Transformatory w Eksploatacji 2019

Utylizacja rozdzielnic napełnionych sześciofluorkiem siarki (SF6)

W artykule przedstawiono zagadnienia związane z bezpieczną eksploatacją i utylizacją rozdzielnic wypełnionych sześciofluorkiem siarki (SF6). Omówiono właściwości gazu SF6, proces jego regeneracji i utylizacji oraz mechanizm odzysku gazu z eksploatowanego urządzenia. Omówiono unormowania prawne dotyczące poruszanej tematyki. Scharakteryzowano również metodykę badania parametrów gazu SF6 w warunkach polowych i laboratoryjnych.

1. SF6 a środowisko naturalne

SF6 jest gazem nietoksycznym, niepalnym oraz przyjaznym warstwie ozonowej, jednak protokół z Kioto określił go jako gaz cieplarniany. Unia Europejska nałożyła więc obowiązek kontroli stosowania gazu SF6 w procesie produkcji urządzeń elektroenergetycznych, jednocześnie nie zakazując jego stosowania. SF6 nie zawiera związków chloru, zatem nie ma wpływu na zanikanie warstwy ozonu w stratosferze, jednak okres trwałości SF6 w atmosferze jest „nieskończenie” długi. Ze względu na środowisko naturalne jest to największa wada tego gazu. Już w 1995 roku stwierdzono w atmosferze 3,2 pptV SF6, co potwierdza, że w wyniku braku świadomości ekologicznej uwolniono pewną ilość tego gazu do atmosfery. Długi okres życia SF6 w atmosferze i absorpcja promieniowania podczerwonego powoduje, że potencjał termiczny tego gazu jest oszacowany dla okresu 100 lat na ponad 24 000 razy większy niż dla CO2 w odniesieniu do jednostki masy.

2. Regulacje prawne

Wieloletnie doświadczenie w stosowaniu SF6 w elektrycznych urządzeniach rozdzielczych i sterowniczych wykazało, że minimalizujemy  wpływ SF6 na środowisko, pod warunkiem, że zostały ustalone i są przestrzegane pewne podstawowe środki ostrożności i procedury. 16 kwietnia 2014r. ukazało się również Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) nr 517/2014 w sprawie fluorowanych gazów cieplarnianych. W rozporządzeniu nr 517/2014 ustalono m.in. zakaz stosowania sześciofluorku siarki w takich przypadkach jak: w procesie odlewania magnezu, napełnianie opon lub okien, oraz zdefiniowano podejście do kontroli szczelności rozdzielnic wysokonapięciowych. Rozporządzenie Wykonawcze Komisji (UE) z dnia 15 listopada 2015r. ustanawia minimalne wymagania dotyczące certyfikacji osób fizycznych dokonujących instalacji, serwisowania, konserwacji, napraw, likwidacji rozdzielnic bądź dokonujących odzysku gazu ze stacjonarnych rozdzielnic elektrycznych.

Postępowanie z SF6 regulują normy m. in. PN-EN 60480:2005E: „Wytyczne do kontroli i postępowania z sześciofluorkiem siarki (SF6) pobranym z urządzeń elektrycznych oraz wymagania techniczne dla SF6 przeznaczonego do ponownego użycia” to najważniejsza norma dotycząca sześciofluorku siarki. Wprowadza wytyczne postępowania ze zużytym gazem oraz podaje wymagania jakościowe regenerowanego gazu. Opisuje również metody sprawdzenia stanu gazu zarówno stosowane na miejscu zainstalowania urządzenia, jak  również metody czysto laboratoryjne. Dodatkowo, norma podaje wymagania dotyczące przechowywania oraz transportu gazu. Z kolei PN-EN 60376:2006E „Wymagania dotyczące technicznego sześciofluorku siarki (SF6) przeznaczonego do urządzeń elektrycznych” opisuje parametry i sposób postępowania z technicznym gazem SF6. Dodatkowo PN-EN 62271- 4: 2014-03 „Wysokonapięciowa aparatura rozdzielcza i sterownicza” – Procedury postępowania z heksafluorkiem siarki (SF6) i jego mieszaninami” zawiera procedury postępowania z gazem SF6 podczas instalowania, rozruchu, normalnego i awaryjnego działania oraz likwidacji po zakończeniu eksploatacji wysokonapięciowej aparatury rozdzielczej. Zamieszczone w normie procedury są traktowane jako minimalne wymagania zapewniające bezpieczeństwo personelowi pracującemu z gazem SF6 i minimalizujące jego emisję do otoczenia.

3. Utylizacja rozdzielnic

  • Rozpad termiczny SF6

W temperaturze 300 – 5000C rozpoczyna się proces rozpadu SF6 na składniki, przy czym stopień rozkładu jest wprost proporcjonalny do ilości doprowadzonej energii ∆E (tzn. temperatury). Temperatura w rdzeniu łuku elektrycznego w rozdzielnicy elektrycznej o dużej mocy osiąga wartość do
10 000oC. W tej temperaturze następuje całkowity rozpad cząsteczek gazu na atomy macierzyste siarki i fluoru, a następnie one ulegają jonizacji.

SF6 + ∆E = PRODUKTY ROZPADU (S, F2, SF2, S2F2, SF4, S2F10)

Również wszystkie zawarte w gazie zanieczyszczenia, takie jak powietrze, para wodna, dysocjują w podobny sposób. Rozgrzane elektrody emitują dodatkowo pary miedzi, wolframu, grafitu i aluminium, dysze ulegają jonizacji. Po zgaszeniu łuku elektrycznego w obszarze chłodzenia, atomy zaczynają się łączyć ponownie i tworzą głównie SF6. Jednakże zachodzą także reakcje chemiczne ze znajdującymi się w gazie substancjami stanowiącymi zanieczyszczenia. Rodzaj i ilość produktów wtórnych zależą od stężenia zanieczyszczeń. Najwięcej produktów rozpadu pojawia się w przedziale szyn zbiorczych, po automatycznym przerwaniu prądu wyładowania łukowego (zwarcia) przez wyłącznik, gdy nie zadziałała membrana ciśnieniowa i nie było wytopienia obudowy (nastąpiło wyłączenie obwodu). Gazu silnie zanieczyszczonego możemy się spodziewać po każdym rodzaju awarii z wystąpieniem łuku elektrycznego.

Odzysk gazu z wyłącznika (fot. PROZON)
  • Odzysk gazu z urządzenia elektroenergetycznego

Gwarancja producenta typowej rozdzielnicy SN/WN waha się w przedziale 3 – 5 lat.

Okres, po którym producent zaleca przeprowadzenie pierwszego przeglądu w sytuacji bezawaryjnej pracy  to 15 – 20 lat. 

Ewentualną decyzję o naprawie bądź utylizacji rozdzielnicy podejmuje się na podstawie wykonanego przeglądu zgodnie z dokumentacją  techniczno – ruchową producenta oraz zgodnie z przepisami wewnętrznymi właściciela.

Utylizacji rozdzielnicy dokonuje się, kiedy jej naprawa lub modernizacja nie jest uzasadniona ekonomicznie.  W sytuacji kiedy eksploatacja urządzenia stanowi realne zagrożenie dla obsługi, środowiska naturalnego lub nie gwarantuje stabilności dostawy energii elektrycznej  decyzję o ewentualnej  utylizacji podejmuje właściciel/eksploatujący urządzenie.

Do urządzeń służących do odzysku gazu z rozdzielnicy należy pompa próżniowa oraz jednostka transferu gazu SF6.

Szkolenie dla personelu dokonującego odzysku gazu z urządzeń elektroenergetycznych (fot. PROZON)
  • Transport gazu i urządzeń

SF6 to gaz techniczny – jest transportowany w butlach ciśnieniowych, w pozycji pionowej (z wyjątkiem zbiorników) spełniający wymogi ADR. Odzyskany SF6 to odpad niebezpieczny o kodzie 16 05 04* – zatem wymagany jest transport z pozwoleniami na przewożenie substancji (Ustawa z dnia 19 sierpnia 2011 r. o przewozie towarów niebezpiecznych). Rozdzielnica elektryczna przeznaczona do utylizacji  to z kolei odpad niebezpieczny o kodzie 16 02 13*. Butle, w których transportowany jest odzyskany gaz wykonane są ze specjalnego materiału oraz są odpowiednio oznaczone.

Pierwotny SF6

  • zielony kołnierzyk
  • kod odpadu 16 05 05
  • zawór DIN 477 nr 6 z mosiądzu

Toksyczny SF6

  • żółty kołnierzyk
  • kod odpadu 16 05 04*
  • zawór DIN 477 nr 8 ze stali nierdzewnej
  • Analiza parametrów gazu

Badanie składu gazu można wykonać techniką „polową” i laboratoryjną. Metoda „polowa” jest mniej dokładna, polega na zastosowaniu rurkowych czujników chemicznych (SOF2 i SO2), detektorów przewodnościowych (CF4, SOF2 i SO2) oraz przenośnych spektrometrów podczerwieni (głównie SOF2).

Metoda laboratoryjna jest metodą precyzyjną i dokładną. Do metod laboratoryjnych należą: chromatografia gazowa, metoda Karla Fischera oraz miareczkowanie potencjometryczne.

Chromatograf gazowy (fot.PROZON)

Wykonanie badania gazu przy zastosowaniu chromatografu gazowego umożliwia obiektywną ocenę jakości gazu (skład i stężenie zanieczyszczeń) oraz stanu aparatu. Metoda ta wymaga fachowego pobrania próbki gazu z obudowy badanego urządzenia.

Analizator jakości gazu SF6 (fot. PROZON)
  • Zagospodarowanie SF6

Analiza składu gazu pozwala określić, czy badany gaz należy przeznaczyć do utylizacji czy do regeneracji. Regeneracja polega na usunięciu z gazu wody, produktów rozpadu, powietrza, oleju mineralnego oraz cząstek stałych. W przypadku, gdy w gazie znajdują się domieszki innych gazów fluorowanych lub jego parametry dziesięciokrotnie przekraczają wartości wskazane przez normy, gaz należy poddać utylizacji.

Normy PN-EN 60480:2005E oraz PN-EN 60376:2006E określają, do jakich parametrów należy zregenerować odzyskany gaz. Po procesie regeneracji zostaje zostawiony certyfikat jakości, gwarantujący doprowadzenie gazu do parametrów wyznaczonych przez normy.

Butle do odzysku gazu (fot.PROZON)
  • Absorpcja i utylizacja produktów rozpadu SF6

Do pochłaniania związków gazowych w komorach gaszeniowych stosuje się sorbenty. Po ich pochłonięciu sorbent staje się elementem niebezpiecznym dla zdrowia. Sorbent, torby z zebranymi pyłami oraz ircha lub czyściwa używane do wycierania należy gromadzić w zamkniętym pojemniku. Również pyły osadzone na powierzchniach demontowanych aparatów muszą być zebrane specjalnym odkurzaczem.

Sorbenty, zebrane pyły oraz czyściwo, muszą być poddane neutralizacji. Do neutralizacji stałych produktów rozpadu SF6 powinna być stosowana ciecz zasadowa.

Podsumowanie

Sześciofluorek siarki (SF6) jest jednym z ważniejszych mediów używanych w elektroenergetyce.

Niestety oprócz wielu zalet SF6 posiada jedną znaczącą wadę – jest gazem cieplarnianym o bardzo wysokim współczynniku GWP (ang. global warming potential). Szczególną uwagę należy przywiązywać do szczelności urządzeń elektroenergetycznych, ich poprawnego działania oraz do umiejętności specjalistów dokonujących utylizacji gazu i urządzeń.

Artykuł opracowano na podstawie publikacji: Dra inż. Andrzeja Piechockiego pt. „Materiał szkoleniowy do opanowania przed egzaminem w celu uzyskania certyfikatu potwierdzającego kwalifikacje do wykonywania następujących czynności: odzysk fluorowanych gazów cieplarnianych SF6 za stacjonarnych i ruchomych rozdzielnic wysokiego napięcia” PROZON Fundacja Ochrony Klimatu, wydanie drugie, uzupełnione 2017r.

Anna Wójcik
Krzysztof Grzegorczyk
PROZON Fundacja Ochrony Klimatu
Regeneracja, szkolenia, certyfikacja SF
6

Click to comment

Leave a Reply

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

To Top