SF6: Budowa, Zasada Działania i Zastosowanie Sześciofluorku Siarki w Energetyce
- Szczegóły
Sześciofluorek siarki (SF6) posiada doskonałe właściwości izolacyjne oraz skutecznie gasi łuk elektryczny w urządzeniach stosowanych powszechnie w energetyce. Oprócz zalet SF6 posiada znaczącą wadę - jest gazem cieplarnianym o bardzo wysokim współczynniku GWP (ang. global warming potential). Dlatego niezbędne jest zadbanie o szczelność urządzeń elektroenergetycznych oraz o podnoszenie kwalifikacji personelu pracującego z sześciofluorkiem siarki. Działania w tym zakresie od lat są regulowane rozporządzeniami Komisji Europejskiej.
Dlaczego SF6? Rys Historyczny
We wczesnych latach siedemdziesiątych XX wieku czołowe firmy aparatowe na świecie rozwinęły produkcję wysokonapięciowych rozdzielnic osłoniętych z izolacją w postaci sześciofluorku siarki (SF6), oraz wysokonapięciowych wyłączników, w których ten gaz stanowił medium gaszące łuk elektryczny. Konstruktorzy dawno próbowali budować prefabrykowane rozdzielnice osłonięte najwyższych napięć (powyżej 110 kV) na wzór rozdzielnic osłoniętych na niskie (do 1 kV) i średniego napięcia (poniżej 110 kV). Próby budowy rozdzielnic osłoniętych z izolacją stałą (żywice), olejową lub ze sprężonym powietrzem nie dawały zadowalających rezultatów.
Prefabrykowane elementy rozdzielnic z izolacja stałą o wymaganej wytrzymałości dielektrycznej były ciężkie i zawodne, wskutek pęknięć odlewów żywicznych o dużej objętości. Rozdzielnice z izolacją olejową były niebezpieczne pod względem wybuchowym i pożarowym i również ciężkie. Rozdzielnica z izolacją w postaci sprężonego powietrza była w próbnej eksploatacji, ale i ta technika nie znalazła szerszego zastosowania z racji konieczności stosowania wysokiego ciśnienia (ok.
Rozdzielnice z SF6 zajmują powierzchnię 10-20 krotnie mniejszą od rozdzielnic konwencjonalnych. Różnica zajmowanych objętości jest jeszcze większa - co ma szczególne znaczenie przy potrzebie budowy rozdzielnicy halowej. Dla rozdzielnic z SF6 jest obojętne czy atmosfera jest chemicznie zanieczyszczona, zakurzona, zawierająca sole lub mgłę kwaśną. Niegroźne są dla nich wyładowania atmosferyczne. Są bezpieczne pod względem wybuchowym i pożarowym. Obsługa i konserwacja tych rozdzielnic jest uproszczona z racji stosowania bezpiecznych, uziemionych osłon torów prądowych, oraz wielu systemów technicznych bezpieczeństwa.
Duże bezpieczeństwo obsługi rozdzielnic z SF6 wynika stąd, że ten typ urządzeń może pracować bez obsługi, części pod wysokim napięciem są niedostępne. Awaryjność rozdzielnic osłoniętych z SF6 jest znacznie mniejsza niż rozdzielnic otwartych. Literatura przedmiotu podaje, że względna liczba poważniejszych uszkodzeń w rozdzielnicach osłoniętych jest około sześciokrotnie mniejsza od analogicznych danych rozdzielnic konwencjonalnych. Rozdzielnice osłonięte stwarzają również znacznie mniej kłopotów eksploatacyjnych niż rozdzielnice tradycyjne.
Przeczytaj także: Jak wymienić filtr powietrza w Oplu Astrze?
Przy czym niesprawności rozdzielnic z SF6 można podzielić na dwie grupy: niesprawności tego samego rodzaju, co rozdzielnic konwencjonalnych, tzn. niezależnych od rozwiązań (np. uszkodzenie mechaniczne napędu aparatu lub sterowania) i niesprawności charakterystyczne dla rozdzielnic osłoniętych z SF6 (np. elementów izolacji stałej, rozszczelnienie obudów itp.). Częstość występowania niesprawności pierwszego rodzaju jest mniej więcej zbliżona w obu typach rozdzielnic. Natomiast z dostępnych statystyk uszkodzeń, specyficznych dla rozdzielnic izolowanych gazem wynika, że względne liczby niesprawności są bardzo niskie.
Jednak należy wziąć pod uwagę, że usunięcie uszkodzenia w tym typie rozdzielnicy może okazać się trudne i trwać na tyle długo, że porównanie wskaźników awaryjności będzie mniej korzystne. Musimy pamiętać, że wystąpienie awarii w rozdzielnicy z SF6 ma znacznie poważniejsze konsekwencje dla ruchu systemu energetycznego niż w stacjach konwencjonalnych.
W pierwszych rozwiązaniach rozdzielnic osłoniętych z SF6, ze względu na brak pewności co do uszczelnień, stosowano urządzenia do samoczynnego dopełniania gazem w przypadku ubytków poniżej wyznaczonego poziomu. Szybko jednak rozwiązania konstrukcyjne i zastosowane systemy uszczelnień zapewniły dostateczną szczelność, co pozwoliło na zrezygnowanie z samoczynnego dopełniania.
Pierwsze rozdzielnice osłonięte z SF6 zaczęły pojawiać się na świecie od roku 1965. Już do roku 1974 wszyscy producenci, których liczbę można było oceniać na 20-25 firm, wyprodukowali około 2000 pól. Początkowo wysokie ceny hamowały popyt na tego rodzaju urządzenia rozdzielcze (cena nowości, koszt badań). W późniejszych latach łączne koszty inwestycji rozdzielnic z SF6 były już konkurencyjne w porównaniu do rozwiązań konwencjonalnych (halowych). Inwestorzy uwzględniali zmniejszenie kosztów zajmowanego terenu i możliwości architektonicznego dopasowania obiektu do otaczającej zabudowy w miastach lub terenów zakładów przemysłowych.
Rozdzielnica z SF6, przy zastosowaniu linii kablowych, może być instalowana w podziemiach budynków, pod skwerami lub placami. Ten rodzaj urządzeń skraca czas montażu na miejscu zainstalowania, gdyż rozdzielnica jest dostarczana w dużych zestawach (np. pola). Dynamiczny wzrost zapotrzebowania na energię elektryczną wymaga rozbudowy sieci energetycznych i zmusza do wprowadzenia linii najwyższych napięć w głąb miast i zakładów przemysłowych.
Przeczytaj także: Wymiana osłony filtra powietrza w Fiacie 126p
Równolegle z postępem w dziedzinie techniki izolowania sześciofluorkiem siarki i budowy rozdzielnic izolowanych tym gazem postępowały prace nad wykorzystaniem SF6 w wyłącznikach do gaszenia łuku elektrycznego. Trudno spodziewać się, aby wykryto w najbliższych latach lepszy gaz do zastosowania w aparatach elektrycznych jako medium gaszące łuk elektryczny niż sześciofluorek siarki. Przy zastosowaniu SF6 znacznie upraszcza się konstrukcja wyłączników w porównaniu do pneumatycznych i małoolejowych. Równocześnie aparat ten ma zwiększoną niezawodność i wydłużony okres eksploatacji.
Charakterystycznym dla SF6 jest to, że przy wyłączaniu nawet małych prądów w atmosferze tego gazu, nie ma gwałtownego „zrywania łuku”, a tym samym nie ma niebezpiecznych przepięć. Korzystnym zjawiskiem jest też szybki wzrost wytrzymałości elektrycznej przerwy po zgaszeniu łuku w SF6 i tym samym możliwość przerywania obwodu przy dużych stromościach napięcia powrotnego.
Ważną zaletą SF6 jest to, że niezbędne ciśnienie gazu do gaszenia łuku wysokonapięciowego nie musi być tak duże jak w wyłącznikach pneumatycznych. Stąd możliwość stosowania wyłączników samosprężnych lub samogenerujących ciśnienie w obszarze łuku. Niestety technika SF6 ma też wady. Gaz SF6 jest droższy niż sprężone powietrze, wymaga osłon o dużo większej szczelności. Powoduje pewne trudności przy napełnianiu urządzenia (wysoka próżnia).
Wybór materiałów izolacyjnych i konstrukcyjnych do wyłączników utrudnia agresywność produktów rozpadu gazu pod działaniem łuku elektrycznego i ich związków. W wyłączniku tworzą się związki toksyczne stwarzające zagrożenie dla ludzi - zwłaszcza podczas remontów i demontażu. Ostatnia wada powoduje, że technika SF6 nie może być uważana za całkowicie bezpieczną.
Zainteresowanie tą techniką w Polsce zostało zapoczątkowane na początku lat siedemdziesiątych w Instytucie Elektrotechniki. Podjęte badania i prace konstruktorskie doprowadziły do zainstalowania do badań eksploatacyjnych (stacja elektroenergetyczna w Sulejówku) jednopolowej rozdzielnicy na napięcie 123 kV i prąd ciągły 1250A, z wyłącznikiem o prądzie wyłączalnym 25 kA. Do próbnej eksploatacji zainstalowano też dwa wyłączniki napowietrzne 123 kV (Mory, Gdańsk). Później opracowano, wykonano i przeprowadzono badania laboratoryjne prototypu wyłącznika 123 kV o prądzie wyłączalnym 31,5 kA. Wykonana została też w Instytucie Elektrotechniki, na zamówienie Energetyki, prototypowa rozdzielnica pięciopolowa na napięcie 123 kV - ale do jej zainstalowania nie doszło. W Polsce nastawiono się na produkcję wyłącznika licencyjnego (EDF) i zakup rozdzielnic producentów zagranicznych.
Przeczytaj także: Poradnik: Wymiana obudowy filtra powietrza GY6 4T
Sześciofluorek Siarki w Stanie Dostawy. Właściwości Chemiczne i Fizyczne SF6
Sześciofluorek siarki jest gazem syntetycznym, otrzymywanym przez działanie gazowym fluorem na siarkę. Cząsteczka ma kształt oktaedryczny (ośmiościenny) z sześcioma atomami fluoru w wierzchołkach i atomem siarki w środku. Siarka w tym związku ma największą wartościowość. Ta struktura jest przyczyną niezwykłej stabilności gazu i jego wyjątkowo dużej bezwładności chemicznej, gdyż do jego rozpadu potrzeba znacznej energii. Rozpad SF6 pod wpływem temperatury zaczyna się w zasadzie dopiero przy około 5000C. Jednak w obecności niektórych metali, a zwłaszcza metali i ich stopów zawierających krzem, rozkład może następować już w temperaturze 180-2000C. SF6 trudno rozpuszcza się w wodzie, nieco łatwiej w alkoholu. Czysty gaz nie reaguje z wodorem ani z metalami, a z tlenem jedynie w obecności wyładowań elektrycznych.
Ciężar cząsteczkowy SF6 wynosi 146,06 a gęstość przy temperaturze 200C i ciśnieniu 1 bara jest 6,16 g/l, czyli około 5 razy więcej niż gęstość powietrza. Własności termodynamiczne SF6 wynikają z wykresu Moliera. Zastosowanie SF6 w aparatach elektroenergetycznych wynika z jego doskonałych właściwości elektrycznych.
Wiadomo, że wytrzymałość elektryczna gazów zależy od wielu czynników: drogi swobodnej cząsteczki, jej przekroju czynnego, powstających zderzeń niesprężystych i zdolności wiązania elektronów przy tych zderzeniach i magazynowania ich energii. Wytrzymałość elektryczna SF6 przekracza 1,8 - 3,0 razy wytrzymałość powietrza w zależności od warunków wykonania próby. W polu jednorodnym jest ok. 2,4 razy większa. Przy ciśnieniu ok.
Sześciofluorek siarki nie może stanowić jedynego materiału izolacyjnego zastosowanego w rozdzielnicy czy wyłączniku - izolatory wsporcze i przepustowe muszą być wykonane ze stałych materiałów izolacyjnych. Materiały te pracują w atmosferze SF6, a więc istotną sprawą jest poznanie wpływu SF6 na stałe materiały izolacyjne.
Oczywiście trzeba tu rozróżnić wymagania stawiane materiałom izolacyjnym naprężanym tylko napięciowo w atmosferze czystego SF6, np. izolatorom szyn zbiorczych, a materiałom pracującym w komorach gaszeniowych, narażonym dodatkowo na działanie produktów rozpadu SF6. Szczególnie istotna jest wytrzymałość powierzchniowa tych izolatorów w atmosferze SF6. Wiadomo, że większość wytwórców używa na izolatory żywic epoksydowych ze specjalnymi wypełniaczami. Ten materiał spełnia całkowicie wymagania wytrzymałości elektrycznej i mechanicznej.
Badania próbek pokrytych warstwą tworzywa zawierającego związki fluoru (zwanego teflonem) wykazały znaczne powiększenie napięcia wyładowania powierzchniowego w gazie. Istnieje jednak szereg innych materiałów izolacyjnych, które mogą stykać się z SF6 w urządzeniach elektrycznych. Materiały te mogą wykazywać dość znaczne różnice własności zależnie od producenta, nawet przy bardzo zbliżonym składzie, dlatego też można uznać, że każdy stały materiał izolacyjny, który zamierza się zastosować w urządzeniach z SF6 musi być poddany badaniom (uwaga dotyczy np.
Wiele badań przeprowadzono dla ustalenia zdolności przenoszenia ciepła w SF6. Zagadnienie jest o tyle interesujące, że ciepło właściwe (molowe) SF6 jest mniejsze niż powietrza, jednak na jednostkę objętości gazu jest ono 3,7 razy większe niż ciepło właściwe powietrza. Przewodność cieplna SF6 wynosząca 1,26×10-4W/cm×K jest przeszło dwukrotnie mniejsza niż przewodność cieplna powietrza (2,86×10-4W/cm×K), jednak przy uwzględnieniu konwekcji zdolność przenoszenia ciepła przez SF6 charakteryzująca się współczynnikiem przenoszenia ciepła, jest większa niż odpowiednia zdolność powietrza i zbliża się do wartości osiąganych przy helu lub wodorze. Wynika stąd możliwość powiększenia gęstości prądu w przewodniku (np.
Odrębne zagadnienie stanowi przewodność cieplna SF6 przy wysokich temperaturach, tzn. podczas gaszenia łuku elektrycznego. Autorzy badań, opierając się na tym, że dysocjacja SF6 przebiega szczególnie intensywnie w temperaturze 2000-2100 K i kończy się praktycznie przy ok. 4000 K, a zatem przy tej temperaturze SF6 jest zdysocjowany na F i S przy niewielkiej części związków dwuatomowych, są zdania, że w tych warunkach można przyjąć stosunek ciepła właściwego i przewodności cieplnej jako stały.
Zastosowanie SF6 w komorach gaszeniowych wyłączników jest związane z wyjątkowo dobrymi właściwościami tego gazu jako medium gaszące łuk elektryczny. Już pierwsze próby (1954 r., USA) wykazały, że przy swobodnym wyłączaniu prądu, zdolność gaszenia w SF6 przekracza około stukrotnie zdolność gaszenia w powietrzu. Wiadomo, że wyłączanie prądu przemiennego, zwłaszcza przy małym współczynniku mocy, zależy znacznie bardziej od szybkości narastania wytrzymałości przerwy połukowej, niż od wytrzymałości elektrycznej zimnego gazu.
Szybkość narastania wytrzymałości przerwy, tzn. szybkość dejonizacji kolumny połukowej, zależy od parametrów cieplnych i elektrycznych plazmy. Istotne są zwłaszcza: przewodność cieplna i rozkład temperatury w łuku, warunki dysocjacji, spadek napięcia, mocy i energii łuku, a wreszcie stała czasowa łuku. Podstawowe własności gaszeniowe SF6 są związane z przebiegiem dysocjacji tego gazu.
Dysocjacja zaczyna się przy stosunkowo niskich temperaturach ok. 2000 K i przebiega „na raty” przy zmiennych energiach jonizacji, a jednocześnie przy spadku temperatury następuje bardzo szybki wzrost wytrzymałości elektrycznej. Łuk dobrze gaśnie w gazach, w których mogą nastąpić gwałtowne spadki temperatury w kolumnie połukowej, prowadzące do temperatur mniejszych od tej, przy której gęstość elektronów wynosi 109/cm3. Temperatura ta, nazwana temperaturą gaszenia, jest rzędu 3000 K.
Rdzeń łuku powstaje wówczas, gdy temperatura łuku przewyższa temperaturę dysocjacji cząsteczek gazu, a więc dobre własności gaszeniowe przejawiają gazy, których temperatura dysocjacji jest niższa od temperatury gaszenia. W tych przypadkach temperatura łuku poza rdzeniem jest niższa od 3000 K. Rdzeń gwałtownie zanika przy zgaśnięciu łuku, kolumna połukowa ma temperaturę mniejszą niż 3000 K, a gęstość elektronów zmniejsza się tak dalece, że ponowny zapłon nie może nastąpić.
Ponieważ SF6 jest gazem elektroujemnym, należy dodatkowo uwzględnić, że wobec wiązania swobodnych elektronów z cząsteczkami SF6, gęstość elektronów będzie mniejsza, niż wynika to jedynie z zależności temperaturowych. Za wielką zaletę SF6 jest uważane zanikanie rdzenia łuku dopiero przy przejściu prądu przez zero i trudność wcześniejszego zniszczenia rdzenia przez zewnętrzne oddziaływanie. Rozpad kolumny łukowej w SF6 jest bardzo gwałtowny dopiero na 6 - 7 ms przed przejściem prądu przez zero. Stanowi to o przewadze wyłączania w SF6 nad wyłączaniem w powietrzu i próżni - w SF6 nie ma praktycznie przepięć nawet przy wyłączaniu małych prądów (indukcyjnych i pojemnościowych). Małą energię łuku przy zanikającym prądzie można wytłumaczyć niewielką temperaturą rekombinacji, co pokrywa utratę przewodności elektrycznej w dość dużym zasięgu poniżej 2000 K, w którym następuje ponowne związanie z fluorem dotyc...
Filtropochłaniacz 725 A2B2E2K2 P3
Filtropochłaniacz 725 A2B2E2K2 P3 jest przeznaczony do użytku z maską 731-S lub 731-R oraz maskami ze standardowym złączem DIN EN 148/1. Filtropochłaniacz składa się z dwóch części: obudowa wykonana jest z plastiku i ma kształt dzwona dla lepszego przepływu powietrza oraz pochłaniacza, który chroni przed gazami. Klasa 2: średnia wydajność, maks. Filtr P3 chroni przed cząsteczkami ciał stałych i cieczy. Ochrona przeciw gazom typu A, B, E, K oraz cząstkom stałym P3. Filtropochłaniacz pełnotwarzowej maski wielokrotnego użytku Climax 731 Climax 725, wykonanych z lekkich, wysoce odpornych materiałów, niewpływających ujemnie w jakikolwiek sposób na zdrowie użytkownika.
Klasa 1: niska wydajność, maks. klasa 2: średnia wydajność, maks.
Parametry Gwarancja producenta na 2 lata Producent gwarantuje naprawę lub wymianę sprzętu do 24 miesięcy od daty zakupu.
Dyrektywa 94/9/EC (ATEX)
Dyrektywa 94/9/EC - potocznie nazywana ATEX od francuskiego "ATmosphere Explosible” - definiuje podstawowe wymagania stawiane wobec urządzeń przeznaczonych do zastosowania w strefach zagrożonych wybuchem. Została wprowadzona 23 marca 1994 roku zastępując trzy stare dyrektywy: 76/117/EEC, 79/196/EEC, 97/53/EEC i 83/130/EEC, i tym samym ujednolicając europejski rynek wewnętrzny w sprawie wymagań dla urządzeń i systemów ochronnych przeznaczonych do użytku w przestrzeniach zagrożenia wybuchem.
Strefę zagrożenia wybuchem może stanowić przestrzeń zarówno otwarta jak i zamknięta (np. wnętrze zbiornika, urządzenia czy instalacji). Pojęcie strefy zagrożonej wybuchem ściśle wiąże się z występowaniem atmosfery wybuchowej w jej obszarze. Atmosferę wybuchową rozumiemy jako mieszaninę substancji palnych w postaci gazów, par, mgieł lub pyłów z powietrzem, której spalanie natychmiastowo po zapłonie rozprzestrzenia się na całą nie spaloną mieszaninę.
Strefy wybuchowe możemy również podzielić na dwie kategorie (G lub D) w zależności od rodzaju substancji palnych występujących w ich atmosferze. Powyższy podział i oznaczenia stref dotyczą substancji niebezpiecznych w postac gazu, par lub mgieł (G). W przypadku gdy substancją niebezpieczną jest pył (D) oznaczenia 0, 1 oraz 2 zmieniamy odpowiednio na 20, 21, 22.
Urządzenia spełniające wymogi dyrektywy 94/9/EC otrzymują oznaczenie "Ex", zezwalające na ich bezpieczne użytkowanie w określonym rodzaju strefy. Informacje dotyczące m.in. numeru strefy oraz jej szczegółówych parametrów (jak np. temperatura) zostały zawarte w ramach oznaczenia Ex.
IIA - np. IIB - np. IIC - np.
tags: #adr #obudowa #filtra #powietrza #budowa #zasada
