SF6 V VISOKONAPETOSTNIH STIKALNIH MEHANIZMIH · ABSTRACT The thesis basically coveres the gas...

ICES

VIŠJA STROKOVNA ŠOLA

Diplomsko delo višješolskega strokovnega študija

Program: Elektroenergetika

Modul: Elektroenergetska učinkovitost in električne

instalacije

SF6 V VISOKONAPETOSTNIH STIKALNIH

MEHANIZMIH

Mentor: mag. Viktor Lovrenčič, univ. dipl. inž. el. Kandidat: Mitja Lovrec

Lektorica: Urška Polanec, univ. dipl. prim. jez.

Ljubljana, marec 2014

ZAHVALA

Zahvaljujem se mentorju in predavatelju mag. Viktorju Lovrenčiču za strokovno

pomoč, ki mi jo je nudil z veliko prizadevnostjo.

Zahvaljujem se tudi lektorici Urški Polanec, ki je mojo diplomsko nalogo jezikovno in

slovnično pregledala.

Za moralno podporo in strpnost med študijem se zahvaljujem svoji družini: mami

Marjani, očetu Branku ter punci Tadeji.

Za psihično podporo se zahvaljujem vsem sošolcem, še posebej sošolcu Leonu.

IZJAVA

»Študent/ka Mitja Lovrec izjavljam, da sem avtor/ica tega diplomskega dela, ki sem

ga napisal/a pod mentorstvom mag. Viktorja Lovrenčiča.«

»Skladno s 1. odstavkom 21. člena Zakona o avtorski in sorodnih pravicah

dovoljujem objavo tega diplomskega dela na spletni strani šole.«

Dne 12.3.2014 Podpis: __________________

POVZETEK

V diplomskem delu je v osnovi zajet plin žveplov heksafluorid (SF6) ter njegov vpliv

iz okoljevarstvenega vidika. Plin v elektroenergetskem sistemu uporabljamo zaradi

njegovih odličnih izolacijskih in termičnih lastnosti. Predstavljene so stikalne naprave

z vsebnostjo plina SF6, katere se uporabljajo na področju visokonapetostnih

stikalnih mehanizmov. Plin SF6 spada med toplogredne pline (TPG), ki imajo

negativen vpliv na podnebne spremembe. Prav zato je poseben poudarek v

diplomski nalogi namenjen ekološko zakonskim zahtevam o ravnanju s plinom SF6.

V diplomi podamo nekatere ukrepe za boljši nadzor plina SF6 in predstavimo

ustrezno recikliranje oz. uničenje plina po njegovi življenjski dobi.

KLJUČNE BESEDE

Plin SF6, visokonapetostni stikalni mehanizem, toplogredni plini, Kjotski sporazum,

podnebne spremembe.

ABSTRACT

The thesis basically coveres the gas sulfur hexafluoride (SF6) and its impact from

an environmental point of view. Gas in the electric power system is used because of

its excellent insulating and thermal properties. Presented here are the switchgears

containing SF6 gas, which are used in high-voltage switchgear mechanisems. SF6

gas is one of the greenhouse gases (GHG), which have a negative impact on

climate change. This is why a special emphasis is aimed at ecological statutory

requirements on the handling of SF6 gas. The thesis will present the reader some

measures to the better control of SF6 gas and introduce proper recycling or

destruction methods of this gas after its use.

KEYWORDS

Gas SF6, high voltage switchgear, greenhouse gases, Kyoto agreement, climate

changes.

KAZALO

1 UVOD ............................................................................................................... 1 1.1 Predstavitev problema................................................................................ 1 1.2 Cilji naloge ................................................................................................. 1 1.3 Predpostavke in omejitve ........................................................................... 1 1.4 Metode dela ............................................................................................... 2

2 SF6 V PLINU ..................................................................................................... 2 2.1 Definicija SF6 .............................................................................................. 2

2.1.1 Fizikalne lastnosti ................................................................................ 2 2.1.2 Kemične lastnosti ................................................................................ 3 2.1.3 Električne lastnosti .............................................................................. 4

2.2 Pritisk plina ................................................................................................. 5 2.3 Vpliv na človeka ......................................................................................... 6

3 RAZLOGI ZA UPORABO SF6 V EES ................................................................ 8 3.1 Splošno ...................................................................................................... 8 3.2 Električni oblok ........................................................................................... 9

3.2.1 Teoretične osnove in lastnosti električnega obloka .............................. 9 3.2.2 Gašenje električnega obloka ............................................................... 9

3.3 Visokonapetostni stikalni mehanizmi ........................................................ 11 3.3.1 Ločilniki ............................................................................................. 16 3.3.2 Odklopniki ......................................................................................... 18 3.3.3 GIS ................................................................................................... 21 3.3.4 SN stikalne celice .............................................................................. 23

4 GLOBALNO SEGREVANJE ............................................................................ 29 4.1 Podnebne spremembe ............................................................................. 29 4.2 Toplogredni plini (TPG) ............................................................................ 30

4.2.1 Fluorirani toplogredni plini ................................................................. 31 4.2.2 Emisije plina SF6 in okoljska problematika ........................................ 32

4.3 Kjotski sporazum ...................................................................................... 34 4.4 Okoljska zakonodaja ................................................................................ 34

4.4.1 Obvezujoča zakonodaja .................................................................... 35 4.4.2 Priporočila – standardi ter priročniki .................................................. 37 4.4.3 Uredbe o določenih fluoriranih toplogrednih plinih ............................. 38

4.5 Ravnanje s PLINOM SF6 .......................................................................... 43 4.5.1 Kontaminacija SF6 v elektroenergetskih napravah ............................ 43 4.5.2 Ocena puščanja plina iz obstoječih SF6 naprav ................................. 45

4.6 Reciklaža odpadkov z vsebnostjo SF6 ...................................................... 46 4.6.1 Shranjevanje in transport plina .......................................................... 47 4.6.2 Končno uničenje SF6 plina ................................................................ 48

5 ZAKLJUČEK ................................................................................................... 49 LITERATURA IN VIRI ............................................................................................ 51

PRILOGE ........................................................................................................... 52 KAZALO SLIK ..................................................................................................... 52 KAZALO TABEL ................................................................................................. 52

ICES – Višja strokovna šola Diplomsko delo višješolskega strokovnega študija

Mitja Lovrec: Sf6 v visokonapetostnih stiklanih mehanizmih stran 1 od 52

1 UVOD

1.1 PREDSTAVITEV PROBLEMA

"SF6 v visokonapetostnih stikalnih mehanizmih" je naslov diplomske naloge. Za to

temo sem se odločil, da bi podrobneje raziskal problem izpustov toplogrednih plinov

(TPG). Skozi diplomsko nalogo bomo globalno raziskali in opisali problem

toplogrednih plinov, ki vplivajo na podnebne spremembe. Zelo pomembni dejavniki

pri opisanem problemu so: vzdrževanje in zagotavljanje tesnosti naprav skozi vso

življenjsko dobo, odstranitev naprav po preteku življenjske dobe z reciklažo že

uporabljenega plina SF6 in uničenje s sežigom, ko tega ni več mogoče ponovno

uporabiti oz. reciklirati.

1.2 CILJI NALOGE

Osnovni namen diplomske naloge je predstaviti problematiko toplogrednega plina

SF6 zaradi neustreznega gospodarjenja z njim. Diplomsko nalogo bomo obdelali v

treh sklopih. V prvem sklopu bomo splošno opisali SF6 plin: njegove fizikalne,

električne in kemične lastnosti. V drugem sklopu se bomo opredelili na področje

uporabe plina SF6 v visokonapetostnih stikalnih napravah in napravah

elektroenergetskega sistema. V tretjem sklopu bomo predstavili problematiko TPG

in pomen boljšega gospodarjenja s SF6 ter zmanjševanja emisij. Poglavitni smernici

pri izdelavi diplomske naloge bosta: Uredba (ES) št. 842/2006 Evropskega

parlamenta in Sveta o določenih fluoriranih toplogrednih plinih in uredba o izvajanju

Uredbe (ES) o določenih fluoriranih toplogrednih plinih (Ur.l. RS, št. 32/2007) ter

njene dopolnitve.

Cilj diplomske naloge je prikazati, kako pomembna je ozaveščenost ljudi o

toplogrednih plinih iz ekološkega vidika in prikazati, kako slednje vpliva na

neustrezne spremembe podnebja.

1.3 PREDPOSTAVKE IN OMEJITVE

V diplomski nalogi smo predpostavljali, da podjetja dosledno izpolnjujejo zahteve v

skladu s predpisi.



1.4 METODE DELA

Pri izdelavi diplomske naloge bomo uporabili opisno oz. deskriptivno metodo na

podlagi obstoječe domače literature.

2 SF6 V PLINU

2.1 DEFINICIJA SF6

Pihler (2003) navaja, da so čisti plin SF6 prvič uporabili kot izolacijski medij leta

1940. Leta 1952 so ga začeli uporabljati tudi za gašenje električnega obloka. V

komercialno rabo pa je vstopil leta 1955.

Za uporabo v visokonapetostnih stikalnih mehanizmih in oklopljenih sistemih je plin

žveplov heksafluorid SF6 skoraj idealen. Odlikujejo ga odlične električne (gašenje

obloka ter dielektričnost) in toplotne lastnosti. Proizvaja se z direktno reakcijo med

fluorom (pridobivamo ga z elektrolizo HF kisline) in raztaljenim žveplom. Plin SF6

mora po lastnosti ustrezati standardu Mednarodne elektrotehniške komisije (IEC

60376), ki predpisuje dovoljeno stopnjo nečistoč. Največ se ga uporablja pri

polnjenju stikalnih mehanizmov. Letno se proizvede do 10.000 ton SF6 in od tega se

ga več kot 8.000 ton uporabi v električni industriji.

2.1.1 Fizikalne lastnosti

SF6 plin je brezbarven, brez vonja, netoksičen in negorljiv. Pri 20 °C in pritisku

0.20223 Mpa je njegova specifična masa 6.135 kg/m3. Njegova teža je približno

petkrat večja od zraka, zato se v odsotnosti mešanja zbira na nižje ležečih predelih,

kot so na primer kanali za kable, na dnu posod … Do zadušitve lahko pride, če se v

zaprtih prostorih zberejo večje količine plina. Prav tako so lahko določene nečistoče,

ki so prisotne v komercialnem plinu, strupene, vendar jih ni mogoče določiti po

analitični metodi, ker so njihove koncentracije tako majhne. Z difuzijo in konvekcijo

se plin počasi meša z zrakom in nato preneha delovati.

Vrelišče doseže pri temperaturi -60 °C in pritisku 0.1013 MPa. Pri 3.76 MPa plin

doseže kritični pritisk in kritično temperaturo pri 45.5 °C. V visokonapetostni opremi

je obratovalni tlak plina SF6 običajno od 100 kPa do 600 kPa. Tlak v odklopnikih je

običajno od 400 do 500 kPa, temperatura tam je utekočinjena od -30 °C do -40 °C in

tako lahko obratuje v skoraj vseh klimatskih področij brez dodatnega gretja. V

termodinamičnem smislu pa se plin ne obnaša kot popolnoma idealen plin, ker se

uporablja tudi v bližini utekočinjenja. Zaradi njegove večje gostote in nižje

viskoznosti je njegova sposobnost prenašanja toplote 2 do 5-krat boljša kot pri zraku



z enakim pritiskom. Plin SF6 je netoksičen, do zadušitve pri živalih in ljudeh pride le

takrat, kadar sočasno ni dovolj kisika (Pihler, 2003).

Veličina Vrednost

Molekularna teža 146,05

Točka uplinjanja -63,0 °C

Tlak delnega uplinjanja pri 20 °C 10,62 bar

Gostota (v tekočem stanju) pri 50 °C 1,98 g/ml

Gostota (v tekočem stanju) pri 25 °C 1,329 g/ml

Relativna gostota glede na zrak (1) 5,10

Specifična toplota pri 30 °C 0,599 J/g

Toplotna prevodnost 1,41*107W/m/K

Viskoznost 1,61*103Pa.s

Tabela 1: Osnovne fizikalne lastnosti plina SF6

(Vir: Cencen, 2010, str. 40)

2.1.2 Kemične lastnosti

Sestava plinske molekule je zelo stabilna zaradi šestih simetrično razporejenih

fluorovih atomov okoli centralnega žveplovega atoma. Pri sobni temperaturi ne

reagira z nobenim materialom, zato SF6 uvrščamo med enega izmed najmanj

reaktivnih plinov (do 150 °C je kemično inerten).

S segrevanjem se plin disocira v manjše molekule in nazadnje v atome. Pri približno

1500 K (1200 °C) se prične izrazita termična disociacija, pri 3000 K pa se doseže

popolni tekoči razkroj do atomov. Pri visokih temperaturah, ki se pojavljajo pri

električnem obloku, razpade plin SF6 v različne komponente, kot so: SF4, SF2, male

količine S2, F2, S, F … Le-te so tako na steklo kot na kovine ob pristnosti vlage

delno korozivne. S kombinacijo teh elementov in z uparjenimi kovinami nastajajo

sestavine, ki nastopajo kot belkast prah z dobro izolacijskimi lastnostmi. V zelo

kratkem času, od 10-6 do 10-7 s po ugasitvi obloka, se rekombinirajo že vse zgoraj

omenjene kemično aktivne nečistoče, ki nastajajo pri nastanku obloka pri različnih

temperaturah. Preostale količine nečistoč lahko odstranimo z absorbcijskimi

materiali, kot je Al2O3, ki je shranjen znotraj stikalnega prostora. K zanesljivosti SF6



prav tako pomaga aluminij, ki absorbira vlago. Oksidacijo kontaktov izloči odsotnost

zraka. Ko imamo opravka z velikimi tokovi, je razjedanje kontaktov pri uporabi SF6

plina v visokonapetostni opremi dosti manjše kot pri kontaktih v zraku (Pihler, 2003).

Slika 1: Geometrijska sestava molekul SF6

(Vir: http://powerplantccs.com)

2.1.3 Električne lastnosti

Funkcija produkta razmika med elektrodama in relativno gostoto plina je preskočna

napetost plina v homogenem električnem polju. Funkcija, razmik med elektrodama

kot preskočna napetost v različnih medijih, je podana na sliki 3.28 (olje, zrak, SF6,

vakuum). Tlak, v katerem se nahaja SF6 plin, je atmosferski. Kot vidimo s slike, je

Plin SF6 od olja do dvakrat slabši dielektrik, od vakuuma pa celo do trikrat. Pri 0.3

MPa pritiska je njegova dielektrična trdnost približno enaka vakuumu, pri 0.2 MPa

pa je enaka olju.

Plin SF6 ima relativno dielektrično konstanto r = 1.0021 (0.1013 MPa in 20 °C).

Zaradi elektronegativnega značaja njegove molekule ima SF6 odlične dielektrične

izolacijske sposobnosti. Težki ioni nastajajo, ko njegove molekule na sebe vežejo in

privlačijo svobodne elektrone. Začetno stopnjo obločne praznitve predstavljajo

negativno ioni, ki imajo skoraj enako hitrost kot pozitivni ioni, kar pa pomeni, da so

slabo gibljivi in s tem zavirajo nastajanje večje količine elektronov. Pri pritisku, ki je

večji od 300 kPa, je SF6 boljši izolator kot olje. Pri enakih pogojih (ob enakem

pritisku) pa je dielektrična trdnost SF6 plina približno 2.5-krat večja kot pri zraku.

Zaradi dobre sposobnosti odvajanja toplote v temperaturnem območju gašenja

obloka in isker (1500-5000 K) je plin SF6 poznan kot odlično sredstvo za gašenje



električnega obloka. Toplotna prevodnost plina se poveča zaradi energije

disociacije, ko se molekule plina razcepijo. Pri prehodu toka skozi nič se oblok

močno ohladi zaradi izboljšanja prenosa toplote. Pri hitri ponovni vzpostavitvi

dielektrične trdnosti v območju obloka pride do prekinitve zaradi elektronegativnega

značaja SF6 in njegovih disociacisjkih produktov (Pihler, 2003).

Slika 2: Preskočna napetost različnih medijev kot funkcija razmika med elektrodama

(Vir: Pihler, 2003, str. 152)

2.2 PRITISK PLINA

Plinu SF6 se s povečevanjem tlaka dielektrična zdržnost povečuje. Zaradi tega lahko

razdalje med vodniki zmanjšamo, saj s povečevanjem tlaka dobimo bolj kompaktno

izvedbo. Slaba lastnost, ki nastane s povečevanjem tlaka je, da SF6 plin postaja bolj

občutljiv na hrapavost površin vodnikov, ohišij ter nečistoče. Dielektrična zdržnost

tako narašča manj strmo kot pri tlaku plina. Zaradi tega se povečujejo zahteve

vzdrževanja ter zmanjšuje zanesljivost obratovanja. Pri visokotlačnih

visokonapetostnih mehanizmih moramo tako stremeti k čim bolj homogeni

porazdelitvi polja znotraj ohišja. To dosežemo z načrtovanjem in izdelavo, kjer

pazljivo oblikujemo elektrode (zaobljenost).

Iz zgoraj navedenega lahko sklepamo, da pri načrtovanju oz. določanju obstaja

zgornja meja tlaka SF6, ki pa je iz ekonomskega stališča ni smiselno prekoračiti.

Pomembno je poudariti še eno dejstvo pri visokonapetostnih mehanizmih. V primeru

nenadnega padca tlaka oz. puščanja plina pod pritiskom (4 bare) na atmosferski



nivo (1 bar), se njegova dielektrična trdnost zmanjša za približno 75 %, kar pa bi

lahko povzročilo veliko nevarnost preskoka in s tem nastanek kratkega stika

(Cencen, 2010).

2.3 VPLIV NA ČLOVEKA

Lovrenčič, Lušin in Bajde Gabrovšek (2005) so ugotovili, da je SF6 plin v čisti obliki

popolnoma nestrupen. V novem plinu SF6 derivati niso prisotni. Zadušitve so možne

v primeru izpusta oz. izlitja SF6 v zaprtem prostoru, kjer težji SF6 izpodrine lažji zrak.

Zaradi tega je potrebno prostore ustrezno prezračevati, da se na dnu zaprtega

prostora ne zadržuje plin SF6. V električnih prebojih pa se sestava plina spremeni in

tako nastane kontaminiran SF6, ki je lahko v določenih primerih nevaren, ker

vsebuje derivate. Le-ti lahko že pri zelo nizkih koncentracijah povzročijo vidne znake

vpliva na človeka (na udaru so vnetja oči, ust ter nosu).

V skladu z Lovrenčič in Bajde Gabrovšek (2011b), se plin SF6 lahko vdihava brez

posledic, če je na voljo dovolj kisika, da ne pride do zadušitve, kar so pokazali tudi

testi na ljudeh in živalih. Na delovnem mestu je maksimalna dovoljena koncentracija

TLV ali MAK (za 8 urni delavnik) predpisana s 1000 ppmv (volumskih) plina SF6. Za

pline, ki so sicer neškodljivi in niso prisotni v zraku, je to standardna vrednost. Ker je

njegova gostota petkrat težja od zraka, se plin SF6 zbira na nižje ležečih predelih

(kanalih za vodnike, na dnu posod). Do zadušitve pride lahko v primeru, če se v

zaprtih prostorih zberejo večje količine plina. Zaradi tega moramo zagotoviti

ustrezno prezračevanje, kjer se s plinom SF6 srečujemo v zaprtih prostorih.

Že v zelo nizkih koncentracijah lahko z neprijetnim vonjem zaznamo spojine, ki jih

vsebuje kontaminiran SF6, zato je verjetnost takšne zastrupitve minimalna. MAK1 je

enakega velikostnega reda kot vohalni pragi za SOF2, SO2 in HF.

Strupeni razkroji v malih koncentracijah pri ljudeh povzročajo draženja dihal. Na

zdravje pa negativno vpliva daljša izpostavljenost razgradnim produktom (Tabela 2).

Fiziološke karakteristike plinastih razkrojnih spojin SF6, njihovi vplivi na zdravje in

varnost osebja:

Vse spojine plina SF6 imajo oster ali neprijeten vonj. SOF2 je stranski produkt

električnih oblokov in po količini spada med največje stranske produkte plina

SF6. Njegov vonj je podoben gnilim jajcem oz. hidrogen sulfidu (H2S). Pri

koncentracijah od 1 ppmv do 5 ppmv se ga običajno zazna v zraku. Ob

navedeni kratkotrajni izpostavljenosti nevarnosti za zdravje ne predstavlja.

Razkrojne spojine plina SF6 lahko pri daljši izpostavljenosti v visokih

koncentracijah povzročijo pljučni edem, prav tako že pri nižjih koncentracijah

dražijo oči, kožo in sluznico (na primer v respiratornem traktu).

1 MAK – Maksimalna dovoljena koncetracija (IEC 62271-303)



Težave z dihanjem in pekoče draženje pa povzročijo trdni razkrojni produkti,

ki so posledica kislosti sekundnega razkrojnega produkta HF. Ob kratkotrajni

izpostavljenosti ne pušča trajnih posledic, ker je njegovo delovanje

reverzibilno (nevtralizacija).

SNOV STABILNOST

V ZRAKU

RAZPADE V MAK (ppmv) VONJ

SF4 hitro razpade HF, SO2 pekoče kisel

S2F10 stabilen SF4, SF6 0,01

SOF2

tionil fluorid

počasi

razpade

HF, SO2 1,6 vonj po gnilih

jajcih

SOF4 hitro razpade kisel

SO2F2 stabilen 2,4 brez

SO2 stabilen 2 pekoče

HF

vodikov fluorid

hitro razpade 3 kisel

Tabela 2: Plinasti razkrojni produkti SF6

(vir: Lovrenčič, Bajde Gabrovšek, 2011b, str. 17)

Avtor prav tako navaja, da je pri rokovanju s plinom pomembno, da podjetja

poskrbijo za določeno osebno varovalno opremo (OVO) in varovala za osebe, ki

pridejo v stik s plinom SF6. Varovalna oprema sestoji iz zaščite za oči, dihala ter

telesa kot so: zaščita čevljev in kože, zaščitna očala, zaščitna maska, kislinsko

odporne rokavice in kombinezon s kapuco za enkratno uporabo.



3 RAZLOGI ZA UPORABO SF6 V EES

3.1 SPLOŠNO

V skladu z Lovrenčič in Bajde Gabrovšek (2011a) je leta 1937 bilo dokazano, da ima

plin SF6 večjo dielektrično trdnost v primerjavi z zrakom. Kasneje so se odločili, da

ga prvič komercialno uporabijo kot dielektrik v električnih napravah. V 60-tih letih

prejšnjega stoletja so bile elektroenergetske naprave prvič napolnjene s SF6. Dve

desetletji kasneje se je njihova uporaba razširila.

Plin SF6 je medij, ki zagotavlja hkrati dobre izolacijske ter gasilne lastnosti.

Uporablja se za potrebe v elektroenergetskem sistemu, pri proizvodnji večplastnih

vezanih stekel, kot inertni plin za vlivanje magnezija, za različne potrebe v medicini

(operacije mrežnice, slikanje z ultrazvokom ...) in v preteklosti za polnjenje

pnevmatik. Zadnje čase se uporablja še kot produkt pri izdelovanju polprevodnikov.

Hlebčar (2006) navaja, da je za prenos električne energije do porabnikov v

elektroenergetskem sistemu (EES) zaradi tehničnih zahtev in ekonomskih razlogov

potrebna uporaba visokih napetosti. V EES ločimo posamezne segmente glede na

različne napetostne nivoje:

(VN) visoka napetost: 110, 220 in 400 kV, pri čemer se 110 kV napetostni

nivo več ne uporablja pri prenosu, ampak služi samo še pri napajanjih za

distribucijski RTP 110 kV/SN. Zato omrežje 110 kV imenujemo kot primarno

napajalno omrežje. 220 kV je starejše izvedbe, ki se ga danes ne

poslužujemo več, ampak prehajamo na 400 kV napetostni nivo.

(SN) srednja napetost: 10, 20 in 35 kV. Za napajanje distribucijskih RTP

35/20 kV in 35/10 kV se uporabljajo 35 kV napetostna omrežja (sekundarna

napajalna omrežja), vendar pa zaradi neperspektivnosti počasi prehajamo

na direktno transformacijo 110 kV/SN.

(NN) nizka napetost: 0,4 kV napetostni nivo je namenjen uporabnikom oz.

odjemalcem manjših moči, predvsem gospodinjstvom. Teh omrežij v

nadaljevanju ne bomo več omenjali, kajti ne vsebujejo naprav s plinom SF6.

Plin SF6 se uporablja kot gasilni medij v EES pri visokonapetostnih odklopnikih (110,

220 in 400 kV), prav tako se uporablja v 110 kV stikališčih GIS izvedbe (ang. gas-

insulated switchgear), ki so kovinsko oklopljene naprave izolirane s plinom SF6. Plin

ima v teh napravah dvojno vlogo: služi kot gasilni medij za gašenje električnega

obloka ter deluje kot izolator za zagotavljanje dielektrične napetostne trdnosti. SF6

prav tako uporabljamo v SN (metal-clad) celicah. V teh celicah se plin uporablja, ker

omogoča večjo dielektrično trdnost kot zrak in s tem pripomore k manjši dimenziji

celic oz. blokov. V Sloveniji se v VN sistemih plin SF6 uporablja tudi v merilnih in



energetskih transformatorjih, kondenzatorjih, odvodnikih prenapetosti, skoznjikih in s

plinom prenosnih izoliranih vodnikih (GIL). Teh naprav je zanemarljivo malo.

3.2 ELEKTRIČNI OBLOK

3.2.1 Teoretične osnove in lastnosti električnega obloka

Pihler (2003) navaja, da je potrebno poznavanje dogajanj, ki se zgodijo ob

električnem obloku predvsem zaradi konstrukcijskih razlogov. V visokonapetostnih

ter nizkonapetostnih omrežjih in napravah spremlja električni oblok večino okvar.

Ena od fizikalnih osnov delovanja stikalnih aparatov je električni oblok. Zato morajo

biti naprave in aparati konstruirani tako, da se lahko električni oblok razvija in širi tja,

kjer povroči najmanj škode in čimprej ugasne. Oblok se nadzarovano razvija in

ugasne v posebej izdelanih komorah, ki smo jih s konstrukcijo predvidevali. Stikalni

aparati morajo imeti pregrajene celice-polja tako, da preprečimo širjenje električnega

obloka v sosednja polja. Pogosto pregradimo tudi samo stikalno celico v ustrezne

dimenzionirane predelke z namenom, da nam pri morebitnem nastanku električnega

obloka le-ta ne bi uničil vse opreme v celici.

V trenutku razdvajanja dveh kontaktov na kontaktni površini nastane velika tokovna

gostota. Le-ta je povzročena zaradi emisije elektronov iz kovinske elektrode (termo-

elektronska emisija) in ionizacije, povzročene zaradi prisotnosti električnega polja.

Tokovna gostota povzroči izparevanje kovine in segrevanje tanke zračne plasti med

kontakti v trenutku razdvajanja. Tanka plast zraka postane slabo prevodna.

Posledica tega je modra svetloba, ki jo vidimo kot iskro. Če je temperatura na

kontaktih tako visoka, da kovina močno izpareva, postane zračna plast močno

prevodna in pride do električnega obloka. Pri tem zadostuje že malo volumskih

odstotkov kovinskih par za večkratno povečanje prevodnosti obločne poti. Oblok je,

s pomočjo visoke temperature, prevodna visoko ionizirana plinska cevka, ki postane

plazma, katere ionizacija in prevodnost se močno večata s povečano temperaturo

(Pihler, 2003, str. 101).

Zgoraj opisane lastnosti veljajo za prekinjanje električnega toka med dvema

prevodnikoma.

3.2.2 Gašenje električnega obloka

Za gašenje električnega obloka obstaja več različnih načinov oziroma

konstrukcijskih izvedb. Največ sta v uporabi enopretočni in dvopretočni način

prekinjanja. Gasilni medij je nameščen v izolacijskem polu, ki je pri zunaj montažnih



izvedbah iz porcelana. Plin SF6 se nahaja v celotnem polu, z dodatno konstrukcijo

pa se pridobi še dodatno komprimiran plin SF6 (Pihler, 2003).

Enopretočno prekinjanje

Enopretočno prekinjanje prikazuje slika 3, pri čemer je pogonski mehanizem zaradi

tlaka plina za gašenje bolj obremenjen. Pri odpiranju odklopnika se v kompresijski

komori ustvari potreben tlak za gašenje. Skozi teflonsko šobo se plin pod velikim

tlakom spusti v komoro in pogasi električni oblok.

Slika 3: Enopretočno prekinjanje električnega obloka

(Vir: Gjerkiš, 2010, str. 39)

Dvopretočno prekinjanje

Na sliki 4 je prikazano dvopretočno prekinjanje. Razlika je v konstrukciji, ki je

dopolnjena z ločenim kompresijskim valjem ter votlo notranjostjo fiksnega in

pomičnega kontakta. Plin SF6 je komprimiran v kompresijski komori. Električni oblok

je pogašen, ko po ločitvi fiksnega in pomičnega kontakta plin vdre v votle dele obeh

kontaktov.



Slika 4: Dvopretočno prekinjanje električnega obloka

(Vir: Gjerkiš, 2010, str. 41)

3.3 VISOKONAPETOSTNI STIKALNI MEHANIZMI

Pihler (2003) navaja, da so za vzpostavitev, vzdrževanje in prekinjanje električnih

tokokrogov zadolženi električni stikalni aparati. S funkcijo vklapljanja in izklapljanja

stikalni aparati upravljajo proizvodnjo, transformacijo, prenos in porabo električne

energije.

V to področje naprav spadajo različni proizvodi, ki jih razvrščamo po naslednjih

kriterijih:

1. delitev po namenu in funkciji:

ločilna stikala

ločilniki

odklopniki

kontaktorji

odvodniki

varovalke

releji

stikalne naprave



pribor (skoznjiki, podporniki, dušilke ...)

2. delitev aparata glede na nazivno napetost:

visokonapetostne naprave nad 35 kV

srednjenapetostne naprave od 1 kV do 35 kV

nizkonapetostne naprave do 1 kV

3. delitev na osnovi tokokroga:

izmenični tokokrog

enosmerni tokokrog

4. delitev na kraj uporabe aparatov:

inštalacijski

distribucijski

prenosni

rudniški

5. delitev na osnovi vrste mehanske zaščite:

notranjemontažni

zunanjemontažni

eksplozijsko zaščiteni aparati

Odklopnike in ločilna stikala delimo tudi glede na vrsto medija, s katerim gasimo

električni oblok (zraven gasilnega medija SF6 poznamo še ostale, kot so: zračni z

generiranjem plina, malooljni, vakuumski, s trdim plinom, s komprimiranim zrakom

…) in na osnovi intenzivnosti gašenja električnega obloka (tokovno odvisna in

neodvisna stikala). Zaradi zahtev po vedno večji zanesljivosti delovanja in

ekonomičnosti električnih stikalnih naprav se na tem področju veliko vlaga v razvoj

novih konstrukcijskih rešitev, odkrivanja novih fizikalnih principov in uporabo

najsodobnejše tehnologije in materialov.

Stikalna naprava je naprava ali kombinacija naprav s pripadajočo merilno, krmilno,

zaščitno in regulacijsko opremo ali sestava takih naprav s pripadajočimi

povezavami, pomožnimi napravami, okrovi in nosilnimi konstrukcijami (Pihler, 2003,

str. 117).

Stikalna naprava je stikalni aparat, ki je izdelan za vklapljanje in izklapljanje

električnega kroga v enem ali več tokokrogih.

Dodajmo še definicijo mehanskega stikalnega aparata, pri katerem stikalna naprava

za vklop in izklop v enem ali več tokokrogih preklaplja s pomočjo ločljivih kontaktov.

Spreminjanje lege gibljivega kontakta (kontaktov) iz enega položaja v sosedni

položaj imenujemo stikalni manever mehanskega stikala.

Ločimo jih po osnovi dovedene energije, ki je potrebna za izvedbo manevra.



1. Stikalni manever, ki je odvisen od ročnega pomika (stikalni manevri, ki jih

povzroči človek s svojim posegom in pri katerem sta sila ter hitrost odvisni od

tega posega).

2. Stikalni manever, ki je odvisen od pomožne energije (stikalni manevri so

odvisni od neprekinjene dobave energije, ki ni človeškega izvora).

3. S shranjeno energijo izvedeni stikalni manevri (stikalni manever, ki ima

energijo shranjeno v samem mehanizmu in jo je pred dokončanjem manevra

dovolj, da izvede manever po vnaprej določenih pogojih). Te stikalne tipe

manevra delimo naprej glede na:

izvedbo pogona (kompromiran plin, elektromagnet, vzmet),

način shranjevanja energije (kondenzator, utež, vzmet ...),

izvor energije (el. energija, človeška energija ...),

vrsta sprostitve te energije (električno, ročno ...).

4. Stikalni manever, ki je neodvisen od ročnega pomika (stikalni manever s

shranjeno energijo, katera izvira od operaterja, se shrani in nato sprosti v

neprekinjenem manevru, tako da hitrost in sila nista odvisna od operaterja).

Mehanske stikalne aparate ločimo tudi med zaprtim in odprtim položajem naprave, v

kateri je vnaprej določen razmik med odprtimi kontakti glavnega tokokroga aparata

in kjer je vnaprej zagotovljena določena prevodnost glavnega tokokroga aparata.

Vsi prevodni deli stikalnega aparata so glavni tokokrogi stikalnega aparata, vključeni

v tokokrog, ki se vklaplja ali izklaplja.

Vsi ostali prevodni deli, ki pa niso deli glavnega tokokroga, so krmilni tokokrogi

stikalnega aparata, ki so vključeni v tokokrog in so namenjeni vklapljanju ter

izklapljanju.

V pomožni tokokrog stikalnega aparata spadajo vsi prevodni deli stikalnega aparata,

ki so namenjeni vključevanju v tokokrog, ki je drugačen od glavnega in krmilnega

tokokroga (signalizacija).

V glavni tokokrog je vključen tudi glavni kontakt z namenom, da v zaprtem položaju

prevaja tok glavnega tokokroga.

Kontakt namenjen vzpostavitvi električnega obloka imenujemo obločni kontakt.

Pri stikalnih aparatih so značilni naslednji tokovi:

kratkotrajni zdržni tok je tok, ki ga lahko stikalni aparat zdrži kratek čas (1

s do 3 s) pod predpisanimi pogoji delovanja,

temenski zdržni tok je tok, ki ga lahko sklenjen stikalni aparat ali

tokokrog, kadar je vključen, zdrži pod predpisanimi pogoji delovanja,



vklopna zmogljivost stikalnega aparata je vrednost vklopnega toka, ki jo

stikalna naprava še mora vklopiti pri dani napetosti pod določenimi pogoji

uporabe in obnašanja,

izklopna zmogljivost stikalnega aparata je vrednost izklopnega toka, ki ga

stikalni aparat še lahko prekine pri povratni napetosti pod določenimi

pogoji uporabe in obnašanja,

povratna napetost je napetost, ki nastane ob prekinitvi toka na sponkah

stikalnega aparata,

prehodna povratna napetost je napetost, ki se nahaja v časovnem

intervalu, v katerem prevladuje prehodni značaj,

kratkostična vklopna in izklopna zmogljivost je tista vklopna in izklopna

zmogljivost, ki za predpisanimi pogoji delovanja vključuje tudi kratkostični

tok stikalnega aparata.



Zap.

št.

Naziv

stikalnega

aparata

(slovenski)

Naziv

stikalnega

aparata

(angleški)

Naziv

stikalnega

aparata

(nemški)

Naziv

mednarodnega

oz. slovenskega

standarda

Grafični

simbol

aparata

1. ločilnik disconnec-

tor

Trennsschalter IEC 62271-102

SIST EN 62271-

102

2. ozemljitv -

eni ločilnik

earthing

switch

Erdungs-

schalter

IEC 62271-102

SIST EN 62271-

102

3. ličilno

stikalo

switch-

disconnec-

tor

Lasttrenn-

schalter

IEC 60265

SIST EN 60265

4. ločilno

stikalo z

varovalk-

ami

switch-

disconnec-

tor

with fuse

Lasttrenn-

schalter mit

Sicherungen

IEC 62271-100

SIST EN 62271-

100

5. odklopnik circuit-

breaker

Leistungs-

schalter

IEC 62271-100

SIST EN 62271-

100

6. NN

odklopnik

low-voltage

circuit-

breakers

Niederspannun

gs Leistungs-

schalter

IEC 60947-2

SIST EN 60947-

2

7. NN

kontaktorji

in motorski

zaganjal -

niki

low-voltage

contacts

and motor

starters

Niederspannun

gs Schütze und

Motorstarters

IEC 60947-4

SIST EN 60947-

4

Tabela 3: Izrazi, standardi, grafični simboli stikalnih aparatov

(Vir: Pihler, 2003, str. 121)

V skladu z IEC 60617 (1997) so v tabeli 3 prikazani grafični simboli za stikalne

aparate za mednarodne in obstoječe slovenske standarde ter osnovni izrazi v

slovenskem, angleškem in nemškem jeziku.

Vsi tukaj obravnavani odklopniki in ločilna stikala spadajo v skupino obločnih

stikalnih aparatov.



Električni oblok je na današnji stopnji razvoja še vedno najbolj izpopolnjen in

ekonomsko najugodnejši element prekinjanja električnega toka. Povzročitev izjemno

visokih napetosti preprečuje z nekontinuiranim prekinjanjem toka. Brez posebnih

naprav za sinhronizacijo omogoča prekinjanje toka pri prehodu skozi naravno ničlo.

Zaradi preprečevanja prekomernega segrevanja aparata je potrebno trajanje obloka

omejiti na najmanjšo možno mero in hkrati skrajšati proces izklopa. Osnovni

problem konstrukcije električnih aparatov so torej procesi gašenja električnega

obloka in obnavljanje ioniziranega medija v obločni komori.

Glede na vrsto električnega obloka delimo naprave na:

1. naprave z dolgim oblokom in posebnim medijem za gašenje:

z odvisno karakteristiko gašenja (intenzivnost gašenja je odvisna od

jakosti toka: malooljni, plinotvorni ...),

z neodvisno karakteristiko gašenja (intenzivnost gašenja električnega

obloka ni odvisna od jakosti električnega toka: SF6, pnevmatski ...),

2. naprave s kratkim oblokom ali brez medija za gašenje električnega

obloka (vakuumski odklopniki).

V aparatih so navadno kombinirani načini gašenja električnega obloka.

3.3.1 Ločilniki

V skladu s predpisi ločilnik v odprtem položaju zagotavlja ločilno razdaljo. Za

določen čas je sposoben prevajati kratkostične tokove in prevajati tok v normalnih

obratovalnih pogojih, lahko pa vklaplja in izklaplja tudi samo male tokove. Služi za

ločevanje prevodnih delov od neprevodnih delov. Izolatorji in kontaktorji morajo biti

sposobni prenesti vsa dinamična in termična naprezanja, ki se pojavljajo v omrežju.

V skupino ločilnikov spada tudi ozemljitveni ločilnik za ozemljevanje delov

tokokrogov, ki je kot mehanski stikalni aparat za določen časovni interval spodoben

prevajati kratkostične tokove, ni pa sposoben prevajati toka pod normalnimi pogoji

obratovanja. Omogoča še vklapljanje kratkostičnih tokov (vzmet, ki je vgrajena za

hitro zapiranje). Ta vrsta ločilnikov je prikazana na sliki 5.



Slika 5: Ozemljitveni ločilnik z prigrajenim hitrim zapiranjem

(Vir: www.ritter-starkstromtechnik.de )

Proizvajalec ločilnih stikalnih aparatov mora po standardu (IEC 62271-102) definirati

nazivne karakteristike na napisni ploščici aparata.

Izvor energije, ki je potrebna za pogonski mehanizem, je ročni ali z elektromotorjem.

Ločilnike delimo glede na izvedbo konstrukcije v naslednje skupine:

ločilniki s kontaktnimi noži

drsni ločilniki

krožni ločilniki

ločilniki ostalih konstrukcij

Ozemljitveni ločilnik ali varovalke so lahko prigrajene kakršnikoli izvedbi ločilnikov

(Pihler, 2003).

Ločilna stikala

Ločilno stikalo je stikalo, ki v izklopljenem stanju zadovoljuje ločilne zahteve, ki so

predpisane za ločilnik. Omogoča vklapljanje, vodenje in izklapljanje tokov nazivnih

obremenitev hkrati je sposobno vklapljati ter za kratek čas voditi kratkostične

tokove. Kratkostičnih tokov ločilno stikalo ne more izklapljati, ampak za izklapljanje

služijo visoko učinkovite varovalke, ki so sestavni del stikala. Le te so v uporabi

http://www.ritter-starkstromtechnik.de/site/EN/Schaltgeraete_Ms_EDSES.html



povsod, kjer tokokrogi niso posebej pomembni in kjer ni pogostih izklopov kratkih

stikov (kot na primer v distribucijskem omrežju, kjer mora to funkcijo opravljati veliko

dražji odklopnik).

Kontaktni sistem ločilnega stikala mora biti zaradi električnega obloka kakovostne

izdelave, hkrati mora imeti zanesljive načine gašenja električnega obloka.

Ločilna stikala, ki vsebujejo gasilni medij SF6 v plinu, so sestavni del kovinsko

oklopljene naprave. To so kompresijska stikala, ki delujejo v atmosferi plina SF6 in

ne v zraku. Uporabna so tako za notranjo kot za zunanjo montažo (Pihler, 2003).

Podrobnosti teh naprav bomo razložili v poglavju 3.3.3.

3.3.2 Odklopniki

Odklopnik je tisto mehansko stikalo, ki je sposobno vklopiti, prevajati in izklopiti tok v

normalnih pogojih obratovanja ter vklopiti ali prevajati izklopilni tok v določenem

časovnem intervalu v nenormalnih pogojih obratovanja, kot je kratki stik.

Odklopnike delimo glede na vrsto gasilnega medija na: malooljne, zračne in plinske.

Najprej so začeli uporabljati malooljne odklopnike (1897). Prvi odklopniki so bili

velikih razsežnosti in z veliko količino olja, zato se je kasneje začela uporabljati

spremenjena izvedba malooljnega odklopnika, v katerem je olje samo v vsakem

polu ene faze. V tem času so začeli uporabljati tudi drugo obliko gasilnega medija, in

sicer zračne odklopnike s komprimiranim zrakom ali z elektromagnetnim odpihom. V

Evropi se je uporabljal predvsem v industrijskih pogonih. Ob teh že omenjenih

odklopnikih sta kasneje prišla v uporabo še SF6 ter vakuumski odklopnik. Leta 1900

je bil razvit vakuumski odklopnik, a je zaradi težav s tehnologijo izdelave in

ekonomske cene prišel v uporabo šele okrog leta 1940. Proizvodnja teh odklopnikov

je v polni meri narasla v sedemdesetih letih. Odklopniki z gasilnim medijem SF6 so

se začeli uporabljati na najvišjih napetostnih nivojih leta 1960 (Pihler, 2003).

Nazivne značilnosti odklopnikov

Zaradi določanja lastnosti odklopnika, njegovih pogonskih mehanizmov in pomožnih

naprav je potrebno navesti nazivne značilnosti odklopnika:

nazivno napetost Ur

nazivno frekvenco fr

nazivni izolacijski nivo

kratkotrajni zdržni tok Ik

temenski zdržni tok Ip

nazivni trajni tok Ir

nazivno kratkostično prehodno povratno napetost na sponkah aparata



nazivno kratkostično izklopno zmogljivost

nazivno napajalno napetost naprav za zagon in krmiljenje

nazivno kratkostično izklopno zmogljivost

nazivno kratkostično vklopno zmogljivost

nazivno zaporedje operacij

V določenih primerih ali na posebno zahtevo je potrebno dodati še:

nazivno izklopno zmogljivost neobremenjenega kabla, daljnovoda, malih

induktivnih tokov, kondenzatorske baterije ... (Pihler, 2003).

Hlebčar (2006) ugotavlja, da se plin SF6 v EES uporablja že nekaj desetletij v VN

odklopnikih. Zaradi njegovih odličnih termičnih, izolacijskih in kemičnih lastnosti so

odklopniki zmogljivejši in manjših dimenzij. Ti odklopniki so se v Sloveniji začeli

uporabljati leta 1976 in s tem nadomeščati stare oljne odklopnike. SF6 odklopniki so

izvedeni tako, da so hermetično zaprte cevi napolnjene s plinom SF6. Izvedba

odklopnika omogoča dodatno vpihovanje plina SF6 na najbolj izpostavljeno mesto v

trenutku električnega obloka, tako da lahko še zmanjšamo dimenzijo te naprave.

Izvedbe odklopnikov

Pihler (2003) navaja da, so v šestdesetih letih prejšnjega stoletja bili prvi odklopniki

SF6 uporabljeni za zunanjo montažo. Slednji prevladujejo tudi danes na 110 kV

napetostnem nivoju, kar prikazuje (slika 7). Vsak pol odklopnika ima svoj sklop.

Zunanjost pola sestavljajo izolacijske rebraste cevi iz porcelana. V notranjosti

odklopnika je nameščen gasilni medij s pripadajočimi kontakti. Na SN nivoju se

predvsem v Franciji in Italiji uporablja notranjemontažni SF6 odklopnik.

Način gašenja električnega obloka in zaporedje odpiralnih operacij odklopnika sta

prikazani na sliki 6.



Slika 6: Prerez gasilne komore in zaporedje odpiralnih operacij odklopnika

(Vir: Cencen, 2010, str. 14)

Slika 7: Odklopniki SF6 v zunanjem montažnem stikališču

(Vir: Hlebčar, 2006, str. 12)



3.3.3 GIS

Hlebčar (2006) navaja, da je večna problematika visoko napetostne tehnike

primerna izolacija. Pri prosto zračnih vodih, stikalnih aparatih in drugih napravah

EES z zunanjimi izolatorji se kot izolator izkorišča napetostna trdnost zraka. Zaradi

prenapetosti, ki jo lahko povzroči udar strele in notranje prenapetosti, ki nastopa

zaradi napak v omrežju stikalnih manevrov, mora izolacija poleg obratovalne

napetosti zdržati tudi kratkotrajne prenapetosti. Zato je potrebna ustrezno velika

razdalja med posameznimi deli pod napetostjo in ozemljenimi deli.

Velikost VN in SN stikališč tako pogojujejo prav te razdalje. VN stikališča klasičnih

izvedb zahtevajo velike površine. Cene zemljišč stalno rastejo, ponekod pa prostih

zemljišč za novo zunanje stikališče sploh ni (na primer za novo elektrarno, novo

transformatorsko postajo (RTP) ali za širitev obstoječih stikališč). Klasična zunanja

stikališča so izpostavljena zunanjim vremenskim vplivom ter naravnemu in

industrijskemu onesnaževanju iz zraka, koroziji … Vse to povzroča hitrejše staranje

naprav in okvare, kar pa vpliva na zanesljivost EES. S tem se povečujejo tudi stroški

vzdrževanja in servisiranja.

Slika 8: Primerjava dimenzij klasičnega in GIS stikališča


Stikališče GIS izvedbe je sestavljeno iz elementov (ločilniki, odklopniki, zbiralke,

merilni transformatorji, kabelski priključki ...), ki se nahajajo v skupnem kovinskem

ohišju napolnjenim s plinom SF6. Plin SF6 ima v samem odklopniku stikališča

funkcijo gasilnega medija za gašenje električnega obloka, v celotnem ostalem

področju pa opravlja naloge kot izolacijski medij.



Slika 9: GIS izvedba stikališča v zaprtem prostoru

(Vir: www.alstom.com )

GIS stikališča nimajo pomanjkljivosti, ki so značilna za zunanja stikališča, ker so vsi

elementi hermetično zaprti v kovinskem ohišju. Tehnologija, ki se uporablja v GIS

izvedbah prednjači v tem, da so stikališča bistveno manjših dimenzij kot klasična

stikališča klasičnih izvedb (slika 8). Ta lastnost tako omogoča, da so GIS stikališča

lahko postavljena v zaprte prostore (slika 9). Prednosti se še posebej pokažejo

takrat, ko je stikališče potrebno postaviti v urbana središča in kjer zaradi

pomanjkanja prostora fizično ne bi bilo možno postaviti stikališča klasične izvedbe.

Poznamo pa seveda tudi zunanje izvedbe GIS stikališča (slika 10).

Trenutno je slabost GIS tehnologije v tem, da je to še razmeroma nova ter nekoliko

dražja tehnologija v primerjavi s klasično. Vendar pa se ekonomsko že približuje

klasični tehnologiji, in sicer z dražitvijo zemljišč ter pomanjkanjem prostora za

klasične izvedbe stikališč. GIS stikališča odlikujejo še druge prednosti. Ni možnosti

za neposreden dotik delov, ki so pod napetostjo, kajti vsi deli pod napetostjo so v

hermetično ozemljenih zaprtih ceveh izoliranih s plinom SF6. Preko električnih

indikatorjev na kontrolni plošči stikališča nadzorujemo položaj odklopnikov in

ločilnikov v ceveh stikališča. Zaradi hermetične tesnosti imamo v GIS stikališčih

samo minimalna vzdrževanja in dolgo življenjsko dobo ter s tem visoko učinkovitost

delovanja.

Vse zgoraj omenjene prednosti GIS stikališč pa omogoča plin SF6 s svojimi

odličnimi fizikalnimi, izolacijskimi, kemičnimi in termičnimi lastnostmi.

http://www.alstom.com/grid/solutions/high-voltage-power-products/substations/F35-Gas-insulated-Substations-up-to-170-kV/



Slika 10: Zunanja izvedba GIS stikališča

(Vir: .abb.com )

3.3.4 SN stikalne celice

Hlebčar (2006) navaja, da se je v zadnjem času na SN nivoju uporaba plina SF6

močno zvišala. Uporablja se v SN blokih oz. celicah (metal-clad), ki so prikazane na

sliki 11. Plin SF6 se nahaja v celicah zaradi boljše napetostne trdnosti v primerjavi z

zrakom. Pripomore h krajšim razdaljam med posameznimi deli pod napetostjo in

ozemljenimi deli ter s tem vpliva na velikost SN celic. Medtem pa so odklopniki v teh

celicah večinoma vakuumski. SN celice ne potrebujejo nobenega vzdrževanja, ker

so celice oz. SN bloki popolnoma zavarjeni in tovarniško napolnjeni s plinom SF6

pod pritiskom 0,5 bara. Ni jih potrebno dopolnjevati do konca njihove življenjske

dobe. Prav tako niso občutljive na prah in vlago, ker so hermetično zaprte.

Pregled razvoja stikalnih celic

Pihler (2003) ugotavlja, da se na SN nivoju stikalne celice uporabljajo v industrijskih

in distribucijskih transformatorskih postajah. Na začetku razvoja so se v glavnem

pojavljale zidne celice s stalno vgrajenimi stikalnimi aparati. Značilnost teh celic je

bila dobra preglednost in slaba varnost uporabnikov. Prednji del celic je bil namreč

zaščiten samo s kovinsko mrežo, ki pa uporabnika ni ščitila pred poškodbami v

primeru okvar. Z naraščanjem električne moči za potrebe industrijskih pogonov je

http://www.abb.com/cawp/seitp202/5fd2faf1ff538948c125758200351dee.aspx



prišlo do uporabe kovinskih celic, ki so bile opremljene z izvečljivimi vozički, na

katerih so bili odklopniki. V začetku devetdesetih let so v Evropi, razen v Franciji,

začeli prevladovati vakuumski odklopniki, kajti s tem načinom se je izredno skrajšal

čas odprave napake, s tem pa se je posledično izboljšala obratovalna zanesljivost

naprav.

Po uporabi zidanih stikalnih naprav v distribucijskih postajah so se od 60-ega leta

naprej začele pojavljati predfabricirane stikalne naprave. Za le-te je značilno

minimiziranje razsežnosti, uporaba novih izolacijskih materialov in stalna vgradnja

stikalnih aparatov. Zaradi težnje po minimizaciji razsežnosti distribucijskih razvodov

so bili leta 1971 razviti postroji (magnefix Holec, isopont CE), ki pa se zaradi težav z

izolacijo (delne praznitve) in težav pri zanesljivosti (enofazni izklopi, varnost ...) niso

obdržali. Z napredkom SF6 izolacijskih postrojev pa se je pokazalo tudi nazadovanje

pri prehodu na večje zračno izolirane sisteme.

Zračno izolirani postroji še vedno prevladujejo v razdelilnih transformatorskih

postajah. Na področju malih transformatorskih postaj se uporabljajo stikalne

naprave, ki so izolirane v SF6 izvedbi na distribucijskem področju ter kovinsko

oklopljene izvečljive celice z vakuumskimi odklopniki na področju industrijskih

pogonov.

Zgodovinski pregled uporabe srednjenapetostnih celic v Sloveniji je zelo podoben.

Uporabniki tovrstne stikalne opreme (industrijski obrati in distribucija), kakor tudi

proizvajalci, so se zgledovali po zahodnoevropskih proizvajalcih in uporabnikih.

Nekoliko dalj časa so bili pri nas v uporabi malooljni odklopniki, nekateri še danes

obratujejo. Pot v industrijo so si naprej utrli vakuumski odklopniki (okrog leta 1985),

in sicer zaradi težjih ter zahtevnejših pogojev obratovanja. Odklopniki na zračni pih

so se pri nas uporabljali samo v industriji. V visokonapetostnem prenosnem

področju pa prevladujejo predvsem SF6 odklopniki. V SN nivoju so razmere stikalnih

celic za notranje prostore prav tako podobne zgoraj opisanim. Zračno izolirane

predfabricirane stikalne celice s stalno vgrajenimi ločilnimi stikali so v uporabi

predvsem v manj zahtevnih distribucijskih primerih. Lastnost teh celic je, da so

izredno malih razsežnosti. Večinoma so grajene na 12 in 24 kV nazivni napetosti.

Izvečljive celice z vakuumskim odklopnikom pa prevladujejo v zahtevnejših primerih:

v distribuciji, industriji in proizvodnji električne energije. Pri SN napetostnem nivoju

na distribucijskem in industrijskem področju se pri nas uporabljajo tudi stikalne

naprave v SF6 izvedbi.



Slika 11: SN (20 kV) SF6 celice metal-clad izvedbe


Definicije in značilnosti

Avtor navaja, da je stikalna celica del sklopa stikalnega aparata in je zgrajena iz

glavnega ter pomožnega tokokroga, ki služi k izvajanju ene same funkcije.

Ohišje stikalnih celic je večinoma kovinsko ali iz izolacijskega materiala. Kovinsko

oklopljena celica (stikalna naprava s celovitim zunanjim kovinskim oklopom) je lahko

glede na vrsto in število pregrad:

kovinsko zaščitena (angl. metal clad), če je kovinska pregrada stopnje

zaščite najmanj IP 2X in deli celico v predelke za stikalni aparat, zbiralke

in priključek,

pregrajena (angl. metal enclosed), tako da je celica enako razdeljena, pri

tem pa bo ena od pregrad ali vse stopnje zaščite IP 2X, vse sestavine

glavnega tokokroga pa so vgrajene v trdo izolacijo,

nepregrajena, ko je število pregrad manjše kot pri zgoraj navedenih ali

pa so pregrade nižje vrste stopnje zaščite kot IP 2X oziroma pregrade

sploh ne obstajajo.

Z IP označujemo stopnjo mehanske zaščite električnih aparatov IEC 60529 (2004).

Pri čemer pomeni:

IP – osnovna oznaka,



prva številka – stopnja zaščite osebja pred dotikom delov, kateri so pod

napetostjo in notranjih pomičnih delov ter zaščite električne naprave pred

vdorom tujih čvrstih materialov,

druga številka – stopnja zaščite pred škodljivim vdorom vode.

Stopnjo zaščite lahko tudi označimo samo s prvo številko. Drugo številko lahko

zamenjamo z veliko črko X. IP 2X pomeni zaščito, pri katerih je preprečen dotik

delov pod napetostjo in gibljivih delov s prsti (ϕ 12 mm).

Stalno opremljene stikalne celice z odklopniki

Odklopnik v kombinaciji z ločilnikom ter enim ali dvema sistemoma zbiralk se

uporablja za potrebe v industrijskih postrojih in v distribuciji, kjer so zahtevane večje

kratkostične izklopne zmogljivosti ter večje število vklopov in izklopov. Starejše

izvedbe delujejo z malooljnimi odklopniki, novejše izvedbe delujejo v glavnem z

vakuumskimi in SF6 odklopniki. Upravljanje teh naprav je daljinsko, z elektro pogoni

ali ročno neposredno pri celici oz. bloku (Pihler, 2003).

Stikalne celice v SF6 izvedbi bomo opisali v nadaljevanju.

Plinsko izolirane, kovinsko oklopljene srednjenapetostne celice in bloki

Na področju SN stikalnih naprav so tehnične izboljšave z uvedbo plina SF6

povzročile zmanjšanje dimenzij naprav, kar se odraža predvsem v ceni investicije

izgradnje. Vse dobre lastnosti plina SF6 smo že spoznali. Dodati je potrebno še, da

je plin SF6 največkrat uporabljen kot izolacijsko sredstvo, v nekaterih primerih pa je

uporabljen kot gasilni medij za gašenje obloka.

Tehnologija s SF6 plinom izoliranih naprav je v zadnjih dvajsetih letih močno

prisotna na SN področju. Poznamo dve izvedi teh naprav:

z vgrajenim odklopnikom ter

z vgrajenim ločilnim stikalom.

Dobre lastnosti teh naprav so:

varnost uporabnikov na najvišjem nivoju,

neodvisnost od zunanjih vplivov,

velika obratovalna zanesljivost ter

minimalno vzdrževanje in servisiranje (Pihler, 2003).



Slika 12: Stikalni blok z vakuumskim odklopnikom ter gasilnim medijem v SF6

izvedbi

(Vir: www.abb.com)

S plinom SF6 izolirane celice z vgrajenimi odklopniki

Obstajajo različne izvedbe naprav glede na pregrajevanje posameznih faznih

vodnikov. SN naprave do 24 kV so po navadi grajene "klasično" z vsemi tremi

fazami v skupnem prostoru. Srednjenapetostne naprave do 36 kV ali več pa imajo

posamezne faze plinsko ločene (vsaka faza je v svojem kovinskem oklopu oziroma

celici). V tem primeru so z izolacijskimi diski vzdolžno ločene posamezne funkcije

tokokroga. Najpogosteje je v uporabi vakuumski odklopnik, ki imaj gasilne komore

vseh polov v plinu SF6 (slika 12). Običajni se tudi ločilniki in zbiralke v plinu.

Poznamo še kombinacije, kjer sta samo tripoložajno stikalo in vakuumski odklopnik

nameščena v plinu SF6. Zbiralke in ostali elementi pa so izolirani z zrakom ter trdo

izolacijo (Pihler, 2003).



Plinsko izolirane celice z ločilnimi stikali

Poznamo dve izvedbi, in sicer celica, ki ima posamezne predelke napolnjene s

plinom SF6 in celica, ki je v celoti napolnjena s plinom SF6. Takšno napravo

imenujemo RMU (zanka z odcepi), prikazana je na sliki 13. Oznaka RMU je nastala

iz funkcije zančne stikalne naprave. Obstaja v dveh izvedbah. V 1. izvedbi se

posamezne celice modularno sestavljajo v poljubno konfigurirano napravo. V 2.

izvedbi pa je konfiguracija naprave tovarniško nastavljena in je ni možno

dopolnjevati ali spreminjati.

Slika 13: SF6 SN celice v RMU izvedbi

(Vir: www.diytrade.com)

Tripoložajno stikalo se pri tej izvedbi v celoti nahaja v plinu SF6. Pogonski

mehanizem, varovalke in zbiralke so dosegljivi z zunanje strani in se ne nahajajo v

plinu SF6. V glavnem se te celice uporabljajo za distribucijske postaje (Pihler, 2003).



4 GLOBALNO SEGREVANJE

Kot je navedeno v Uradu za publikacije (2009), se besedni zvezi "globalno

segrevanje" ali "učinki tople grede" običajno uporabljata za opisovanje povišanja

povprečne temperature zemeljskega površja v nekem časovnem obdobju.

Zemlja od Sonca v obliki sončne svetlobe (kratkovalovno sončno sevanje) prejema

energijo, ki skozi ozračje prehaja sorazmerno neovirano. Približno 30% prejetega

sončnega kratkovalovnega sevanja se odbije od ozračja in površja nazaj v vesolje.

Ostalih 70% absorbirata zemeljsko površje (oceani, kopno) in spodnji del ozračja.

Ob tem se zemljsko površje segreva in to sevanje ponovno oddaja kot dolgovalovno

(infrardeče) toplotno sevanje. Infrardeče sevanje ne more prehajati skozi ozračje

tako neovirano kot kratkovalovno sevanje, ampak se odbija od oblakov, ki ga

ustvarjajo toplogredni plini v ozračju. Tako toplogredni plini ujamejo toploto znotraj

troposferskega sistema nad površjem (slika 14).

Od sredine 20. stoletja je človeštvo s svojo dejavnostjo povečevalo koncentracije

toplogrednih plinov v ozračju in s tem v veliki meri prispevalo k povišanju povprečne

temperature.

4.1 PODNEBNE SPREMEMBE

Carrington (2014) navaja, da so rezultati zadnje znanstvene raziskave pokazali, da

bo višanje temperatur, ki so posledica nenadzorovanih sprememb podnebja,

doseglo zgornjo mejo že prej od napovedanih. Če se emisije toplogrednih plinov ne

bodo zmanjšale, se bo Zemlja do leta 2100 segrela za najmanj štiri stopnje Celzija,

kar je dvakrat več od tega, kar svetovne vlade ocenjujejo kot nevarno. Raziskava je

pokazala, da se s povečevanjem toplogrednih izpustov tvori več oblakov, kar

pomeni, da se manj sončne svetlobe vrača v vesolje in se s tem temperatura še

dodatno viša. Sprememba povprečne temperature za štiri stopinje Celzija bi imela

katastrofalne posledice in ne samo nevarne. V tropskih razmerah bi bilo življenje

težko, če ne že nemogoče. Zagotovo bi v takšnih razmerah prišlo do taljenja

grenlandskega ledenika in drugih ledenih predelov na Antarktiki, kar bi povzročilo

dvig gladine morja za nekaj metrov.

Povišanje povprečne temperature bo torej imelo velik vpliv na svet in gospodarstva

številnih držav, če ne bomo nemudoma začeli zmanjševati naših emisij.



Slika 14: Učinek tople grede na ozračje planeta

(Vir: Urad za publikacije, 2009, str. 2)

4.2 TOPLOGREDNI PLINI (TPG)

Lovrenčič in Bajde Gabrovšek (2011a) navajata, da je bilo zadnje desetletje v vsej

zgodovini človeške civilizacije najtoplejše. Povprečna globalna temperatura je

znašala 14,3 °C, pred sto leti je ta bila 13,7 °C. Na severnem in južnem polu se

gmote večnega ledu zmanjšujejo. Ledeniki v Alpah izginjajo, tudi triglavski ledenik,

od katerega je ostala tako rekoč le še zaplata snega. Zdaj ni več vprašanje, ali je

človek s svojim delovanjem pospešil podnebne spremembe, ali ne. Ekstremni

vremenski pojavi so postali vsakodnevna stalnica, kar je znak, da se podnebje

prehitro spreminja.

Atmosfera omogoča življenje na Zemlji. Temperatura bi brez atmosfere nihala do

ekstremov, kar bi povsem onemogočilo življenje na Zemlji. Atmosfera del sončnih

žarkov odbija, del pa prepušča do same površine. Del sevanja se na površini vpije in

s tem segreva, ostali del pa se odbije nazaj v ozračje. Površina, ki je segreta, seva

nazaj v infrardečem spektru. Temperatura na Zemlji bi bila kakšnih 33 °C nižja, če bi

se proces tukaj končal. Zato na dejansko stanje vplivajo oblaki, vodna para in

"toplogredni plini" (TPG), kateri se nahajajo v troposferi in stratosferi. Življenju

ugodne temperaturne razmere omogočajo toplogredni plini v ozračju, ki zadržujejo

toplotno sevanje Zemlje. Brez toplogrednih plinov in atmosfere bi imeli za 33 °C

nižje temperature.



Naravni toplogredni plini so vodna para, ogljikov dioksid, metan, dušikovi oksidi in

ozon. Zaradi delovanja človeka pa so se jim pridružili še "antropogeni plini", ki

povečujejo učinek tople grede. Čim več je antropogenih toplogrednih plinov v

ozračju, tem več infrardečega sevanja odseva ozračje nazaj proti zemeljskemu

površju. To vodi v “učinek antropogenih toplogrednih plinov”, ki povzroča globalno

segrevanje zemlje.

Glede na izvor toplogrednih plinov delimo:

naravni toplogredni plini (posledica naravnih pojavov: gozdni požari, živali,

vulkani ...),

antropogeni plini (nastali kot posledica človeške dejavnosti: promet,

energetika, kmetijstvo ...).

Za izboljšanje kakovosti zraka je celotna civilizacija (ZN, EU, RS) sprejela številne

mednarodne sporazume (slika 15):

Montrealski sporazum sprejet leta 1987 – OSŠ (ozonu škodljive snovi, ki

tanjšajo ozonski plašč oz. vplivajo na njegovo debelino v stratosferi) ter

Kjotski sporazum sprejet leta 1998 – TPG (predpisuje ravnanje z določenimi

fluoriranimi toplogrednimi plini ali skrajšano F-plini).

Slika 15: Medsebojna povezava vplivov emisij TPG in OŠS

(Vir: Poročilo WMO/UNEP)

4.2.1 Fluorirani toplogredni plini

Kot je navedeno v Uradu za publikacije (2009), so Fluorirani toplogredni plini oz. F-

plini (HFC, PFC in SF6) antropogene kemikalije, katere se uporabljajo v več različnih



sektorjih in aplikacijah. V devetdesetih letih prejšnjega stoletja so postali priljubljeni

kot nadomestilo snovem, ki tanjšajo ozonski plašč. Na primer klorofluoroogljikovodiki

(CFC) ter delno halogenirani kloroogljikovodiki (HCFC), ki so bili postopoma

opuščeni v skladu z Montrealskim sporazumom. F-plini ne tanjšajo ozonskega

plašča, ampak ima večina visok potencial globalnega segrevanja (GWP). »Indeks

(GWP), ki opisuje sevalne lastnosti dobro premešanih toplogrednih plinov ter

predstavlja skupni učinek različnih časovnih obdobij, v katerih ti plini ostanejo v

ozračju in sorazmerno učinkovitost teh plinov pri absorbiranju odbitega infrardečega

sevanja. Ta indeks je približek časovno integriranega učinka segrevanja masne

enote danega toplogrednega plina v današnjem ozračju v primerjavi z učinkom

ogljikovega dioksida.« (Urad za publikacije, 2009, str. 3)

Potencial globalnega segrevanja (GWP) se torej izračuna z enim kilogramom F-

plina v primerjavi z enim kilogramom CO2 za obdobje 100 let.

Poznamo tri vrste fluoriranih toplogrednih plinov:

HFC – fluorirani ogljikovodiki so najpogostejša skupina F-plinov. Uporabljajo

se v različnih sektorjih in aplikacijah kot hladilna sredstva za hlajenje, v

toplotnih črpalkah, kot penilci pene, sredstva za gašenje, potisni plini za

aerosole in različna topila.

PFC – perfluorirani ogljikovodiki so v uporabi v sektorju elektronske opreme

(npr. za čiščenje silikonskih rezin s plazmo), v kozmetični in farmacevtski

industriji (ekstrakti naravnih proizvodov, kot so dodatki prehrani in arome) in

v manjši meri za hlajenje kot nadomestki za klorofluroogljikovodike (CFC). V

starejših protipožarnih sistemih pa perfluoriranogljikovodik (PFC), najdemo

ga kot sredstvo za gašenje.

SF6 – žveplov heksafluorid, ki smo ga dodobra spoznali že v prvih dveh

poglavjih, se uporablja v elektroenergetiki (za gašenje električnega obloka v

visokonapetostnih stikalnih mehanizmih ter kot izolacijsko sredstvo), pri

proizvodnji magnezija, pri proizvodnji večplastnih stekel …

4.2.2 Emisije plina SF6 in okoljska problematika

Lovrenčič in Bajde Gabrovšek (2011a) trdita, da lahko pri polnjenju novih

elektroenergetskih naprav, pri vzdrževanju in pri odstranjevanju naprav po izteku

njihove življenjske dobe (giblje se od 20 do 30 let) pride do emisij SF6 plina v okolje.

V starejših napravah (pred letom 1985) so lahko letne emisije presegale tudi 10% na

letni ravni, medtem ko pri novejših napravah te emisije znašajo pod 1% letno. Novi

standardi IEC predpisujejo nivo tesnosti na 0,5% na letni ravni.

Toplogredni plini (TPG) se med seboj razlikujejo po potencialnem učinku tople grede

in po obstojnosti v atmosferi. Potencial globalnega segrevanja (GWP) je podan v



stoletnem razmerju med CO2 in drugimi TPG. Najvišji faktor od vseh toplogrednih

plinov predstavlja SF6, saj je ekvivalenten učinku 22.200 enot CO2 (tabela 4 ter

grafikon 1).

Vrsta TPG Potencial globalnega segrevanja

(GWP)

Ekvivalent CO2

Ogljikov dioksid CO2 1

Metan CH4 21

Didušikov oksid N20 310

Žveplov heksafluorid SF6 22.200

Fluorirani ogljikovodiki (HFC) CXHYFZ 140 - 11.700

Perfluorirani ogljikovodiki (PFC) CXFY 6.500 - 9.200

Tabela 4: Potencial globalnega segrevanja (GWP) podnebja v 100 letnem obdobju

(Vir: Lovrenčič, Bajde Gabrovšek, 2011a, str. 7)

V EU emisije toplogrednih plinov strmo naraščajo. Globalni učinek emisij SF6 po

nekaterih ocenah ne presega 0,2 % vseh emisij toplogrednih plinov. Zaradi

precejšne izgube pri starejših napravah so možni naslednji ukrepi za zmanjševanje

emisij SF6 plina:

zamenjava starejših naprav z novejšimi, katerih emisije so veliko manjše (1

% oz. pri najnovejših 0,5 % na leto),

izboljšanje tesnosti naprav ter

pri odstranitvi naprav iz uporabe: ustrezno zajemanje, regeneracija in

ponovna uporaba plina SF6.

Grafikon 1: Primerjava potencialnega segrevanja (GWP) med vrstami TPG (kg/100

let)

(Vir: Lasten)

1

21

310

9200

11700

22200

Ogljikov dioksid CO2

Metan CH4

Didušikov oksid N20

Perfluorirani ogljikovodiki (PFC)…

Fluorirani ogljikovodiki (HFC)…

Žveplov heksafluorid SF6

0 5000 10000 15000 20000 25000



Predpisi o določenih fluoriranih plinih (TPG), ki so bili sprejeti na ravni Evropske

unije in med katere spada tudi plin SF6, so opisani v poglavju 4.3. Najpomembnejša

je Uredba (ES) št. 842/2006 o določenih fluoriranih toplogrednih plinih, ki vključuje

tudi ravnanje s SF6 plinom. Slovenska zakonodaja je prav tako sprejela svoje

predpise, in sicer Uredbo o uporabi ozonu škodljivih snovi in fluoriranih toplogrednih

plinov (Uradni list RS št. 41/10).

4.3 KJOTSKI SPORAZUM

Emisije toplogrednih plinov, ki povzročajo globalno segrevanje Zemlje, so se močno

povečale s pričetkom industrializacije. Slovenija je dne 09.05.1992 v New Yorku

podpisala okvirno konvencijo Združenih narodov o spremembi podnebja

(UNFFCCC) s prizadevanjem za zmanjšanje vpliva človekovih dejavnosti na okolje.

Naslednji sporazum, ki ga je Slovenija podpisala, je bil Kjotski sporazum.

Predstavljen je bil dne 11.12.1997 v Kjotu, s podpisom oktobra 1998 pa se je

Slovenija zavezala, da bo v prvem ciljnem obdobju 2008-2012 zmanjšala svoje

emisije za 8 % glede na bazno leto 1986. Kjotski sporazum je v Sloveniji začel

veljati z dnem 16. 2. 2005.

Sekretariatu UNFCCC mora Slovenija vsako leto poročati o emisijah in ponorih

toplogrednih plinov po IPCC metodologiji. Največji prispevek emisij toplogrednih

plinov ima ogljikov dioksid (CO2), ki nastane predvsem pri izgorevanju fosilnih goriv,

sledi metan (CH4), ki nastane kot stranski produkt kmetijstva in odpadkov ter

didušikov oksid (N2O), ki prav tako izvira iz kmetijstva ali kot emisije iz prometa.

Emisije F-plinov so zelo majhne, vendar zaradi visokega toplogrednega potenciala

njihov doprinos k segrevanju ozračja ni zanemarljiv. Med te pline sodijo delno

fluorirani ogljikovodiki (HFC-ji), popolnoma fluorirani ogljikovodiki (PFC-ji) ter

žveplov heksafluorid (SF6).

Lastniki elektroenergetske opreme, ki vsebuje plin SF6, so z mednarodno

zakonodajo in Operativnim programom za zmanjševanje emisij TPG obvezani, da

ravnajo tako, da zmanjšujejo emisije le-tega. Elektroenergetska oprema, ki vsebuje

SF6, mora biti s strani vzdrževalcev ustrezno ter skrbno vzdrževana, prav tako pa

morajo skrbeti za tesnost sistemov in preprečevati nadaljnjo emisijo SF6 (Lovrenčič

in Bajde Gabrovšek, 2011a).

4.4 OKOLJSKA ZAKONODAJA

Lovrenčič in Bajde Gabrovšek (2011a) navajata, da se z interesi določenih javnosti

– mednarodna, državna in delodajalčeva (družba oz. podjetje) javnost - odražajo



pravni viri. Na osnovi javne razprave v mednarodnih, državnih in drugih organih te

javnosti izražajo svoj interes.

Pravne vire za področja varovanja okolja in ljudi razvrščamo na:

mednarodne pravne vire ter

notranje pravne vire.

Slovenija je kot polnopravna članica Evropske unije z dnem 01.05.2004 prenesla

izvrševanje dela suverenih pravic na Evropsko unijo oz. njene organe. Posamezni

zakonodajni postopki in organi ter pomen pravnih virov za EU in RS so natančno

opisani na strani http://eur-lex.europa.eu.

Republika Slovenija je s članstvom v EU dolžna upoštevati pravne vire EU:

uredbe, ki jih sprejema Evropski parlament in Svet,

uredbe, ki jih sprejema Evropska komisija (izvedbeni akt) ter

direktive, ki jih sprejema Evropski Svet.

Uredbe, ki so sprejete v EU, stopijo v Sloveniji v veljavo neposredno, medtem ko

moramo direktive prenesti v svoj pravni red. Med pravne vire lahko štejemo tudi

standarde, in sicer jih delimo na obvezne, kadar so sestavni del predpisa (uredba,

pravilnik, smernica) ter neobvezne.

Delimo jih na treh ravneh:

mednarodni (ISO, IEC ...),

regionalni (CEN, CENELEC ...) in

nacionalni (SIST).

Obvezujočo zakonodajo, priporočila, standarde in priročnike, ki so jih izdelale civilne

družbe, bomo predstavili v naslednjem podpoglavju.

4.4.1 Obvezujoča zakonodaja

Zahteve za naslednje obvezujoče zakonodaje moramo dobro spoznati, če želimo

obvladovati problematiko VN naprav z vsebnostjo plina SF6.



POLNI NAZIV PREDPISA

SKRAJŠANO

IME

PREDPISA

Št. Ur.

lista

Uredba (ES) št 842/2006 o določenih fluoriranih

toplo grednih plinih

F-plini OJ L 161

(2006)

Direktiva 2006/40/ES o emisijah iz klimatskih naprav

v motornih vozilih

F-plini –

direktiva

OJ L 161

(2006)

Uredba o uporabi ozonu škodljivih snovi in

fluoriranih toplogrednih plinov

F-plini in

ozonu

škodljive

snovi

41/10

Uredba Komisije (ES) št. 308/2008 o programih

držav članic za usposabljanje in izdajanje spričeval

F-plini –

notifikacija

OJ L 92

(2008)

Uredba o okoljski dajatvi za onesnaževanje zraka z

emisijo ogljikovega dioksida

F-plini –

okoljska

dajatev

78/08

Uredba Komisije (ES) št. 1494/2007 o označevanju

izdelkov in opreme

F-plini –

označevanje

OJ L 332

(2007)

Uredba Komisije (ES) št. 1493/2007 o obliki poročila

za proizvajalce, uvoznike in izvoznike

F-plini –

poročilo

OJ L 332

(2007)

Uredba Komisije (ES) št. 1497/2007 o zahtevah za

preverjanje uhajanja protipožarnih sistemov

F-plini –

uhajanje

OJ L 333

(2007)

Uredba Komisije (ES) št. 1516/2007 o zahtevah za

preverjanje uhajanja – hlajenje in klimatizacije

F-plini –

uhajanje

OJ L 335

(2007)

Uredba o izvajanju Uredbe (ES) o določenih

fluoriranih toplogrednih plinih

F-plini –

uredba oz.

izvajanje

2/07

Uredba Komisije (ES) št. 303/2008 o min. zahtevah

za podjetja in osebje – hlajenje in klimatizacije

F-plini –

zahteve in

pogoji

OJ L 92

(2008)


in pogojih za osebje – topila

F-plini –

zahteve in

pogoji

OJ L 92

(2008)


za osebje – klimatske naprave v motornih vozili

F-plini –

zahteve in

pogoji

OJ L 92

(2008)


za podjetja in osebje – protipožarni sistemi

F-plini –

zahteve in

pogoji

OJ L 92

(2008)

Uredba Komisije (ES) št. 305/2008 o min.

zahtevah za osebje – visokonapetostni stikalni

mehanizmi

F-plini –

zahteve in

pogoji

OJ L 92

(2008)



Zaradi povezave zakonodaje o OSŠ in TPG je potrebno omeniti še naslednje

predpise:

Uredba (ES) št. 2037/2000 Evropskega parlamenta in Sveta sprejeta z dne

29. junija 2000 o snoveh, ki tanjšajo ozonski plašč (ULL L 244 - 2000) in vse

njene nadaljnje dopolnitve,

Uredba (ES) št. 1005/2009 Evropskega parlamenta in Sveta z dne 16.

septembra 2009 o snoveh, ki tanjšajo ozonski plašč (najnovejša prenovitev

je v veljavi od 01.01.2010),

Uredba o ravnanju s snovmi, ki povzročajo tanjšanje ozonskega plašča (UL

RS, št 104/04),

Pravilnik o ravnanju z odpadnimi ozonu škodljivimi snovmi (UL RS, št.

42/03).

Slovenska zakonodaja ter okoljska evropska zakonodaja na sliki 16 podrobno

obravnavata toplogredne pline (TPG) in ozonu škodljive snovi – OSŠ (Lovrenčič in

Bajde Gabrovšek, 2011a).

Slika 16: Medsebojna odvisnost predpisov ES in RS, ki urejajo TPG in OŠS


4.4.2 Priporočila – standardi ter priročniki

Naslednji mednarodni standardi IEC, ki obravnavajo problematiko plina SF6 v VN

napravah, so v veliko pomoč tehničnim strokovnjakom, projektantom, investitorjem,

montažerjem in vzdrževalcem:

1. Standard IEC 60376:2005 – Specification of technical grade sulfur

hexafluoride (SF6) for use in electrical equipment,

2. Standard IEC 60480:2004 – Guidelines for the checking and treatment of

sulfur hexafluoride (SF6 ),

3. Standard IEC 62271-1:2007 – High-voltage switchgear and control gear -

Part 1: Common specifications,

4. Standard IEC 62271-303:2005 – High-voltage switchgear and control

gear - Part 303: Use and handling of sulfur hexafluoride (SF6),

5. IEC 62271-303:2008 – Guidelines for the checking and treatment of

sulfur hexafluoride (SF6).



Za potrebe in diagnostiko SF6 plina v električnih napravah sta bila v okviru IEC TC

10 (komisija za mednarodne elektrotehnične standarizacije) za elektrotehnične

fluide izdelana dva standarda:

IEC 60376:2005, ki določa kriterije za kvaliteto novega žveplovega

heksafluorida oz. SF6 in podaja osnovne lastnosti ter napotke za rokovanje

in shranjevanje plina,

IEC 60480:2004 navaja kriterije in postopke za oceno kvalitete rabljenega

SF6 plina, ki je namenjen za ponovno uporabo v električnih napravah in

navaja varnostna navodila za regeneracijo SF6, rokovanje in testiranje

naprav polnjenih naprav z rabljenim SF6.

Oba navedena standarda sta sprejeta tudi kot evropske norme. Prvi standard je s

prevodom prve strani v letu 2006 postal tudi slovenski standard SIST EN

60376:2006 (Specifikacija tehničnega žveplovega heksafluorida (SF6) za uporabo v

električni opremi). Problematiko uporabe plina SF6 v elektro opremi pa že vrsto let

spremlja mednarodna elektroenergetska organizacija (CIGRE), ki objavlja strokovne

tehnične priročnike in brošure:

1. CIGRE TF 23-02.01, Handling of SF6 and its decomposition products in

Gas insulated Switchgears (GIS) (1991),

2. CIGRE TF B3-02.01, SF6 Recycling Guide: Re‐use of SF6 gas in

electrical power equipment and final disposal (Revision 2003),

3. CIGRE TF B3‐02.01, Guide for the preparation of customized: Practical

SF6 handling instructions, CIGRE Brochure 276, avgust 2005,

4. CIGRE WG B3‐02, Template for Voluntary agreement on the use of SF6

and on measures for SF6 emission reduction in the national, regional

electric industry, 2003.

Obstajajo še ostale literature oz. priročniki, ki so jih izdelali državni organi ali

agencije in proizvajalci plina SF6 oz. VN naprav (Lovrenčič in Bajde Gabrovšek,

2011a).

4.4.3 Uredbe o določenih fluoriranih toplogrednih plinih

Uredba (ES) št. 842/2006

Zahteve iz Uredbe o določenih fluoriranih toplogrednih plinih veljajo za:

proizvajalce, uvoznike in izvoznike F-plinov,

proizvajalce in uvoznike, ki dajejo določene izdelke in opremo, ki vsebujejo

F-pline, na trg EU,

uporabnike žveplovega heksafluorida (SF6) pri vlivanju magnezija in

polnjenju pnevmatik,



upravljavce določene opreme in sistemov, ki vsebujejo F-pline ter

tehnično osebje in podjetja, ki so vključena v določene dejavnosti povezane

z opremo, ki vsebuje F-pline.

Posebne opredeljene obveznosti v skladu z Uredbo o določenih fluoriranih plinih so

potrebne za upravljavce naslednjih vrst opreme:

nepremične opreme za hlajenje in klimatizacijo ter toplotnih črpalk,

nepremičnih protipožarnih sistemov in gasilnih aparatov,

visokonapetostnih stikalnih mehanizmov ter

opreme, ki vsebujejo topila.

Cilji Uredbe o F‐plinih so:

1. zadrževanje, zajemanje, uporaba in uničenje s ciljem zmanjševanja

emisij fluoriranih toplogrednih plinov, ki so zajeti v Kjotskem protokolu,

2. označevanje in odstranjevanje izdelkov in opreme, ki vsebujejo te pline,

3. sporočanje podatkov o teh plinih,

4. nadzorovanje uporabe in prepovedi dajanja na trg izdelkov in opreme ter

5. usposabljanje in izdaja spričeval za osebje vključeno v dejavnost iz

uredbe (Lovrenčič in Bajde Gabrovšek, 2011a).

Označevanje VN naprave, ki vsebujejo plin SF6

Lovrenčič in Bajde Gabrovšek (2011b) navajata, da je najlažje ugotoviti, ali

visokonapetostni stikalni mehanizem vsebuje SF6 plin tako, da preverimo oznako na

opremi (slika 17). Po 1. aprilu 2008 morajo imeti vsi visokonapetostni stikalni

mehanizmi, ki so polnjeni s plinom SF6, oznako z besedilom "Vsebuje fluorirane

toplogredne pline, ki jih zajema Kjotski protokol". To je jasno in neizbrisno označeno

na opremi, na servisnem mestu za polnjenje ali zajemanje fluoriranega TPG ali na

tistem delu opreme, ki vsebuje fluorirani TPG. Informacije o fluoriranih TPG,

vključno o njihovem potencialu globalnega segrevanja, so vsebovane v navodilih za

uporabo teh izdelkov in opreme.



Slika 17: Označevanje VN naprave (tablica, nalepka), ki vsebuje plin SF6

(Vir: Lovrenčič, Bajde Gabrovšek, 2011b, str. 10)

Usposabljanje in izdaja spričeval

Usposabljanju pooblaščenim osebam je namenjen poseben poudarek. Za

doseganje minimalnih znanj in spretnosti so članice EU (tudi Slovenija) dolžne

organizirati usposabljanje za pooblaščene serviserje, ki v svojem delu upravljajo s

plinom SF6 (Uredba (ES) št. 305/2008 o določitvi minimalnih zahtev in pogojev za

vzajemno priznavanje izdajanja spričeval osebju (OJ L 92/2008), ki zajema

določene fluorirane toplogredne pline iz visokonapetostnih stikalnih mehanizmov v

skladu z Uredbo (ES) št. 842/2006 Evropskega parlamenta in Sveta (OJ L

161/2006) in Uredba o uporabi ozonu škodljivih snovi in fluoriranih toplogrednih

plinov (Ur.l. RS št. 41/2010).

Št. Obvezne vsebine (Uredba (ES) št. 305/2010) Vrsta

izpita

1. Osnovno poznavanje pomembnih tem povezanih z okoljem

(podnebne spremembe, Kjotski protokol, potencial globalnega

segrevanja) ter ustreznih določb Uredbe (ES) št. 824/2006

T

2. Fizikalne, kemijske in okoljske lastnosti SF6 T

3. Uporaba SF6 v električni opremi (izolacija, gašenje električnega

obloka)

T

4. Kakovost SF6 glede na ustrezne industrijske standarde T

5. Razumevanje osnovne električne opreme T

6. Preverjanje kakovosti SF6 P

7. Zajem SF6 in zmesi SF6 ter prečiščevanje SF6 P

8. Shranjevanje in prevozi SF6 T

9. Upravljanje opreme za zajem P

10. Upravljanje nepropustnih vitalnih sistemov (po potrebi) P

11. Ponovna uporaba SF6 T



12. Delo na odprtih predelkih, ki vsebujejo SF6 P

13. Nevtralizacija stranskih produktov SF6 T

14. Spremljanje SF6 in ustreznih obveznosti glede blaženja

podatkov v okviru nacionalne zakonodaje Skupnosti ali

mednarodnih sporazumov

T

T – teoretično; P – praktično

Tabela 5: Minimalna znanja in spretnosti – SF6 (visokonapetostni stikalni

mehanizem)


Izpitni katalog (tabela 5) je namenjen preverjanju strokovne usposobljenosti

kandidatov za serviserje visokonapetostnih stikalnih mehanizmov, ki vsebujejo

določene fluorirane toplogredne pline. V izpitnem katalogu so določeni cilji, izpitne

vsebine, način izvajanja izpita, pogoji za uspešno opravljen izpit ter priporočena

izpitna literatura. Prvi del izpita je sestavljen iz teoretičnega, drugi del pa iz

praktičnega dela izpita. Cilj izpita je preverjanje znanja oz. strokovne

usposobljenosti oseb, ki se ukvarjajo z dejavnostjo zajema fluoriranih toplogrednih

plinov pri visokonapetostnih stikalnih mehanizmih.

Le serviser, ki je uspešno pridobil spričevalo, je strokovno usposobljen za pravilno

zajemanje oz. zbiranje in hranjenje SF6 iz visokonapetostnih stikalnih mehanizmov,

s čimer se zagotovi njegovo recikliranje, predelava oz. uničenje. Kandidat po

uspešno opravljenem izpitu pridobi spričevalo o usposobljenosti za ravnanje s

fluoriranimi toplogrednimi plini, s katerimi Ministrstvo za kmetijstvo in okolje

Republike Slovenije potrjuje, da je kandidat strokovno usposobljen za zajem

fluoriranih toplogrednih plinov pri visokonapetostnih stikalnih mehanizmih (v skladu z

Uredbo 305/2008/ES). Spričevalo je veljavno v vseh članicah Evropske Unije in je

veljavno 5 let (Lovrenčič in Bajde Gabrovšek, 2011a).

Uredba (RS) št. 41/2010 in prijava opreme ter zajemanja plina SF6

Posebnosti slovenske zakonodaje ob upoštevanju evropskih zakonskih zahtev za

upravljavce VN naprav, ki zajemajo SF6, so naslednje:

vse VN naprave in posode morajo obvezno zajemati plin SF6 (plinohram,

jeklenka),

zajemanje oz. zaupanje plina SF6 je dovoljeno samo usposobljenim

pooblaščenim serviserjem,

vse VN naprave z vsebnostjo plina SF6 morajo biti ustrezno označene,

za VN naprave, ki vsebujejo več kot 3 kg plina SF6, veljajo posebni

administrativni postopki.



Uredba (RS) Ur. l. RS št. 41/2010 (v nadaljevanju nismo upoštevali pojmov o ozonu

škodljivih snoveh) podrobno govori o:

pogojih za izvajanje preverjanja uhajanja in zajemanja fluoriranih

toplogrednih plinov, namestitvi opreme in pogojih vzdrževanja ter pogojih za

predelavo in odstranjevanje zajetih fluoriranih toplogrednih plinov –

upravljavec oz. skrbnik (npr. vodja vzdrževanja) izvaja postopek,

minimalnih pogojih za usposobljenost osebja, ki izvaja preverjanje uhajanja,

zajem, reciklažo, predelavo in uničenje ter vzpostavlja sistem obveščanja o

uvozu, izvozu, proizvodnji in uporabi toplogrednih fluoriranih plinih za

izvajanje Uredbe št. 842/2006/ES – upravljavec oz. skrbnik (vodja

vzdrževanja) mora poskrbeti za usposabljanje svojih sodelavcev ali za najem

zunanjih pooblaščenih serviserjev (spričevalo je izdano na ime serviserja in

ne podjetja, ki vzdržuje opremo),

prepovedi v zrak izpuščanja fluoriranih toplogrednih plinov pri namestitvi,

obratovanju, vzdrževanju, razgradnji ali odstranjevanju opreme – upravljavec

oz. skrbnik mora v fazi gradnje obvladovati postopek in preprečiti izpust plina

v zrak,

reciklaži fluoriranih toplogrednih plinov na kraju samem ali o skladiščenju v

posodah preden se ti odstranijo ali razgradijo – upravljavec oz. skrbnik pri

odstranitvi poskrbi za ustrezno ravnanje z odpadki (odpadni plin),

upravljavcu nepremične opreme, ki mora zagotoviti ustrezno zajemanje

fluoriranih toplogrednih plinov na visokonapetostnih stikalnih mehanizmih, ki

obratuje, ali je izven uporabe. Za naprave, ki so izven uporabe več kot 12

mesecev in vsebujejo 3 kg ali več fluoriranih toplogrednih plinov, mora

upravljavec zagotoviti zajem celotne količine plina, ki jih ta oprema vsebuje,

hkrati pa mora pridobiti tudi uradno potrdilo o zajemu fluoriranih toplogrednih

plinov. Prav tako mora voditi evidenco o zajemu, recikliranju ter o oddaji v

predelavo in odstranjevanju v skladu s predpisom, ki ureja ravnanje z

odpadki – upravljavec oz. skrbnik (vodja vzdrževanja ali pooblaščeni

serviser/ vzdrževalec) opreme obvladuje celoten postopek (obrazec –

evidenca o zajemu in evidenčni list o ravnanju z odpadki),

upravljavcu nepremične opreme, ki vsebuje 3 kg ali več fluoriranih

toplogrednih plinov in vzdrževalcu opreme, katera morata najkasneje do 31.

marca tekočega leta predložiti letno poročilo o polnjenju in zajemanju

fluoriranih toplogrednih plinov za preteklo leto, v katerem je potrebno navesti

tudi podatke o ravnanju z odpadki fluoriranih toplogrednih plinov. Letno

poročilo je sestavljeno tudi iz evidenčnih listov o oddaji odpadnih in

fluoriranih toplogrednih plinov v predelavo in odstranjevanje v skladu s

predpisom, ki ureja ravnanje z odpadki – upravljavec oz. skrbnik (vodja

vzdrževanja ali pooblaščeni serviser) obvladuje postopek (letno poročilo in

podatki o ravnanju z odpadki),

upravljavcu nepremične opreme, ki vsebuje 3 kg ali več fluoriranih

toplogrednih plinov in vzdrževalcu opreme kot povzročitelju odpadnih



toplogrednih plinov ni potrebno poročati ministrstvu o ravnanju z odpadki in

fluoriranimi toplogrednimi plini v skladu s predpisom, ki ureja ravnanje z

odpadki – za to poskrbi pooblaščeni zbiralec odpadkov,

plinu SF6 po preteku njegove življenjske dobe v VN napravah, ko ga

definiramo kot nevarna vrsta odpadka: 16 02 15 – nevarne sestavine

odstranjene iz zavržene opreme,

upravljavcu nepremične opreme in vzdrževalcu opreme, ki morata

pristojnemu inšpektoratu (za okolje) na njegovo zahtevo poslati podatke o

pooblaščenih serviserjih, ki so pri njima opravljali zajem fluoriranih

toplogrednih plinov (Lovrenčič in Bajde Gabrovšek, 2011a).

4.5 RAVNANJE S PLINOM SF6

4.5.1 Kontaminacija SF6 v elektroenergetskih napravah

Lovrenčič (2005) in drugi so ugotovili, da se v električni opremi kontaminacija s SF6

pojavi predvsem iz naslednjih razlogov:

pri transportu plina,

pri netesnenju oz. puščanju plina,

desorpciji strnjenih materialov, notranjih površin in zaradi absorberjev,

zaradi razelektritev pride do razkroja in sekundarnih reakcij,

pri nastajanju prahu in majhnih mehanskih delcev.

Stopnja in količina kontaminacije sta odvisni od dizajna naprave, zgradbe, procesa

za polnjenje in praznjenje naprav in od števila električnih izklopov.

Kontaminacija pri transportu plina – med praznjenjem in polnjenjem plina v naprave

se lahko zaradi slabih tesnil umeša zrak. Prav tako so napake možne pri procesu

polnjenja oz. praznjenja sistema, ko upravljavec neprevidno ostrani cev, ki polni

sistem, preden se je sistem do konca napolnil.

Kontaminacija zaradi netesnosti opreme – zaprt sistem, ki je pod pritiskom, lahko

razširita zrak in vlaga, saj je delni pritisk zunanjega zraka in vlage večji od

notranjega. Glavni vzrok puščanja v stenah zaprtega sistema je poroznost.

Kontaminacija zaradi desorpcije – še preden je bila oprema uporabljena, se lahko

različni plini in tekočine (voda in čistila) absorbirajo v notranje stene sistema ali pa v

nezaščiten material. Polimerični materiali so prav tako lahko zelo nevaren vir vlage v

sistemu.

Razelektritve, ki kontaminirajo s SF6, delimo na:

delne razelektritve,

razelektritve zaradi isker,

obloki, ki nastanejo ob številnih preklopih,



obloki pri nepričakovanih izpadih.

Do delne razelektritve pride predvsem pri defektu izolacijskega materiala. Med to

aktivnostjo se SF6 razkroji na fragmenta SF4 in F, ki reagirata s kisikom O2 in vodo

H2O ter tvorita produkte, kot so: HF, SO2, SOF4, in SO2F2. V izjemno malih količinah

se tvorijo tudi molekulski produkti S2F10, S2OF10 in S2O2F10. Količina zmesi, ki

nastane, je zelo majhna zaradi nizkih stopenj delnih razelektritev.

Razelektritve zaradi iskrenja se pojavijo ob visoki stopnji defekta izolacijskega

materiala in med izklopno operacijo. Molekularni produkti, ki se tvorijo pri tej

razelektritvi, so popolnoma enaki kot pri delni razelektritvi, le da se pojavljajo v

različnih količinah. V odklopnikih so količine teh produktov precej nizke, saj se

operacije vrstijo malokrat in prekinjajo majhne kapacitivne tokove, medtem ko se

večje količine pojavljajo pri velikih napakah na področju defektnih izolacijskih

materialih, v katerih se ustvarjajo trajne razelektritve isker.

Obloki, ki nastajajo ob številnih preklopih, so rezultat erozije kontaktov in

izolacijskega materiala predvsem takrat, ko v odklopniku nastane visok trenutni tok

(visoka temperatura). Pri tej termični reakciji se tvorijo elementi, kot so: CuF2, WF6 in

CF4. Zaradi Cu-W (baker-volfram) nastajata prvi dve spojini, ki se najpogosteje

uporabljata za kontakte. Spojina CF4 pa nastaja zaradi erodiranega

politetrafluoretilena (PTFE), bolj poznanega kot teflon, ki je polimer CF2 in se nahaja

predvsem v odklopnikih.

Do oblokov pri nepričakovanih izpadih pride zaradi slabe kakovosti SF6 oz.

izolacijskega materiala ali pa zaradi neuspešnega posredovanja odklopnika. Pojavi

se pri procesu, ko oblok gori med kovinskim materialom, ki ni grajen za obloke in

ima relativno visoko občutljivost na obločno-erozijsko stopnjo. V razmerju s plinskimi

razkrojnimi produkti znaša koncentracija erodiranega materiala nekaj procentov po

volumnu.

Mehanski prašni delci nastanejo predvsem pri mehanski obrabi kovinske površine.

Če ti delci pristanejo v območju, kjer ni izolacijskega materiala, je njihov vpliv ničen.

Drugače je z delci, ki pridejo v prostor visokega električnega polja in pri tem v

najslabšem primeru povzročijo preboje.

Posledica kontaminacije

Posledično poslabšanje naprav, ki vsebujejo kontaminiran SF6, se kaže v:

nevarnosti za zdravje,

koroziji,

kvaliteti izolacije zaradi vrzeli oz. razpok v plinu in na površini izolacijskega

medija,



sposobnosti delovanja stikala,

prenosu toplote.

Pri reakciji kontaminiranega SF6 z večino produktov nastane kontaminacija s

toksično primerljivim SO2, kateri je lahko nevaren za osebe, če so te izpostavljene

preveliki koncentraciji.

Neprimerni oz. nekvalitetni materiali, ki so bili uporabljeni pri izdelavi naprave, lahko

reagirajo tako, da pri reakciji kontaminacije SF6 postanejo korozivni.

Na sposobnost plinske izolacije in kvaliteto stikalne naprave lahko vplivajo tudi

nekateri produkti kontaminacije (zrak, CF4 in vlaga), če so prisotni v prevelikih

koncentracijah. Prav tako lahko vplivajo tudi na konvekcijski prenos toplote z

izolacijskim plinom (Lovrenčič idr., 2005).

4.5.2 Ocena puščanja plina iz obstoječih SF6 naprav

Hlebčar (2006) navaja, da se je za uporabo v elektroenergetiki SF6 tehnologija

začela uporabljati okoli leta 1970. Razumljivo je, da so bili odklopniki na začetku

obratovanja za današnje razmere tehnološko zastareli. Emisije pline SF6 so takrat

na letni ravni znašale od 15 do 20 %, ponekod tudi celo do 33 %. Te ocene potrjuje

poraba velike količine SF6 plina namenjenega za polnjenje naprav v tem obdobju.

S postopnim izboljšanjem na področju SF6 tehnologije se je stopnja uhajanja oz.

puščanja zniževala. Vse današnje sodobne naprave z vsebnostjo SF6 morajo

ustrezati najstrožjim normam in predpisom. Puščanje plina na letni ravni

predpisujejo standardi IEC (international electrotehnical commission), in sicer za

stikališča do 0,5 % in SN SF6 stikalne celice do 1 % za posamezne komponente.

Nekateri proizvajalci obljubljajo še nižje stopnje uhajanja plina, vendar jih ne

garantirajo. Pri SN celicah (metal-clad) polnjenih s SF6 (z nadtlakom 0,5 bara) in

popolnoma zavarjenih se pričakuje, da je puščanje plina precej pod dopustnim 0,5

%. Kot na primer v nekaterih celicah proizvajalca Siemens, kjer izkušnje kažejo da

je puščanje plina celo pod 0,1 % letno. Prav zato SN SF6 celic ni potrebno

dopolnjevati do konca njihove življenjske dobe in ne potrebujejo nobenega

vzdrževanja.

Tesnost SF6 naprav pa seveda ni potreba le z vidika zmanjševanja emisij plina,

ampak tudi zaradi zagotavljanja zanesljivega obratovanja celotnega energetskega

sistema. Tako so vse naprave, ki vsebujejo SF6, opremljene s senzorji tlaka. Ta v

primeru padca tlaka pod predpisano vrednostjo sproži alarm. Takrat je potrebno

ugotoviti vzrok uhajanja plina, izklopiti pripadajoči del omrežja, izčrpati preostali plin

iz naprave, odpraviti napako (na primer z zamenjavo tesnil), vrniti nazaj v napravo

prej prečrpani plin in ga po potrebi dopolniti s svežim plinom.



VN OPREMA SF6 (kg) SN OPREMA SF6 (kg)

odklopnik (110, 400 kV) 6 - 50 odklopnik 0,1 - 0,35

polje 130 - 200 celica 0,7 - 1,2

Blok RMU 1,1 - 4,5

Tabela 6: Vsebnost plina SF6 v kilogramih v VN in SN opremi


V tabeli 6 so okvirno podane količine polnitve posameznih elektroenergetskih

naprav s plinom SF6 v kilogramih.

4.6 RECIKLAŽA ODPADKOV Z VSEBNOSTJO SF6

Lovrenčič in Bajde Gabrovšek (2011b) trdita da, pa je za popolno obvladovanje

vplivov plina SF6 na podnebne spremembe potrebno zagotoviti "varni krog", ki

zajema recikliranje, predelavo in uničenje plina.

Po osnovnem procesu čiščenja mora plin SF6 zajeti pooblaščeni serviser z opremo,

ki mu omogoča recikliranje oz. ponovno uporabo zajetega fluoriranega

toplogrednega plina. Zajeti plin, ki v primeru neuspešnega recikliranja ne doseže

določenih standardov kakovosti, pa pošljemo v jeklenkah do specializiranega

proizvajalca fluoriranih TPG. Če proizvajalec z analizo ugotovi, da reciklaža oz.

predelava ni smiselna, se plin uniči in izvede se proces, pri katerem se ves fluorirani

toplogredni plin trajno spremeni ali razgradi v eno ali več obstoječih snovi, ki niso

več fluorirani toplogredni plini.

Vodilni strokovnjaki za okolje so ustvarili metode, s katerimi bi rešili problematiko

vplivov SF6 na okolje, in sicer s prečiščenjem plina, ko je kontaminacija manjša ali

predelovanjem, ko je kontaminiran. Če se plina v končni fazi več ne da predelati ali

reciklirati, se uporabi zadnja možnost. To je uničenje s sežigom, pri čemer se v

atmosfero izpusti zanemarljiv del nevarnih snovi. Predelava in reciklaža pa nista

pomembni samo iz okoljevarstvenega vidika, ampak tudi iz ekonomskega, kajti ti

dve metodi sta tudi finančno cenejši od dobave povsem novega plina. Za boljšo

uporabo v VN napravah mora biti plin SF6 dobro vzdrževan in večkrat prečiščen, saj

lahko le tako konstantno zagotavlja odlično kakovost in nespremenjene lastnosti

plina.



Pri odvzemu plina SF6 iz elektroenergetskih VN naprav določimo kategorijo plina za

reciklažo. Kategorije plina razvrščamo glede na proces gašenja obloka

(kontaminacija), in sicer:

nov plin (proizvodnja),

plin neizpostavljen obloku,

plin izpostavljen normalnemu obloku,

plin izpostavljen močnemu obloku.

Glavni elementi pri izvedbi predelave in reciklaže plina SF6 so:

določanje kategorije plina,

izbira filtrov,

prečiščevanje plina s filtri,

ugotavljanje kvalitete plina,

ravnanje s plinom, ki je določen kot neuporaben.

Plin SF6, ki je primeren za nadaljnjo uporabo in postopke, ločimo na tri kategorije:

1. plin SF6, ki ustreza standardu IEC 60480, se lahko ponovno uporabi v

električnih napravah,

2. plin SF6, ki ne ustreza standardu IEC 60480, ni primeren za nadaljnjo

uporabo, ker zajema toksične sekundarne produkte,

3. plin SF6, ki ne ustreza standardom IEC 60480, ni primeren za nadaljnjo

uporabo, ker zajema toksične in korozivne sekundarne produkte.

4.6.1 Shranjevanje in transport plina

S stališča varstva okolja sta zelo pomembna postopka: shranjevanje in kasneje

varen transport plina SF6. Materiali uporabljeni za shranjevalno in transportno

opremo morajo biti odporni na tri že prej predstavljene kategorije plinov (slika 18).

Slika 18: Shranjevanje novega ter rabljenega plina

(Vir: Lovrenčič, Bajde Gabrovšek, 2011b, str.14)



Transport plina je zaradi mednarodnih pravil mogoč le po cesti (tovorna vozila) in z

ladjo. Transport po cesti je predstavljen v tabeli 7, ki je v Sloveniji tudi najbolj

uporabna oblika transporta SF6 (Lovrenčič in Bajde Gabrovšek, 2011b).

Predpisi SF6, ki ustreza

standardu IEC 60480

in je namenjen

ponovni uporabi v

električni opremi.

SF6, ki ne ustreza

standardu IEC

60480 in zajema

toksične

sekundarne

produkte.

SF6, ki ne ustreza

standardu IEC 60480

in zajema toksične

korozivne sekundarne

produkte.

UN številka 3162 tekoč plin 3163 tekoč plin

toksičen plin

3308 tekoč toksičen in

koroziven plin

Razred 2A 2T 2TC

Oznaka

nevarnosti

2 6.1 6.1+8

Končna

klasifikacija

UN 3162 utekočinjen

plin, n.o.s. 2,2°A

UN 3163

utekočinjen plin,

toksičen, n.o.s.

2,2°T

UN 3162 utekočinjen

plin, toksičen,

koroziven, n.o.s.

2,2°TC

Transportni

dokumenti

3162 utekočinjen plin,

n.o.s. 2,2A ADR

3163 utekočinjen

plin, toksičen,

n.o.s. 2,2°T ADR

3162 utekočinjen plin,

toksičen, koroziven,

n.o.s. 2,2°TC ADR

Tabela 7: Transport plina po cesti (s tovornimi vozili)

(Vir: Lovrenčič, Bajde Gabrovšek, 2011b, str. 14)

4.6.2 Končno uničenje SF6 plina

Plinu SF6, ki ga z opremo za reciklažo ni več mogoče predelati oz. ponovno

uporabiti, ostane le sežig na okolju sprejemljiv način. Pri termičnem obdelovanju nad

1000 °C, začne plin razpadati na elemente, ki reagirajo s substancami (vodik in

kisik) in pri tem formirajo SOx in HF.

Tipični reakciji, ki potekata pri sežigu:

SO3 + Ca(OH)2 > CaSO4 + H2O

2HF + Ca(OH)2 > CaF2 + H2O

Lastnik neuporabnega plina SF6 iz VN naprav (UN 3308 utekočinjen plin, toksičen,

koroziven) ga je dolžan predati pooblaščenemu zbiralcu nevarnih odpadkov, ki le-

tega uvrsti med 16 02 15* (nevarne sestavine, odstranjene iz zavržene opreme) in



dolžan je predati evidenčni list v skladu z zakonodajo, ki ureja ravnanje z nevarnimi

odpadki (Lovrenčič in Bajde Gabrovšek, 2011b).

5 ZAKLJUČEK

Plin žveplov heksafluorid spada med fluorirane toplogredne pline (TPG), ki

povečujejo učinek tople grede. Diplomsko delo tako obravnava žveplov heksafluorid

oz. SF6 z vidika okoljevarstvenih zahtev. Potrebno je poudariti, da je plin SF6 eden

izmed bolj nevarnih toplogrednih plinov, saj je ekvavivalenten izpustu 22.200 enot

CO2.

Čeprav je plin obremenjujoč za okolje, pa žveplov heksafluorid s svojimi odličnimi

izolacijskimi ter termičnimi lastnostmi velja za nepogrešljiv element v

elektroenergetskem sistemu. Njegova uporaba v EES je omogočila zmanjševanje

velikosti naprav, zmanjševanje nevarnosti požarov in eksplozij, enostavnejše

konstruiranje, uporabnejšo obliko ter enostavnejše vzdrževanje. Zavedanje, kako

pomembne so spremembe podnebja za človeštvo in okolje, je pripeljalo

mednarodne organizacije do uvedbe Uredbe o določenih fluoriranih toplogrednih

plinov, podpisane dne 4. julija 2007, z namenom zmanjševanja emisij F-plinov. S

tem bi se izpolnili cilji in obveznosti EU glede sprememb podnebja v skladu s

Kjotskim sporazumom. Med pomembne dejavnike pri omejevanju in preprečevanju

negativnih posledic SF6 na okolje spadajo: ustrezno vzdrževanje naprav v času

aktivne uporabe ter po njeni življenski dobi, izobraževanje osebja (le kvalificirano

osebje lahko upravlja s plinom), ustrezno recikliranje in razgradnja po koncu aktivne

uporabe, natančno evidentiranje posegov in motenj na opremi ter ustrezno

označevanje vseh naprav z vsebnostjo SF6. Le s temi pristopi lahko preventivno

preprečimo izpust žveplovega heksafluorida v ozračje.

Pozornost pa moramo nameniti tudi varnosti in zdravju pri delu z napravami, ki

vsebujejo SF6. Popolnoma nov plin SF6 je sicer za človeka netoksičen in se lahko

vdihava brez posledic. Vendar pa lahko pride do zaduštive, če ni na voljo dovolj

kisika, kajti plin SF6 je petkrat gostejši od zraka. To problematiko lahko rešimo z

rednim prezračevanjem prostorov. Prav tako je potrebno poudariti, da so razkrojne

spojine kontaminiranega plina SF6 strupene. Možnosti zastrupitve so sicer

minimalne, ker jih zaznamo z neprijetnim vonjem že v malih koncentracijah.

Priporočljivo je, da osebje pri delu s plinom SF6 uporablja osebno varovalno opremo

(OVO) za zaščito oči, dihal in telesa.

Vse bolj dosledno določene okoljevarstvene zahteve pa so proizvajalce in

uporabnike naprav z vsebnostjo SF6 spodbudile k uporabi alternativnih rešitev. Na

področju SN naprav se tako vedno bolj uveljavljajo rešitve brez uporabe



toplogrednih plinov. Ena od teh rešitev predstavlja uporabo epoksi smol kot

izolacijsko sredstvo v stikalnih napravah, ki ustrezajo kriterijem dielektrične zdržnosti

SN omrežij. Prav tako pa v njihovo korist govorijo tudi morebitni stroški povezani z

dodatnim polnjenjem plina SF6, ki lahko znašajo tudi do 100.000 $ letno. Na VN

nivoju pa trenutno še ni ustrezne zamenjave, ki bi nadomestila karakteristike plina

SF6.



LITERATURA IN VIRI

Carrington, D. (2. januar 2014). Večer. Zemlja se bo močno ogrela, str. 40.

Cencen, B. (2010). Plinsko izolirane stikalne naprave visokih napetosti.

Diplomsko delo: Ljubljana, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko.

Hlebčar, B. (2006) Izdelava evidenc emisij žveplovega heksafluorida (SF6) v

slovenskem elektroenergetskem sistemu (EES) za obdobje 1986-2005,

Elektroinštitut Milan Vidmar, Ljubljana.

Kerin, U., Žnidarič, M. (2009). Stikalne naprave v okviru okoljevarstvenih

zahtev. V: Zbornik CIGRE, 9. Konferenca slovenskih elektroenergetikov (od

25. do 27. maja 2009, Krajnska Gora). Ljubljana.

Lovrenčič, V., Lušin M., Bajde Gabrovšek, B. (2005). Vzdrževanje SF6

naprav in ravnanje z njim povezanimi odpadki V: Zbornik CIGRE, 26.

kotnikovi dnevi (od 31. marca do 1. aprila 2005, Radenci). Ljubljana.

Lovrenčič, V., Bajde Gabrovšek, B. (2011a). Upravljanje z VN napravami, ki

vsebujejo plin SF6 V: Referat XI, 32. Kotnikovi dnevi (od 24. do 25. marca

2011, Radenci). Ljubljana

Lovrenčič, V., Bajde Gabrovšek, B. (2011b). Ekološke zahteve pri

obratovanju in vzdrževanju VN opreme, ki vsebuje plin SF6 V: Zbornik

CIGRE, 10. Konferenca slovenskih elektroenergetikov (od 30. maja do 1.

junija 2011, Ljubljana). Ljubljana.

Pihler, J. (2003). Stikalne naprave elektroenergetskega sistema, Univerza v

Mariboru, Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko Maribor.

Uredba (ES) št. 842/2006 Evropskega parlamenta in sveta o določenih

fluoriranih toplogrednih plinih (dne 17. maja 2006).

Uredba (Uradni llist RS) št. 41/2010 o uporabi ozonu škodljivih snovi in

fluoriranih toplogrednih plinov (dne 25. maja 2010)



PRILOGE

Priloga 1: Uredba (ES) št. 842/2006 Evropskega parlamenta in sveta z dne 17.

maja 2006 o določenih fluoriranih toplogrednih plinih

KAZALO SLIK

Slika 1: Geometrijska sestava molekul SF6 .............................................................. 4 Slika 2: Preskočna napetost različnih medijev kot funkcija razmika med elektrodama ................................................................................................................................. 5 Slika 3: Enopretočno prekinjanje električnega obloka ............................................. 10 Slika 4: Dvopretočno prekinjanje električnega obloka ............................................. 11 Slika 5: Ozemljitveni ločilnik z prigrajenim hitrim zapiranjem .................................. 17 Slika 6: Prerez gasilne komore in zaporedje odpiralnih operacij odklopnika ........... 20 Slika 7: Odklopniki SF6 v zunanjem montažnem stikališču ..................................... 20 Slika 8: Primerjava dimenzij klasičnega in GIS stikališča ........................................ 21 Slika 9: GIS izvedba stikališča v zaprtem prostoru ................................................. 22 Slika 10: Zunanja izvedba GIS stikališča ................................................................ 23 Slika 11: SN (20 kV) SF6 celice metal-clad izvedbe ................................................ 25 Slika 12: Stikalni blok z vakuumskim odklopnikom ter gasilnim medijem v SF6 izvedbi .................................................................................................................... 27 Slika 13: SF6 SN celice v RMU izvedbi ................................................................... 28 Slika 14: Učinek tople grede na ozračje planeta ..................................................... 30 Slika 15: Medsebojna povezava vplivov emisij TPG in OŠS ................................... 31 Slika 16: Medsebojna odvisnost predpisov ES in RS, ki urejajo TPG in OŠS ......... 37 Slika 17: Označevanje VN naprave (tablica, nalepka), ki vsebuje plin SF6 ............. 40 Slika 18: Shranjevanje novega ter rabljenega plina ................................................ 47

KAZALO TABEL

Tabela 1: Osnovne fizikalne lastnosti plina SF6 ........................................................ 3 Tabela 2: Plinasti razkrojni produkti SF6 ................................................................... 7 Tabela 3: Izrazi, standardi, grafični simboli stikalnih aparatov ................................ 15 Tabela 4: Potencial globalnega segrevanja (GWP) podnebja v 100 letnem obdobju ............................................................................................................................... 33 Tabela 5: Minimalna znanja in spretnosti – SF6 (visokonapetostni stikalni mehanizem) ........................................................................................................... 41 Tabela 6: Vsebnost plina SF6 v kilogramih v VN in SN opremi ............................... 46 Tabela 7: Transport plina po cesti (s tovornimi vozili) ............................................. 48

KAZALO GRAFIKONOV

Grafikon 1: Primerjava potencialnega segrevanja (GWP) med vrstami TPG (kg/100 let) .......................................................................................................................... 33

Date post:	18-Feb-2019
Category:	Documents
Upload:	trinhhanh
View:	215 times
Download:	0 times

SF6 V VISOKONAPETOSTNIH STIKALNIH MEHANIZMIH · ABSTRACT The thesis basically coveres the gas...

Documents