Будем разбирать основные различия между обращением с альтернативными газами и обращением с SF6. В связи с этим основное внимание уделяется удалению частично сжиженных смесей из сосудов под давлением и соответствующему заполнению оборудования, а также правильному порядку действий в случае утечек и сбоев в процессе эксплуатации. Кроме того, в этом руководстве рассматриваются технические возможности обеспечения надежного использования с точки зрения предотвращения любой путаницы используемых устройств, когда в процессе задействованы различные газовые смеси. В отличие от SF6, который в основном используется как отдельный компонент и только в редких случаях в виде газовой смеси, альтернативные газы для использования в оборудовании с газовой изоляцией обычно состоят из двух или более отдельных газовых компонентов, которые вместе образуют изолирующую газовую смесь (Часть 1). Первоначальное заполнение газового отсека альтернативными газами может быть выполнено различными способами (Часть 2). Для обеспечения надлежащего использования оборудования отдельные газы или предварительные смеси должны представлять собой однородную (=гомогенную) смесь после перемещения в газовый отсек. Присутствие нескольких различных компонентов, а также различные требования, предъявляемые к составу смесей для различных применений, повышают сложность обработки альтернативных газов по сравнению с предыдущими задачами, связанными с SF6 (рисунок 1).
2. Обращение с альтернативными газами в оборудовании
Существующие сервисные тележки SF6 не предназначены для работы с альтернативными газами, и использование сервисных тележек SF6 с альтернативными газами настоятельно не рекомендуется. Это делается для предотвращения повреждения устройств и непреднамеренных утечек во время обращения. Из-за различных физических и химических свойств (более высокое давление, проницаемость и т.д.) отдельных компонентов альтернативных газов и различные требования, и наоборот, функциональность сервисной тележки, может произойти реакции с отдельными компонентами и, таким образом, привести к аварии устройств. Утечки, потенциально возникающие в результате этого, могут поставить под угрозу здоровье и безопасность пользователей. Работа с альтернативными газами и особенности сервисных тележек во многих отношениях основаны на опыте, накопленном за десятилетия работы с газом, использующим SF6. Тем не менее, существуют фундаментальные различия из-за разнообразия альтернативных газов. Эти различия объясняются ниже более подробно:
Основным отличием по сравнению с обработкой газа с помощью SF6 является заполнение оборудования точно определенными, предварительно смешанными газовыми смесями из частично сжиженного состояния. Частично хранилище сжиженного газа в основном используется для смесей с C4-FN и C5-FK (Часть 2). Альтернативный газ заранее хранится в напорных емкостях под высоким давлением (> 5 МПа при 20 °C). Это позволяет гомогенизировать его на рабочем месте с помощью сервисной тележки и загружать в оборудование. В этом контексте существуют различные способы гомогенизации в зависимости от смеси и области применения. Общим для всех них является то, что частично сжиженная смесь перед транспортировкой нагревается в имеющемся сосуде высокого давления. Сосуд высокого давления может нагреваться посредством теплопередачи с использованием электрического контактного нагрева или с помощью индуктивного нагрева. Что касается индуктивного нагрева, то сосуд под давлением нагревается бесконтактно переменным магнитным полем аналогично микроволновой печи. Благодаря бесконтактной передаче происходит передача тепла и полное удаление из сосуда высокого давления в 2-3 раза быстрее (рис. 2), чем при контактном нагреве. Контроллер нагрева и датчики, относящиеся к безопасности, интегрированы в функции сервисной тележки для обеспечения правильное использование нагревателя (предотвращение любого перегрева сосуда высокого давления и т.д.).
Одним из вариантов гомогенизации сжиженной смеси является полное опорожнение нагретого сосуда высокого давления в резервуар большего объема, в котором газовая смесь затем становится однородно газообразной. В этой процедуре нагрев сосуда высокого давления служит для увеличения скорости, с которой удаляется вся смесь. Нагревательный бак обычно встроен в сервисную тележку, и его объем выбирается таким образом, чтобы полное количество газа часть нагреваемого сосуда высокого давления может быть заполнена в указанный резервуар для хранения (рис. 3). Если газовая смесь присутствует в резервуаре для хранения в гомогенизированной газообразной форме, ее можно использовать в любое время – даже без дополнительного нагрева – для заполнения газонаполненного оборудования различными объемами и давлениями.
Другим способом гомогенизации является полный нагрев емкости под давлением и газотранспортных линий сервисной тележки для перевода газа-носителя смеси в сверхкритическое состояние. Растворимость газа-носителя значительно повышается в этом агрегатном состоянии. В свою очередь, это приводит к полному смешиванию всех компонентов в сосуде высокого давления. Затем газовый отсек заполняется непосредственно из сосуда высокого давления по нагретым трубопроводам. Газом-носителем, используемым в этой процедуре, является углекислый газ (CO2). Как компонент смеси, он сначала должен быть нагревается выше своей сверхкритической точки при 31 °C и 73 бар.Гомогенное состояние является единственным стабильным при повышенных температурах. Температура должна поддерживаться постоянной на протяжении всего процесса наполнения. Здесь всегда необходимо повторно нагревать сосуд высокого давления, а также соединительные линии. 1 В этой связи возможно, что процесс наполнения необходимо ненадолго прервать, что может вызвать проблемы, особенно при заполнении небольших газовых отсеков. При использовании газовых смесей, в которых невозможно сжижать отдельные компоненты при нормальных рабочих условиях (например, синтетический воздух), газ удаляют из сосудов высокого давления с помощью устройства для заправки газа. Смесь находится в однородном газообразном состоянии на протяжении всего процесса и не нуждается в дополнительном нагревании для удаления.
3. Утечки и другие неисправности в процессе эксплуатации
Во время эксплуатации газонаполненных установок могут возникать различные сбои в рабочем процессе в виде утечек или образования продуктов разложения после сбросов. Ниже приведен список потенциальных неисправностей вместе с объяснением эффективных решений для устранения таких неисправностей: Оборудование с газовой изоляцией, в котором газовая смесь имеет однородный состав из-за утечки и, следовательно, соотношение компонентов в газовом отсеке остается неизменным, может быть заправлено соответствующим альтернативным Газ после устранения утечки был устранен способами, описанными ранее (Часть 2). Соответствующее измерение следует использовать устройства для проверки того, продолжает ли качество газовой смеси в оборудовании после утечки соответствовать требованиям, указанным производителями (Часть 4). Особое внимание необходимо уделять утечкам в газоизолированном оборудовании со смесями C4-FN и C5-FK. Это связано с тем, что для обеспечения надлежащего использования таких смесей в газовом отсеке обычно задается точно определенная пропорция смешивания. Сама смесь гомогенизируется. Однако в зависимости от характера утечки (проникновение через уплотнительный материал) может произойти неравномерная утечка или даже существенная утечка). Отдельные компоненты смеси могут выходить быстрее или медленнее, так что впоследствии в газовом отсеке присутствует различное соотношение компонентов смеси. Аналогичным образом, в случае утечки, приводящей к проникновению влаги и воздуха в газовый отсек, процентное содержание C4-FN и C5-FK может быть уменьшено таким образом, что больше невозможно обеспечить полную изолирующую способность смеси. Если все еще возможно удалить проникшую влагу с помощью специальных систем фильтрации, предназначенных для используемого альтернативного газа, то кислород и азот, проникшие вместе с воздухом, не могут быть удалены. В случае любого отклонения от предельных концентраций, указанных производителем для отдельных компонентов газа, газовую смесь не следует больше использовать в оборудовании и следует рассмотреть возможность полной замены после консультации с производителем. При использовании синтетического воздуха в качестве изолирующего газа проникшая влага также может быть удалена существующими системами фильтрации альтернативных газов. Поскольку состав проникшего окружающего воздуха аналогичен составу, при использовании синтетического воздуха соотношение компонентов в оборудовании существенно не изменяется. Не было бы необходимости заменять газовую смесь. При эксплуатации газоизолированной установки с альтернативными газами в процессе эксплуатации могут возникать неисправности. Аналогично установкам, заполненным SF6, такие неисправности могут вызывать выбросы и, следовательно, разложение газа. При использовании синтетического воздуха в качестве изолирующего газа оксиды азота (NOx) могут образовываться в качестве основных продуктов разложения в низких концентрациях после сбросов. Эти оксиды могут быть удалены с помощью фильтрующих систем и впоследствии не имеют дальнейшее влияние на соотношение компонентов смеси или на изоляционные свойства. Что касается газовых смесей с C4-FN или C5-FK, то продукты разложения более разнообразны и сильно зависят как от характера и силы выброса, так и от влажности, присутствующей в газовом отсеке. C4-FN и C5-FK в значительной степени не рекомбинируются после разложения дуговыми разрядами, в то время как SF6 способен рекомбинировать независимо (повторно собираться с образованием SF6). Как только они разлагаются, они больше не существуют в газовом отсеке в их первоначальном химическом составе структура (рис. 4). Доля C4-FN/C5-FK в газовой смеси уменьшается, и при определенной концентрации следует ожидать изменения изоляционных свойств. Монооксид углерода (CO) можно рассматривать как индикатор возникновения выбросов и присутствия продуктов разложения в смесях с C4-FN и C5-FK. CO -это бесцветный газ без запаха, который может образовываться, например, в результате неполного сгорания углеродсодержащих веществ. CO классифицируется как токсичный газ и имеет TLV, например, в Германии 30 мкл/л.
В существующих фильтрационных установках для альтернативных газов основное внимание уделяется удалению агрессивных и токсичных продуктов разложения, которые могут непосредственно повлиять на здоровье сотрудников и функциональность сервисных тележек. Точный анализ образующихся продуктов разложения в зависимости от типа и силы разряда может быть выполнен в специально оборудованных лабораториях с использованием газовой хроматографии. На данном этапе дальнейший перечень не приводится из-за различного использования соотношений смешивания и различных газов. Учитывая узкий диапазон концентраций для функциональности поэтому при использовании смесей с альтернативными газами в оборудовании регулярный контроль соотношения компонентов смеси и доли влаги и продуктов разложения еще более важен, чем при использовании SF6. Такой мониторинг необходим для своевременного обнаружения и устранения возможного загрязнения и сбросов. Извлечение альтернативных газов плохого качества из газонаполненного оборудования может быть выполнено с помощью сервисной тележки, которая также используется для заполнения, или с помощью всасывающего устройства, подходящего для смешанного газа (рис. 5). Оба устройства сконструированы таким образом, что загрязненный газ может храниться под высоким давлением во внешних сосудах высокого давления вплоть до частичного сжижения. Затем извлеченный газ может быть восстановлен или утилизирован. В отличие от SF6, который может быть очищен до определенной степени чистоты путем сушки и удаления продуктов разложения непосредственно на месте, а затем повторно использован как “использованный SF6”, до сих пор нет единых правил и стандартов для альтернативных газов, или нет предельных значений для повторного использования.
4. Предотвращение путаницы
На практике еще часто бывает так, что SF6 и альтернативные газы обрабатываются одновременно. На соединениях используются различные размеры резьбы для предотвращения перепутывания устройств и для предотвращения заполнения неправильным газом или газовой смесью. В то время как муфты размера M26x1.5, M45x2 и M76x2 используются на тележках для обслуживания и шлангах в зоне SF6, муфты размера M28x1.5, M48x2, M78x2 и M24x1.5, M43x2 и M74x2 соответственно используются для смесей с C4-FN и C5-FK (таблица 1). Соединения несовместимы друг с другом или с SF6. Это должно гарантировать, что различные газовые смеси случайно не вступят в контакт с остаточным газом, все еще присутствующим в компонентах, и не вызовут непреднамеренного смешивания/загрязнения.
Таблица 1: Обзор муфт типоразмеров DN8, DN20 и DN40, используемых для SF6 и альтернативных газов.
В этом контексте также рекомендуется не использовать одни и те же сосуды под давлением для различных альтернативных газов и для SF6 без тщательной очистки при использовании альтернативных газов. Поскольку, несмотря на стандартную рекуперацию ниже 1 мбар, в сосудах высокого давления и соединениях всегда остается небольшое количество остаточного газа, и поэтому невозможно предотвратить загрязнение другими газовыми смесями или SF6. Специально разработанные сервисные тележки уже используются сегодня для заправки альтернативных газов. Эти тележки используются при заполнении газоизолированного оборудования, восстановлении и очистке на месте после утечек и сбросов. Основным отличием в обращении по сравнению с SF6 является заполнение газовых отсеков частично сжиженными газовыми смесями. Технические решения для предотвращения случайного загрязнения в результате использования неправильного оборудования уже доступны сегодня. Такие решения включают использование различных размеров резьбы для различных альтернативных газов и SF6. Четвертая и заключительная часть руководства будет посвящена измерению качества газа, различным параметрам измерения, а также устойчивому восстановлению и повторному использованию альтернативных газов.