高電圧ガス絶縁開閉装置からのSF6排出量の制御

フィールド: 電源スイッチ

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高圧ガス絶縁スイッチギアからのSF6排出の防止と管理は長らく困難な課題でした。ここでは、高圧スイッチギアの現場でのSF6ガス漏れ試験の主要なポイントについて詳しく説明します。電気設備からの六フッ化硫黄（SF6）の排出は、温室効果ガス排出削減目標達成の大きな懸念事項となっています。これは、SF6の排出が地球温暖化に大きな影響を与えるためです。SF6の大気中の寿命は3,200年で、その地球温暖化係数（GWP）は23,900（つまり、1kgのSF6の影響は23,900kgのCO2と同じです）。2000年には、中・高圧（HV）電力送配電装置の生産によるSF6排出量は約10Mt CO2-eqと推定され、主に欧州と日本に集中していました。

大気中のSF6ガス排出とその防止のための世界的な取り組み

ネットゼロ世界への道のりにおいて、電力業界は炭化水素を基盤とする発電から再生可能かつ環境に優しいエネルギー源へと大幅な変革を遂げていることが広く認識されています。しかし、業界内の別の環境リスクの管理という問題は、あまり文書化されていません。

1950年代以来、六フッ化硫黄（SF6）は高圧スイッチギアの絶縁および消弧媒体として使用されてきました。不活性であり、優れた消弧特性を持つことから、主にスイッチギアに使用されています。また、SF6の化学構成により、他の用途にも適しています。例えば、医療分野では超音波画像診断のコントラスト剤として、二重窓では熱および音響絶縁材料として、かつては有名ブランドのスポーツシューズのソールの「空気」充填材としても使用されていました。

1997年の京都議定書採択以降、SF6の使用と排出を制限するための努力が行われています。近年、電力送電業界では代替設備および絶縁媒体の開発において顕著な進歩が見られています。

乾燥空気絶縁は、非切替ガス絶縁バスバー（GIB）で最大420kVまで使用可能となり、真空遮断器は最大145kVまで使用できるようになりました。同様に、g3（g-キューブ）などの代替ガス技術は、非切替ガス絶縁バスバー（GIB）で最大420kVまで適用可能です。代替ガス回路遮断器は最大145kVまで利用可能で、2025年までにスケーラブルな245kV g3回路遮断器も利用可能になると予想されています。

しかし、高圧GISの通常の運転寿命が25年以上であり、現在製造されているほぼすべての高圧GISがSF6で満たされていることを考慮すると、SF6の環境影響は今後数十年間も対処が必要な問題です。さらに、予知保全による設備寿命の延長とともに、交換の環境コストも考慮する必要があります。健康的な設備でもガス漏れがある場合、必ずしも交換が必要というわけではありません。

GISシステムにおけるSF6ガス漏れとその防止方法

高圧GISのガス漏れは、製造上の欠陥、設計上の欠陥、屋外設備に対する天候の影響、不適切な設置、パッキンやシールの劣化など、さまざまな理由で発生します。多くの変電所が重要な役割を果たしているため、修理のために設備を停止することはしばしば制限されます。これにより、漏洩部位のガス補充が継続的に必要となり、SF6ガスが大気に放出される状態が続きます。

世界中の多くの地域では、政府や規制当局はこのような排出に対して厳しい罰則を科すだけでなく、管理された削減へのインセンティブも提供しています。したがって、オペレーションに影響を与えずに従来のOEM手法（停止、脱ガス、解体、修理）に頼らずに、老朽化した設備からのSF6排出を防ぐための効果的な解決策が求められています。

最近では、いくつかの方法が試みられてきましたが、成功例は限られています。これらの方法はしばしば漏洩問題を完全に解決するのではなく、一時的に軽減するだけであり、将来のアクセスを制限することもあります。

接着コーティングまたは工業用包帯: 漏洩部位に圧力をかけて直接適用しても、接着コーティングまたは工業用包帯は漏洩を止めることはできません。ガス圧力の低下と関連する操作中断、設置と硬化中に成功確率は通常限られており、短期的なものです。
エポキシ被覆: エポキシ被覆は硬化過程で漏洩を迂回させ、最初の方法の問題を避け、漏洩を止めることが可能です。しかし、この方法の制限は、一般的にフランジ部に限定されることです。また、完成品は設備に固着し、将来的にアクセスが必要な場合に制限があります。除去は時間がかかり、フランジやボルトを損傷しないよう極端な注意が必要です。

SF6ガス漏洩と排出を防ぐ方法

MG Eco Solutions（Master Grid Group）は、運用上の中断、漏洩部位の適用制限、および不確実な成功率という主要な制限を克服する独自のシステムを開発しました。このシステムは当初、フランスの沿岸原子力発電所の過酷な環境で使用するために開発され、熱帯気候でも効果的であることが証明されています。

写真1では、MG Eco SolutionsのSleakbag収集システムを高圧ガス絶縁スイッチギアでご覧いただけます。

MG Eco Solutionsは、慎重な逆エンジニアリングプロセスを通じて、ほぼすべての場所のガス漏洩に対応するための密封システムを設計および製造する能力を持っています。

同社のソリューションは、新しいガス密閉ポリマーシールとOリングを組み合わせています。漏洩部位を直接塞ごうとするのではなく、またはレジンで隙間を埋めるのではなく、ガス漏洩をシステム内に封じ込めます。封じ込めシステムは永久的な修正とみなすことができますが、必要に応じて設備へのアクセスが必要な場合は取り外すこともでき、一部のコンポーネントは他の用途で再利用できます。

MG Eco Solutionsの汎用性をさらに高めるのは、永久的な封じ込めシステムが実現できない場合、例えば破裂ディスクやベルロウユニットが漏洩している場合に収集システムを提供できる能力です。このソリューションは、同じ逆エンジニアリング原則に基づいて漏洩設備に正確に適合します。作動圧力下で漏洩を封じ込めるのではなく、ガスをパイプを通じて収集システムに導き、有害なSF6排出が大気に入ることを防ぎます。

電力業界の長期的な目標であるネットゼロ世界への移行には、SF6充填設備の完全な廃止が必要です。この目標を達成するには、時間、莫大な投資、そして代替技術の継続的な進歩が必要です。その間、既存の広範なGISの効果的な管理と、SF6ガス漏洩に対する封じ込めと収集措置の実施は、この全体的な目標に対する重要な貢献となります。