del generatore e per le estensioni delle installazioni esistenti.
6. Ciò spesso consente di estendere gli edifici esistenti laddove è necessaria la sostituzione o l'estensione del quadro per soddisfare la crescita del carico.

Eccellenti caratteristiche economiche ed ecologiche

1. Distinti benefici economici derivano da:
   1. La lunga durata
   2. Minima spesa di manutenzione grazie a custodie prive di manutenzione e a tenuta di gas
   3. Costi ridotti per terreni, edifici, trasporti e la messa in
      
   4. Massima affidabilità operativa come prerequisito per il controllo remoto e l'automazione delle reti elettriche
2. I benefici ecologici ed economici derivano da:
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   1. Minime perdite di trasmissione a seguito del posizionamento dell'apparecchiatura vicino ai centri di carico.
   2. Il ridotto consumo di energia primaria e le emissioni contribuiscono a sistemi di alimentazione elettrica ottimizzati economicamente.
   3. E la lunga vita di servizio dei quadri SF6 contribuisce anche alla conservazione delle risorse.
3. Benefici estetici ed ecologici per paesaggi rurali e urbani:
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   1. Perché le installazioni SF6 sono compatte, hanno bisognomanutenzione minima, disponibilità straordinariamente elevata e indipendenti dagli impatti climatici. Offrono non solo importanti vantaggi ecologici ed economici, ma possono anche essere integrati senza problemi in qualsiasi paesaggio o architettura di città, paesi o campagne
   2. Bonifica delle aree precedentemente occupate dalle sottostazioni convenzionali.

8. Esiste un'alternativa a SF₆ in quadri per alta e media tensione?

Dal punto di vista della LCA non esiste un'alternativa valida sotto il profilo tecnico ed economico con un insieme equivalente di proprietà sopra descritte e lo stesso grado di sicurezza e affidabilità.

_{(*) CIGRE: Consiglio internazionale sui grandi sistemi elettrici}

9. Quali sono le diverse applicazioni nelle apparecchiature elettriche usando SF6?

Queste sono le applicazioni più comuni in cui viene utilizzato SF6:

1. GIS (Quadri isolati a gas per media e alta tensione),
2. CB (Circuit Breaker),
3. Trasformatori di potenza,
4. VT (trasformatore di tensione),
5. CT (trasformatore di corrente),
6. RMU (Ring Main Unit),
7. Assemblee di dispositivi HV e GIL (linee isolate a gas),
8. Condensatori ecc

10. Qual è la differenza tra GIS ad alta tensione (AT) e media tensione (MT) rispetto a SF6?

Fondamentalmente non vi è alcuna differenza in entrambile applicazioni utilizzano l'SF6 in compartimenti a tenuta di gas con tassi di perdita trascurabili. In generale, la MV (fino a 52 kV) utilizza pressioni vicine alla pressione atmosferica in sistemi a pressione sigillati. La bassa pressione e le ridotte dimensioni si traducono in piccole quantità di gas di solo alcuni kg. Il tasso di perdita è estremamente basso, meno dello 0,1% all'anno.

11. Quali sono i principali impegni delle azioni / accordi volontari dei produttori e degli utenti in merito al trattamento di SF6?

Sia i produttori e gli utilizzatori di quadri elettrici sono impegnati a migliorare costantemente la riduzione dei tassi di emissione, nonché il monitoraggio e la rendicontazione annuale.

12. Come viene verificata l'efficacia delle azioni volontarie?

I processi produttivi dei quadri di manovra MV e HVnell'Europa occidentale sono stati migliorati in modo da ridurre i tassi di emissione specifici di circa 2/3 dal 1995 al 2003. Ecofys (*) ha determinato per lo stesso periodo una riduzione delle emissioni del 40%.

_{(*) ECOFYS, Sina Wartmann, Dr. Jochen Harnisch, giugno 2005, "Riduzione delle emissioni di SF6 da apparecchiature ad alta e media tensione in Europa"}

13. Quali sono gli obblighi dell'utente per il monitoraggio dei dati SF6 dei quadri di media tensione?

Per quanto riguarda i sistemi a pressione sigillati (sigillati a vita), gli utenti di solito non hanno bisogno di monitorare o segnalare le emissioni.

14. Come viene garantito il corretto trattamento di fine vita del quadro di comando SF6?

Seguendo le istruzioni riconosciute a livello internazionale (ad es. Secondo IEC 601634, CIGRE 2003 SF6 Recycling Guide).

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15. Quali sono gli obblighi dell'utente nel portare fuori servizio il SF6-switchgear?

Per assicurarsi che l'SF6 sia gestito da un'entità qualificata o da personale qualificato secondo Paragrafo IEC 61634 4.3.1. e secondo Sottoscrizione IEC 60480 10.3.1.

16. Come viene utilizzato il gas SF6 o smaltito?

Normalmente viene riutilizzato dopo un adeguato filtraggio. In alcuni casi speciali è necessario lo smaltimento del gas.

17. In alcuni paesi europei sono stati proposti divieti su quadri di comando SF6. Dove sono implementati divieti legali?

Non ci sono divieti legali implementati. Nelle discussioni politiche è stato proposto l'uso ridotto di SF6 in alcune applicazioni che non sono correlate al settore elettrico.

18. Possiamo usare il vuoto come mezzo di isolamento?

La tecnologia del vuoto è già in uso per scopi di commutazione nella gamma MT. Nel caso di un piccolo volume, un vuoto può essere mantenuto relativamente facile, il che è essenziale per assicurare le prestazioni del dispositivo di commutazione.

19. Come può l'utente supervisionare la qualità di SF6?

L'equipaggiamento MV sigillato per la vita non richiede controlli di qualità SF6. Per altre apparecchiature HV Allegato B della IEC 60480 descrive diversi metodi di analisi applicabili ai sistemi a pressione chiusa (sul posto e in laboratorio).

20. Che dire del processo di invecchiamento del gas SF6? Il rifornimento di gas è necessario dopo circa 20 anni?

Generalmente non è necessario perché la qualità del gas è in linea con i valori indicati in IEC 60480 Tabella 2 "Livelli massimi di impurità accettabili" (applicabile per sistemi a pressione chiusa). Per le MV sigillate per l'equipaggiamento di vita non è necessario alcun rifornimento, a causa delle qualità uniche di SF6 in condizioni operative normali non si verifica alcuna degradazione.

21. Quanto SF6 (quantificato in kg) può fuoriuscire a causa di perdite "normali"?

Questo dipende dalla quantità di riempimento, che dipende dalla valutazione e dalla progettazione dell'apparecchiatura (volume e pressione). Per i quadri ad alta tensione il fattore di emissione varia da circa lo 0,1% all'anno allo 0,5% (0,5% all'anno è il tasso di perdita accettabile massimo secondo IEC 62271-203)

Per le apparecchiature MV sigillate a vita è comune una gamma inferiore allo 0,1% all'anno. Ad esempio, una quantità di riempimento di 3 kg (RMU) comporta una perdita calcolata di 3 g all'anno.

22. Quanto è elevato il MAC (concentrazione massima consentita per l'ambiente di lavoro) per l'SF6 puro nella sottostazione e quanto è pericoloso l'SF6 puro?

Si raccomanda generalmente di mantenere la concentrazione massima di SF6 nell'ambiente di lavoro inferiore a 1000 μl / l (*). Questo è il valore accettato per un orario di lavoro a tempo pieno (8 ore al giorno, 5 giorni alla settimana). Questo valore non è correlato alla tossicità, ma un limite stabilito per tutti i gas non tossici che non sono normalmente presenti nell'atmosfera.

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

23. Quali prodotti di decomposizione vengono creati in caso di guasti interni all'arco e in quali quantità?

Verranno generati sottoprodotti gassosi e polverosi. Vedere IEC 60480, tabella 1 e / o CIGRE Report Electra 1991 ("Gestione di SF6 e dei suoi prodotti di decomposizione in GIS", Tabella 2 "Caratterizzazione approssimativa dei principali prodotti di decomposizione derivanti da fonti diverse").

I prodotti di decomposizione dipendono dal tipo di apparecchiatura e dalla cronologia del servizio; le quantità dipendono dall'energia (tensione, corrente, tempo) e dal tipo di apparecchiatura.

24. Quanto sono pericolosi i prodotti di decomposizione?

Vedere IEC 61634, allegato C: "Rilascio di SF6 di quadri e apparecchiature di controllo - potenziali effetti sulla salute".

25. Cosa si deve fare dopo un guasto ad arco nel quadro?

In tali casi accidentali si deve prestare attenzione. Se l'incapsulamento è stato danneggiato, alcunipossono essere presenti composti con caratteristiche tossiche, generati non solo dalla decomposizione di SF6 ma anche da altre fonti (per esempio dipinti che bruciano, vapori di rame, ecc.).

26. È necessario installare un sistema di ventilazione (passivo o attivo) nella stanza dei quadri o nel basamento del cavo?

Gli edifici contenenti apparecchiature interne riempite con SF6 devono essere dotati di ventilazione; la ventilazione naturale sarebbe normalmente adeguata per prevenire l'accumulo di SF6 rilasciato a causa di perdite (vedi IEC 61634, sottocapitolo 3.4: "Sicurezza del personale" e IEC 61936-1). Il tipo e l'estensione delle misure richieste dipendono dalla posizione della stanza, dall'accessibilità e dal rapporto tra il gas e il volume della stanza.

27. Cosa devo fare quando un'installazione GIS è danneggiata?

Ad esempio, il foro praticato nell'incapsulamento o il danneggiamento durante il trasporto, come un pannello caduto e la resina colata rotta, e SF6 fuoriesce o quando il mio GIS sviluppa una perdita anomala?

Un'adeguata azione correttiva dovrebbe essere quella di gestire la perdita. Se l'attrezzatura è in servizio e la perdita è alta, deve essere diseccitato, in accordo con l'organizzazioneprocedure operative. La perdita di gas deve essere ridotta al minimo seguendo le procedure dell'organizzazione e utilizzando i servizi / le raccomandazioni del produttore o di un'organizzazione di servizio qualificata, a seconda dei casi.

Sarà l'integrità tecnica dell'attrezzaturadevono essere verificati dopo tale evento e le azioni correttive appropriate intraprese dal personale autorizzato prima di ricaricare le attrezzature o di metterle in servizio.

28. In quali condizioni è necessario sostituire il gas SF6 nei quadri isolati a gas?

Quali sono i parametri da controllare, ad es. (concentrazione, punto di rugiada, prodotti di decomposizione) e quali sono i limiti accettabili correlati?

Normalmente il gas rimane fino allo smontaggio. Durante un'operazione di manutenzione che richiede l'evacuazione del gas, dovrebbe essere analizzato. Sono fornite indicazioni su come procedere quindi IEC 60480.

29. Come posso evacuare e riempire il sistema?

Vedere IEC 61634, Rapporto CIGRE 2004 ("Istruzioni pratiche per la gestione di SF6"). Si prega di fare riferimento anche al manuale di istruzioni della vostra attrezzatura.

30. Quanto gas SF6 è presente nel mio quadro? Dove trovo queste informazioni?

Sulla targhetta o nel manuale operativo. Per le apparecchiature più vecchie, si prega di chiedere al produttore.

31. L'SF6 deve essere smaltito quando è umido?

No, è possibile asciugare il gas; l'umidità può essere ridotta a livelli accettabili mediante adsorbimento; materiale come allumina, calce soda, setacci molecolari o miscele di ciò sono adatti a questo scopo (vedi anche IEC 61634, allegato B.3: "Misure per la rimozione dei prodotti di decomposizione SF6"). Da qui è possibile raggiungere i livelli di umidità massimi tollerabili per il riutilizzo IEC 60480, allegato A.

32. Cosa devo fare quando sono entrato in contatto con SF6 decomposto?

Vedere IEC 61634, allegato E: "Raccomandazioni di sicurezza generali, attrezzature perprotezione personale e primo soccorso ". Normalmente solo personale addestrato e qualificato dovrebbe occuparsi di questo e quindi essere a conoscenza delle precauzioni e azioni necessarie.

33. Quali aspetti ambientali e di sicurezza sul lavoro devono essere presi in considerazione?

Vedere IEC 61634 [8], paragrafo 4: "Gestione dell'SF6 usato".

La necessità di gestire l'SF6 usato si presenta dove:

1. Viene eseguito il rabbocco dell'SF6 in sistemi a pressione chiusa;
2. Il gas deve essere rimosso da un involucro per consentire la manutenzione, la riparazione o l'estensione;
3. Il gas è stato espulso totalmente o parzialmente a causa di un rilascio anormale;
4. Il gas deve essere rimosso alla fine della vita di un articolo di equipaggiamento;
5. Si devono ottenere campioni del gas o misurare la pressione del gas attraverso il collegamento temporaneo dell'apparato di misurazione.

Le situazioni 1 e 1 sorgono principalmente rispetto aapparecchiature ad alta tensione e possono presentarsi con apparecchiature GIS a media tensione, in particolare se è necessario aggiungere ulteriori apparecchiature a un quadro esistente. Non si presentano con apparecchiature che utilizzano sistemi a pressione sigillati.

34. Cosa si deve osservare per la pulizia della stanza del quadro dopo un guasto interno all'emissione di gas decomposto?

Vedere IEC 61634, sottocapitolo 5.3 / 5.3.3:

Rilascio anomalo dovuto a guasto interno (installazioni interne "e requisiti nazionali.)

Si verifica un guasto interno quando viene attivato un arco anomalo all'interno di un quadro di comando e quadro di controllo.

In alcuni tipi di attrezzature, in particolarequadri elettrici a media tensione in metallo, l'isolamento dell'aria è utilizzato per le sbarre tra gli armadi e attorno ai collegamenti dei cavi e l'SF6 è presente solo all'interno delle camere di commutazione. In questo caso si potrebbe verificare un guasto interno all'interno del quadro ma all'esterno della camera di commutazione, in modo che non venga rilasciato alcun SF6.

Un guasto interno è un evento molto raro ma non può essere completamente ignorato.

Un guasto interno causerà un aumento dipressione all'interno del recinto, i cui effetti dipenderanno dalle circostanze. L'aumento di pressione è causato dal trasferimento dell'energia elettrica dall'arco nel gas. L'aumento di pressione dipenderà dal valore della corrente d'arco, dalla tensione dell'arco, dalla durata dell'arco e dal volume della custodia in cui si è sviluppato l'arco.</ P>

A seguito di un'anomalia interna che ha provocato il sollievo dalla pressione o la bruciatura dell'involucro, l'SF6 e gran parte di tutti i prodotti di decomposizione solidi (polveri) saranno stati espulsi dalla custodia dell'SF6.

Riferimenti:

• CAPIEL (Comitato di coordinamento per le associazioni dei produttori di apparecchiature elettriche industriali di comando e controllo nell'Unione europea) - Domande frequenti (FAQ) e risposte su SF6
• IEC 61634 Apparecchiature di manovra e quadri di alta tensione - Utilizzo e manipolazione di esafluoruro di zolfo (SF6) in apparecchiature di comando e controllo ad alta tensione
• IEC 60480 Linee guida per il controllo e il trattamento dell'esafluoruro di zolfo (SF6) prelevato da apparecchiature elettriche e specifiche per il suo riutilizzo