Brandbestrijding in en nabij hoogspanningsruimten

Transcriptie

1 Brandbestrijding in en nabij hoogspanningsruimten Afstudeerscriptie Afstudeerbedrijf: Nederlands Instituut voor Brandweer en Rampenbestrijding (Nibra) Student: Andre van Strien Studentnummer: Examennummer: E21-TA-06

2 Het bestuur van de Hogeschool INHOLLAND Alkmaar aanvaardt geen enkele aansprakelijkheid voor de schade voortvloeiende uit het gebruik van enig gegeven, werkwijze of procédé in dit rapport beschreven. Vermenigvuldiging zonder toestemming van de auteur(s) en de school is niet toegestaan.

3 Titelpagina Afstudeerscriptie Brandbestrijding in hoogspanningsruimten Afstudeerbedrijf: Nederlands Instituut voor Brandweer en Rampenbestrijding (Nibra) Afstudeerbegeleider: Ing. D. Arentsen Opleidingsinstituut: INHOLLAND Hogeschool Alkmaar Afstudeerdocent: Ir. M. H. Homs Student: Andre van Strien Studentnummer: Examennummer: E21-TA-06 Plaats: Arnhem Datum: 30 juni 2006

4 Voorwoord Als afsluiting van mijn studie Elektrotechniek aan de INHOLLAND Hogeschool te Alkmaar heb ik deze scriptie geschreven. In deze scriptie zal het onderzoek worden beschreven dat ik heb gedaan naar brandbestrijding in en nabij hoogspanningsruimten. In dit literatuuronderzoek heb ik alle informatie verzameld en gebundeld. Met deze informatie heb ik een inzetprotocol voor de brandweer ontwikkeld voor incidenten in hoogspanningsruimten. Ook heb ik een theorieles opgezet voor brandweerkorpsen om bekend te worden met de gevaren van hoogspanning. Ik hoop dat de resultaten van dit onderzoek zullen bijdragen aan veiliger repressief optreden van de brandweer in geval van incidenten waarbij hoogspanningsinstallaties betrokken zijn. Bij deze wil ik het Nibra bedanken voor het beschikbaar stellen van een afstudeerplaats. De heren Dick Jongeneel en Dick Arentsen wil ik bedanken voor de begeleiding bij mijn opdracht. Als slot van dit voorwoord wil ik iedereen die, op welke wijze dan ook, heeft meegeholpen bij het verrichten van het onderzoek hartelijk bedanken. Andre van Strien Arnhem, 30 juni 2006 Afstudeerscriptie Andre van Strien I

5 Samenvatting In deze scriptie wordt aandacht besteed aan brandbestrijding in en nabij hoogspanningsruimten. De volgende probleemstelling staat centraal: Hoe kan de brandweer in en nabij hoogspanningsruimten veilig optreden? Het antwoord is simpel: door zich bewust te zijn van de gevaren van hoogspanning. Bij onjuist handelen bij hoogspanning is de kans op een ongeval met dodelijke afloop groot. De primaire doelstelling van deze scriptie is dan ook: het Nederlandse brandweerpersoneel bekend te maken met de gevaren die hoogspanning met zich meebrengt. Hoogspanning is namelijk levensgevaarlijk. Laagspanning levert alleen gevaar op bij aanraking. Hoogspanning heeft de vervelende eigenschap dat het ook gevaar oplevert bij een te dichte nadering van de elektrische geleiders. Bij een te dichte nadering van de onder hoogspanning staande geleider kan een overslag ontstaan tussen deze geleider en een lichaamsdeel of een stuk gereedschap dat men vast houdt. Overslag is een verschijnsel wat vergeleken kan worden met blikseminslag. Hoe hoger de spanning, hoe groter de afstand die men moet bewaren om een dergelijke overslag te voorkomen. De brandweer, en onder omstandigheden ook de politie, heeft wettelijk de bevoegdheid om zich toegang te verschaffen tot ruimten waarin zich hoogspanningsinstallaties bevinden. Aangezien dat levensgevaarlijk is, is het dringend gewenst te overleggen met het elektriciteitsbedrijf voordat men als brandweer werkzaamheden gaat verrichten in de nabijheid van hoogspanning. Het personeel van het energiebedrijf is vanzelfsprekend goed op de hoogte met de plaatselijke situatie en gevaren. Het schakelen van hoogspanning kan en mag alleen door een daartoe bevoegd persoon van het energiebedrijf gebeuren. Bij brand en/of ongeval in of in de nabijheid van hoogspanningsinstallaties moet men daarom: De installatie niet te dicht naderen (10 meter) Overleggen met een deskundige van de netbeheerder In verband met eigen veiligheid: niet blussen voordat aangetoond is dat de installatie spanningsloos en geaard is. De brandweer kan telefonisch met de netbeheerder overleggen over de te voeren strategie. De extra schade die bij brand ontstaat door niet te blussen, weegt niet op tegen het verlies van mensenlevens. Verkeren mensen in levensgevaar door een brand in of in de nabijheid van hoogspanning, dan kan de bevelvoerder besluiten om voor hun redding tot blussen over te gaan. In een dergelijke situatie is het wel noodzakelijk de blusmiddelinstructies in acht te nemen. Aan het besluit tot blussen mogen vanwege de gevaren slechts zeer zwaarwegende motieven ten grondslag liggen. De bevelvoerder blijft altijd verantwoordelijk. Bij brand en/of ongeval in of in de nabijheid van hoogspanningsinstallaties waarbij slachtoffers aanwezig zijn moet men: De installatie niet te dicht naderen (10 meter) Overleggen met een deskundige van de netbeheerder Blussen met koolzuursneeuw(co 2 ) vanaf 5 meter of met water vanaf 10 meter. Brandweerkorpsen wordt aanbevolen vooral te investeren in kennis omtrent het herkennen van de risico s die hoogspanning met zich meebrengt. Ook wordt aanbevolen om voor hoogspanningschakelstations een bedrijfsnoodplan beschikbaar te maken met daarin de aard en hoeveelheid gevaarlijke stoffen, aanvalskaarten en aanwijzingen voor de plaatselijke brandweer. Deze scriptie heeft geleid tot een theorieles om brandweermensen bekend te maken met hoogspanning en de gevaren hiervan. Ook is een inzetprotocol opgesteld om ondanks de gevaren veilig te kunnen werken in de nabijheid van hoogspanning. Afstudeerscriptie Andre van Strien II

6 Inhoudsopgave HOOFDSTUK 1: SCRIPTIEDOEL INLEIDING PROBLEEMSTELLING DOELSTELLING OPBOUW SCRIPTIE... 2 HOOFDSTUK 2: HOGE SPANNING: LEVENSGEVAARLIJK! GEVOLGEN VAN ONDER STROOM STAAN HET MENSELIJK LICHAAM TRAFOHUISJE WAARSCHUWINGSBORD WANNEER HOOGSPANNING BRANDWEER EN HOOGSPANNINGSRUIMTEN... 5 HOOFDSTUK 3: HET NEDERLANDSE ELEKTRICITEITSVOORZIENINGSYSTEEM VERDELING DE PRODUCTIE HET TRANSPORTNET HET DISTRIBUTIENET... 8 HOOFDSTUK 4: DE GEVAREN MINIMALE AFSTAND SPANNINGSTRECHTER DE TRANSFORMATOREN LUCHT EN HYDRAULISCHE DRUK ACCU S THEORIELES HOOFDSTUK 5: BRAND MELDING DE GEVAREN VAN BRAND BIJ HOOGSPANNINGINSTALLATIES AUTOMATISCHE BLUSINSTALLATIES BLUSSEN HOOFDSTUK 6 RISICOBEWUSTZIJN RISICO S & ONGEVALLEN RISICOBEHEERSING INZETPROTOCOL HOOFDSTUK 7: CONCLUSIE EN AANBEVELINGEN CONCLUSIE AANBEVELINGEN LITERATUURLIJST...22 BIJLAGE A: NEDERLANDS HOOGSPANNINGSNET...24 BIJLAGE B: HET TRANSPORTNET...26 BIJLAGE C: HET DISTRIBUTIENET...29 BIJLAGE D: ZWAVELHEXAFLUORIDE...31 BIJLAGE E: INZETPROTOCOL BRANDWEER BIJ HOOGSPANNINGSRUIMTEN...34 BIJLAGE F: LESPLAN THEORIELES...40 BIJLAGE G: VEILIGHEIDSKETEN BRANDWEER...41 BIJLAGE H: LESBOEK ONDERBRANDMEESTER REPRESSIE DEEL Afstudeerscriptie Andre van Strien III

7 Hoofdstuk 1: Scriptiedoel 1.1 Inleiding In de maatschappij is elektriciteit niet meer weg te denken. De hele samenleving is gebaseerd op een goede en stabiele energievoorziening. De stroomvoorziening is zo betrouwbaar dat we er niet eens aan denken aan wat er gebeurt als de spanning wegvalt. Korte stroomstoringen zijn relatief gemakkelijk op te vangen maar hoe langer de stroomstoring duurt hoe duidelijker de gevolgen zichtbaar worden. Mensen komen vast te zitten in liften, kantoorwerk wordt verstoord, voedsel bederft, winkels moeten noodgedwongen sluiten, de verwarming valt deels uit, industriële productieprocessen worden verstoord, het verkeer wordt een chaos enzovoorts. De wettelijke taak van de brandweer is in de Brandweerwet van 1985 als volgt vastgesteld: Het voorkomen en bestrijden van brand, voorkomen en bestrijden van ongevallen bij brand. En het voorkomen en bestrijden van gevaar bij ongevallen en rampen, anders dan bij brand. Als er brand is in een onderdeel van de energievoorziening heeft de brandweer dus als wettelijke taak hier op te treden. Hierbij moet zij bedacht zijn van het gevaar dat elektriciteit voor haar personeel tijdens het blussen van branden met zich meebrengt. Regel één bij de brandweer is immers: altijd eigen veiligheid eerst. De afgelopen jaren hebben er in Nederland een aantal bijna-ongevallen plaatsgevonden in hoogspanningsruimten. Dit is te wijten aan onvoldoende kennis van de gevaren van hoogspanning bij de brandweerpersoneel. Met deze scriptie hoop ik de Nederlandse brandweer een beeld te kunnen geven van de gevaren die bij een incident in of in de nabijheid van hoogspanningsinstallaties op de loer liggen. Daarbij geef ik ook aan welke maatregelen er genomen kunnen worden om de veiligheid van de brandweerpersoneel zoveel mogelijk te garanderen. Ook wil ik voorkomen dat door onvoldoende kennis fouten worden gemaakt waardoor de energievoorziening voor lange tijd uitgeschakeld blijft met alle gevolgen van dien. Deze scriptie heeft als onderwerp: brandbestrijding in en nabij hoogspanningsruimten. Dit onderwerp omvat een zeer breed terrein. Het omvat eigenlijk alle 5 de schakels uit de veiligheidsketen, van pro-actie tot nazorg (Bijlage G). Deze scriptie is geschreven om Nederlands brandweerpersoneel bekend maken met de (levens)gevaren van hoogspanning. Dit valt onder preparatie in de veiligheidsketen maar hangt natuurlijk nauw samen met het repressieve deel. Dit zijn de delen uit de keten waar in deze scriptie aandacht aan wordt besteed. Naar aanleiding van het gereedkomen van het: Algemeen protocol inzet brandweer bij calamiteiten nabij hoogspanningslijnen van de heren D. Arentsen en M. Luikinga is deze scriptie als vervolgonderzoek ontstaan. Deze scriptie gaat in op 50 Hertz wisselspanninginstallaties. Voor gelijkspanninginstallaties, zoals bij de spoorwegen in gebruik zijn, gelden andere normen. Afstudeerscriptie Andre van Strien 1

8 1.2 Probleemstelling Als er brand ontstaat in een hoogspanningsruimte heeft de brandweer als wettelijke taak daar op te treden. De afgelopen jaren hebben er in Nederland een aantal bijna-ongevallen plaatsgevonden in de nabijheid van hoogspanning. Dit is te wijten aan onvoldoende kennis van de gevaren die hoogspanning met zich meebrengt bij de brandweerpersoneel die daar op dienen te treden. De probleemstelling is daarom als volgt: Hoe kan de brandweer in en nabij hoogspanningsruimten veilig optreden? Aan de hand van deze probleemstelling ontstaan de volgende deelvragen: Wat zijn de gevaren van hoogspanning? Hoe kan met deze gevaren worden omgegaan? Is het mogelijk om een inzetprotocol op te stellen voor een brandweerinzet? Kan de brandweer voldoen aan de wettelijke taak conform de Brandweerwet van 1985? 1.3 Doelstelling De doelgroep van deze scriptie is het Nederlandse brandweerpersoneel. Als dit personeel onjuist handelt bij hoogspanning is de kans op een ongeval met dodelijke afloop groot. De primaire doelstelling van deze scriptie is dan ook Nederlands brandweerpersoneel bekend maken met de gevaren die hoogspanning met zich meebrengt. Hoogspanning is namelijk levensgevaarlijk. Bij hoogspanning kan ook laagspanning aanwezig zijn. Ook op de gevaren van deze spanning wordt gewezen. 1.4 Opbouw scriptie In deze scriptie geef ik, naar aanleiding van de deelvragen, eerst aan waarom hoge spanning gevaarlijk is en wanneer hoge spanning hoogspanning is. Dit is te vinden in hoofdstuk 2. Daarna volgt in hoofdstuk 3 een omschrijving van het Nederlandse hoogspanningsnet. Vervolgens komen in hoofdstuk 4 de gevaren van de onderdelen van dit hoogspanningsnet aan bod. In hoofdstuk 5 wordt aandacht besteed aan brand bij hoogspanningsinstallaties. Hoofdstuk 6 gaat over risicobewustzijn. Tot slot volgen in hoofdstuk 7 de aanbevelingen en een conclusie. In deze scriptie wordt niet ingegaan op de brandweerinzet onder hoogspanningslijnen, hiervoor wordt verwezen naar het Algemeen protocol inzet brandweer bij calamiteiten nabij hoogspanningslijnen van de heren D. Arentsen en M. Luikinga. Afstudeerscriptie Andre van Strien 2

9 Hoofdstuk 2: Hoge spanning: levensgevaarlijk! 2.1 Gevolgen van onder stroom staan Als brandweerpersoneel in aanraking komt met onder spanning staande geleiders kan men zwaar lichamelijk letsel oplopen. De elektrische energie wordt namelijk omgezet in warmte met ernstige brandwonden als gevolg. Ook kunnen ernstige storingen optreden in het hart en zenuwstelsel. Dit heeft bewusteloosheid of zelfs de dood tot gevolg. Maar wanneer is spanning nou levensgevaarlijk? De grootte van de stroom door het menselijk lichaam bepaalt het risico wat men loopt en de gevolgen. Hoewel de gevolgen uiteraard afhankelijk zijn van leeftijd, de gezondheidstoestand, de manier van aanraking enzovoorts kunnen de gevolgen samengevat worden in de onderstaande tabel: Stroomsterkte Inwerking op het Gevolgen lichaam 1mA tot 2 ma Zwakke gevoeligheid, Schrikken kriebelen Tot 5 ma Geeft sterke kramp Geeft een begin van kramp Loslaten kost moeite Tot 10 ma Spierkrampen Spierkrampen, Loslaten is nog net mogelijk Tot 15 ma Pijnlijke kramp Verlamingsverschijnselen Loslaten is niet meer mogelijk Tot 25 ma Bloeddruk loopt op Bewusteloosheid, ademhalingsstoornissen Tot 50 ma Hevige spierkrampen Maagkrampen Hartkamerfibrillatie Sterke verlammingsverschijnselen Ademhalingsstilstand Hersenen zonder zuurstof Meer dan 50mA Hartkamerfibrillatie Hartstilstand, dood door elektrocutie Meer dan 3000mA Hevige verbrandingen Hartstilstand, dood door verbranding Tabel 1: de gevolgen van stroom door hem menselijk lichaam Pas ook bij lage stroomsterktes goed op. Zoals in de tabel is terug te lezen levert een stroom van 1 tot 2 ma een schrikwerking op. Een persoon die bijvoorbeeld op een ladder aan het werk is of op een dak aan het werk is kan door de schrikreactie naar beneden vallen en zo ergere verwondingen oplopen. De Duitse natuurkundige Georg Simon Ohm legde de relatie tussen spanning, U weerstand en stroom. De naar hem vernoemde Wet van Ohm leert ons dat I = R waarbij de U de spanning is in Volts(V), R de weerstand in Ohms(Ω) en I de stroom in Ampères(A). Afstudeerscriptie Andre van Strien 3

10 2.2 Het menselijk lichaam Het menselijk lichaam biedt aan stroom die er door wil vloeien een zekere weerstand. Aangezien de mens voor het overgrote deel uit water bestaat mag het duidelijk zijn dat deze weerstand niet groot is. De huid, die bestaat uit verharde eiwitten, kan in droge toestand meer dan Ω weerstand bieden. Bij een doornatte huid loopt deze weerstand soms terug tot minder dan 600 Ω. Nu we de weerstand van het menselijk lichaam weten en ook de relatie tussen spanning, weerstand en stroom bekend is zien we dat als we thuis per ongeluk in aanraking komen met de 230 Volt uit de wandcontactdoos er een stroom door ons 230V lichaam gaat lopen van: = 0,00383 A = 3,83 ma Ω Terugkijkend naar tabel 1 zien we en hebben we misschien wel eens gevoeld dat dit geen prettig gevoel geeft. Via het lichaam van de persoon gaat de stroom naar aarde vloeien: er ontstaat een aardlek. Gelukkig is in de huidige elektrische installatie in huizen en kantoren een veiligheid ingebouwd die de spanning afschakelt, en daarmee de stroomtoevoer onderbreekt, als er een aardlek optreedt. Dit wordt gedaan door een aardlekschakelaar. Het hart is een grote spier bestaande uit verschillende spiercellen die allemaal een potentiaal over hun membraan (lees celwand) hebben staan. Bepaalde gespecialiseerde cellen in het hart bepalen de frequentie (rust) waarmee het hart samentrekt, doordat zij ionen "lekken". Als hun potentiaal een bepaalde waarde bereikt volgt er een actiepotentiaal die door het hart geleid wordt. De spiercellen trekken als gevolg van deze actiepotentiaal samen. Niet het gehele hartweefsel geleidt op dezelfde manier, anders zou het hart in 1x samentrekken terwijl het bloed eerst van uit de boezems naar de kamer moet en vervolgens vanuit de kamers naar de rest van het lichaam. Als er nu een hoge wisselspanning op het lichaam staat, bestaat de kans dat de verschillende spiercellen in de kamer ongecontroleerd gaan samentrekken. Ze ervaren een actiepotentiaal en geven deze door terwijl ze samentrekken. Meteen daarna ervaren ze weer de actiepotentiaal van hun buurcellen en trekken ze weer samen. Dit wordt ventrikel (=hartkamer) fibrillatie genoemd. Dit leidt er toe dat het hart niet goed functioneert, en er geen bloed wordt rondgepompt omdat de spiercellen in de kamer niet als geheel samentrekken. Een sterke stroomstoot (gelijk spanning) kan er voor zorgen dat alle spiercellen tegelijk ontladen, en vervolgens weer afhankelijk zijn van de "lekkende cellen" die het tempo weer bepalen. (dit gebeurt dus met een defibrilator). 2.3 Trafohuisje In grotere elektrische installaties, met meer elektrisch vermogen, zijn geen aardlekschakelaars opgenomen. Voor een voorbeeld van een grotere elektrische installatie hoeft men niet eens zo erg ver van het vorige voorbeeld in huis te zoeken. In elke woonwijk staat namelijk een trafohuisje van de energiemaatschappij die het elektriciteitsnet beheert. Hier wordt vaak een spanning van Volt (10kV)teruggetransformeerd naar de 230/400 Volt voor thuis. Bij aanraking van een Volt geleider gaat er door het lichaam een 10000V stroom lopen van: = 0,1667 A = 166,7 ma In tabel 1 zijn de gevolgen Ω Afstudeerscriptie Andre van Strien 4

11 terug te vinden en kunnen we helaas concluderen dat deze persoon niet meer levend thuis komt. Hoogspanning is dus echt levensgevaarlijk! Het trafohuisje in de wijk krijgt zijn stroom van een schakelstation. De spanning die daar te vinden is loopt op van 110kV tot 380kV. De gevolgen van het aanraken van een geleider in dit soort schakelstations mogen nu duidelijk zijn. 2.4 Waarschuwingsbord Het personeel van energiebedrijven heeft de plicht om mensen te beschermen tegen het in aanraking komen met onder spanning staande delen. Bij alle toegangen tot ruimten waarin zich hoogspanningsinstallaties bevinden is een waarschuwingsbord aangebracht. Bij dit waarschuwingsbord is vaak ook de tekst: LEVENSGEVAAR HOGE SPANNING. Het waarschuwingsbord is hieronder als figuur 1 weergegeven. Figuur 1: waarschuwingsbord 2.5 Wanneer hoogspanning De wetgeving spreekt over hoogspanning boven 1000V wisselspanning en 500V gelijkspanning. Spanningsniveaus onder deze grens vallen onder laagspanning. De energiebranche spreekt ook vaak over middenspanning, men heeft het dan over spanning tussen de 1000V en 10kV. Laagspanning levert gevaar op bij het aanraken van onder spanning staande delen. Hoogspanning levert echter al gevaar op bij nadering van onder spanning staande delen. Bij hoogspanning bestaat namelijk de kans op een spanningsoverslag, ook wel bekend als een vlamboog. Meer hierover in hoofdstuk Brandweer en hoogspanningsruimten De brandweer, en onder omstandigheden ook de politie, heeft wettelijk de bevoegdheid om zich toegang te verschaffen tot ruimten waarin zich hoogspanningsinstallaties bevinden. Gezien het hiervoor beschreven levensgevaar is het dringend gewenst te overleggen met het elektriciteitsbedrijf voordat men als brandweer werkzaamheden gaat verrichten in de nabijheid van hoogspanning. Het personeel van het energiebedrijf is vanzelfsprekend goed op de hoogte met de plaatselijke situatie en gevaren. Het schakelen van hoogspanning kan en mag alleen door een daartoe bevoegd persoon van het energiebedrijf gebeuren. Om ongevallen met hoogspanning te voorkomen is het goed om te weten hoe het Nederlandse elektriciteitsnet in elkaar zit, wat een veilige afstand is en wat men kan tegenkomen bij het bestrijden van brand in hoogspanningstations of in de nabijheid daarvan. Het volgende hoofdstuk geeft de opbouw van het elektriciteitsnet weer. Later wordt ingegaan op de gevaren. Afstudeerscriptie Andre van Strien 5

12 Hoofdstuk 3: Het Nederlandse elektriciteitsvoorzieningsysteem 3.1 Verdeling Het elektriciteitsvoorzieningsysteem is technisch en organisatorisch duidelijk onder te verdelen in drie delen: De productie Het transportnet Het distributienet In de volgende paragraven wordt verder ingegaan op deze drie onderdelen. 3.2 De productie De elektrische energie wordt opgewekt in centrales. Naast kerncentrales zijn er nog heel veel centrales die met fossiele brandstoffen zoals gas en kolen werken. Stoomketels met stoomturbines of gasturbines drijven de generatoren aan. De generator wekt een spanning van 10-20kV op die wordt geleid naar naast de centrale opgestelde vermogenstransformatoren. Deze transformatoren zetten de spanning om naar een spanning voor het transportnet (110kV, 220kV of 380kV). De spanning wordt voor transport omhoog getransformeerd om verliezen te voorkomen. In figuur 2 is als voorbeeld de energiecentrale in Moerdijk te zien. Energiecentrales hebben een eigen bedrijfsbrandweer. In deze scriptie wordt verder niet ingegaan op de productie van elektriciteit. Figuur 2: Een voorbeeld van een energiecentrale: de Essent centrale in Moerdijk 3.3 Het transportnet De door de centrales opgewekte elektrische energie wordt getransporteerd naar een nabijgelegen hoogspanningstation. Hierin staat een schakelinstallatie opgesteld waarmee de hoogspanningslijnen onder spanning worden gezet. De spanning op de hoogspanningslijnen in Nederland is 50kV, 110kV,150kV, 220kV of 380kV. Slechts zeer dicht bij centrales of schakelstations wordt elektrische energie ook ondergronds via 110kV, 150kV en 220kV kabels getransporteerd. Afstudeerscriptie Andre van Strien 6

13 Het transportnet bestaat uit meerdere aan elkaar gekoppelde hoogspanningstations. Dit is weergegeven in bijlage A. De functie van deze stations in principe altijd hetzelfde. Het is namelijk een knooppunt van twee of meer hoogspanningsverbindingen en een transformatiepunt van elektrische energie die van hoge spanning ( 110kV) wordt opgezet naar 10kV-20kV voor het distributienet Hoogspanningschakelstations zijn er in verschillende uitvoeringen namelijk: Open installaties, opgesteld in de open lucht Open installaties, opgesteld in een gebouw Gesloten installaties, opgesteld in een gebouw Open installaties, opgesteld in de open lucht Bij een open installatie zijn de onder spanning staande delen niet voorzien van een gesloten omhulling zodat delen niet tegen aanraking zijn beveiligd. Wel zijn de onder spanning staande delen tegen nadering beschermd. Zij zijn afgeschermd door hekjes of zo hoog geplaatst dat deze delen niet zonder hulpmiddelen te dicht benaderd kunnen worden. In bijlage B, figuur 9, is een voorbeeld van een open installatie, opgesteld in de open lucht weergeven. Hier zijn de onder spanning staande delen zo hoog geplaatst dat deze niet zonder hulpmiddelen benaderd kunnen worden Open installaties, opgesteld in een gebouw Open installaties, opgesteld in een gebouw zijn gelijk aan de installaties die in de open lucht staan. Zij zijn echter overdekt om de gevolgen van weersinvloeden van bijvoorbeeld zout in de nabijheid van zee en een agressieve atmosfeer in industriegebieden te beperken. Figuur 10 in bijlage B geeft een voorbeeld van een gebouw met daarin een open installatie. De open installatie is in figuur 11 weergegeven. De hekjes zorgen ervoor dat de onder spanning staande delen niet direct benaderd kunnen worden Gesloten installaties, opgesteld in een gebouw De moderne hoogspanningstations worden meestal uitgevoerd met gesloten installaties. Bij een gesloten installatie zijn de onder spanning staande delen ondergebracht binnen een gesloten omhulling van metaal of kunststof, waardoor het aan- of in de nabijheid komen van onder spanning staande delen voorkomen wordt. Deze gesloten installaties zijn opgesteld in een gebouw. Deze installaties worden ook wel aanrakingsveilige installaties genoemd. Een voorbeeld is in figuur 12 in bijlage B opgenomen Bouwkundige aspecten Het is nooit mogelijk om zomaar een hoogspanningschakelstation binnen te komen. Deze stations zijn allemaal afgeschermd met een hekwerk of stevige toegangsdeur in een gebouw. De stations zijn goed bereikbaar van de openbare weg en hebben een verhard terrein. Naast schakelinstallaties bestaat een station uit een gebouw met een of meerdere ruimten, met daarin de bediening- en bewakingsapparatuur, accu s en luchtinstallaties. De gebouwen hebben meestal ook een kabelkelder waar de hoogspanning het gebouw binnenkomt of verlaat. De draagvloeren zijn uitgevoerd in slecht brandbaar materiaal. De draagconstructie is meestal een onbeschermde staalconstructie. Bij langdurige blootstelling aan warmte bestaat dus een bezwijkrisico. Het dak bestaat meestal uit betonplaten. De deuren zijn in de Afstudeerscriptie Andre van Strien 7

14 meeste gevallen van panieksloten voorzien zodat men bij een calamiteit snel het pand verlaten kan. De transformatoren staan meestal in de open lucht. Om een idee te geven van de omvang is in bijlage B als figuur 13 een transformator weergeven die 150kV omzet naar 50kV. Deze spanning wordt in een ander station omgezet naar 10kV voor het distributienet. Als figuur 14 in bijlage B is een transformator weergegeven die 50kV omzet naar 10kV. Vrijwel alle schakelstations zijn onbemand. Meldingen uit de stations worden gesignaleerd bij het bewakingscentrum van de netbeheerder. 3.4 Het distributienet In de schakelstations wordt de spanning omlaag getransformeerd naar een geschikte spanning voor het distributienet. Vanuit het schakelstation vertrekken distributiekabels naar de transformatorstations. Voor de beeldvorming: op elk groot schakelstation kunnen tot ongeveer 100 transformatorstations zijn aangesloten. Deze stations kunnen vrij zijn opgesteld maar ook min of meer inpandig zijn uitgevoerd. Als vrijstaand huisje is een transformatorstation goed te herkennen(trafohuisje). In kantoren, flats, fabrieken of winkels zijn inpandige transformatorstation minder gemakkelijk te herkennen (zie figuur 21, bijlage C). Ze staan echter wel altijd op tekeningen van het gebouw aangegeven en op alle toegangsdeuren is een bord met het opschrift Hoogspanning levensgevaarlijk aangebracht. Trafohuisjes zijn er in vele uitvoeringen, zie bijlage C. De uitvoering varieert van robertson-beplating zoals te zien in figuur 17 tot architectonische hoogstandjes als figuur 19 en 20. Nieuwere trafohuisjes zien er uit als in figuur 22. In een trafostation zijn drie onderdelen te vinden. Dit zijn een transformator, een schakelinstallatie en een laagspanningverdeelrek. Deze componenten zijn eveneens weergeven in bijlage C. De aangeboden 10kV-20kV wordt door de transformator (zie figuur 23) terugtransformeert naar 400/230V. Dit is de normale bruikbare spanning voor bedrijven en woningen. De distributie naar deze woningen en bedrijven verloopt via een open of gesloten laagspanningsverdeelrek (zie figuur 24 en 25). Bij een open installatie zijn onder spanning staande delen niet beveiligd tegen toevallige aanraking. Tegenwoordig worden veel gesloten laagspanningsverdeelrekken geplaatst, hierin zijn onder spanning staande delen wel beschermd tegen toevallige aanraking. Een gesloten schakelinstallatie is te zien in figuur 26. Nu het bekend is hoe elektrische energie van de centrale naar de eindgebruiker wordt getransporteerd is het goed om te weten welke gevaren dit met zich mee brengt en hoe men met deze gevaren om kan gaan. In de genoemde installaties kunnen in geval van brand zowel voor de brandweer als voor de omgeving de volgende gevaren optreden: Elektrocutie Verbranding Vergiftiging Verstikking Explosie In het volgende hoofdstuk worden de gevaren van de hoogspanningsinstallaties nader toegelicht. Afstudeerscriptie Andre van Strien 8

15 Hoofdstuk 4: De gevaren 4.1 Minimale afstand In hoofdstuk 2 is uitgelegd dat elektrische stroom lichamelijk letsel kan veroorzaken. Hoe hoger de spanning waarmee men in aanraking komt, hoe groter de stroom en hoe ernstiger de gevolgen. Het gevaar is pas geweken als de netbeheerder de betreffende elektrische geleider(s) spanningsloos maakt en aardt. Bij een incident in (of in de nabijheid van) een hoogspanninginstallatie dient daarom altijd de netbeheerder gewaarschuwd te worden! Bij laagspanning is er alleen gevaar aanwezig bij aanraking van niet geïsoleerde geleiders. Hoogspanning heeft de vervelende eigenschap dat het ook gevaar oplevert bij een te dichte nadering van de geleiders. Bij een te dichte nadering van de onder hoogspanning staande geleider kan een overslag ontstaan tussen deze geleider en een lichaamsdeel of een stuk gereedschap wat men vast houdt. Overslag is een verschijnsel wat vergeleken kan worden met blikseminslag. Hoe hoger de spanning, hoe groter de afstand die men moet bewaren om een dergelijke overslag te voorkomen. De minimale afstanden die men bij hoogspanning aan dient te houden om elektrocutie te voorkomen is weergegeven in onderstaande tabel 2 en figuur 3. Spanning Minimale afstand 1 kv 1 m 30 kv 2 m 110 kv 3 m 220 kv 4 m 380 kv 5 m Tabel 2: Minimale afstanden bij hoogspanning Figuur 3 Gevarenzone bij hoogspanning Het gevaar van elektriciteit is dat het niet zichtbaar is. Een hulpverlener kan niet zien of er (nog) spanning aanwezig is. Hij kan het hooguit voelen, dit met alle (dodelijke) gevolgen van dien. Alleen deskundige medewerkers van de netbeheerder kunnen meten of er (nog) spanning aanwezig is, hoeveel dat is en hoe groot de veilige overslagafstand in die situatie op dat moment is. Mensen, (auto)ladders, hoogwerkers, stokken en andere werktuigen zoals lichtmasten moeten buiten de overslagafstand blijven. Indien zich vuur in de nabijheid van hoogspanningsgeleiders bevindt moet rekening worden gehouden Afstudeerscriptie Andre van Strien 9

16 met lichtboogkortsluitingen door ionisatie van het rookgas en moet de minimale afstand worden vergroot. Ook bij mist moet men de minimale afstand vergroten. Autoladders, hoogwerkers en andere voertuigen worden door hun rubberen banen geïsoleerd van aarde. Als autoladders en hoogwerkers zijn afgestempeld zonder houten/rubberen vlonders is er geen sprake meer van isolatie. Mocht het gebeuren dat het voertuig al die niet door overslag onder spanning komt te staan dan mogen de inzittenden het voertuig in geen geval verlaten! Het voertuig functioneert dan als een zogenaamde kooi van Faraday om de inzittenden. De stroom loopt dan via het chassis en niet door de inzittenden naar aarde. Mocht het gebeuren dat men in een onder spanning staand voertuig komt te zitten, blijf dan zitten tot de medewerkers van het energiebedrijf de spanningvoerende geleider spanningsloos en geaard hebben. Dat is de enige mogelijkheid om levend uit het voertuig te komen. Ook uit of van het voertuig af springen is uit den boze! Er ontstaat dan namelijk een overslag tussen het voertuig, de persoon en aarde. Hulpverleners mogen ook niet naar onder spanning staande voertuigen lopen, zij komen dan namelijk binnen de spanningstrechter. Dit is weergegeven in de figuur hieronder: Figuur 4: Spanningstrechter Afstudeerscriptie Andre van Strien 10

17 4.2 Spanningstrechter Als een voertuig onder spanning staat, een onder spanning staande draad naar beneden is gevallen of een ondergrondse kabel defect is kan de grond onder spanning staan. Het betreden van die grond is levensgevaarlijk. Er is dan namelijk een zogenaamde spanningstrechter ontstaan. In het centrum is de spanning het hoogst, naar de rand van de trechter neemt de spanning af. Loopt men in dit gebied dan ontstaat er een spanningsverschil tussen beide voeten met kans op zwaar lichamelijk letsel. In figuur 5 is een spanningstrechter weergegeven. Tussen beide voeten ontstaat een verschilspanning. In figuur 6 is deze verschilspanning duidelijk aangegeven. In paragraaf 2.3 is berekend hoeveel stroom er dan door het lichaam gaat lopen en wat de levensgevaarlijke gevolgen zijn. Het lopen met hele kleine stapjes is ook geen optie omdat het hele kleine stapje dichtbij de geleider ook fatale gevolgen heeft. Behalve de grond kunnen ook andere geleidende metalen delen, die normaal niet onder spanning staan, in de nabijheid spanningstrechter onder spanning komen te staan. Hierbij kan gedacht worden aan hekwerken, kabels, gas- en waterleidingen maar ook aan zinken/koperen dakgoten. In de schemering of in het donker dient men helemaal goed op te letten omdat gebroken draden dan niet of moeilijk zichtbaar zijn. Het redden van een slachtoffer dat bij een gebroken draad of defecte kabel ligt is gevaarlijk. Het wegtrekken van een slachtoffer met een niet geïsoleerde pikhaak, stok, brancard, hoogwerker, autoladder of iets anders zorgt voor een verbinding tussen hulpverlener en slachtoffer. Daardoor ontstaat overslag tussen beiden. Bij het gebruik van geïsoleerde hulpwerktuigen overbrugt het slachtoffer een levensbedreigend spanningsverschil. Dit wordt veroorzaakt door de lengte van het slachtoffer ten opzichte van de spanningstrechter. Bij een op de grond liggende geleider dient men er altijd vanuit te gaan dat er spanning op staat en een afstand te bewaren van minimaal 20 meter. Men dient dit terreingedeelte af te zetten en te wachten op de komst van een deskundig medewerker van de netbeheerder. Figuur 5 : De minimaal toelaatbare afstand bij een spanningstrechter Afstudeerscriptie Andre van Strien 11

18 Figuur 6: bij een spanningstrechter ontstaat een groot spanningsverschil tussen beide voeten Naast de daadwerkelijk naar beneden gevallen geleiders komt bij ijzel en natte sneeuw, in combinatie met wind, het verschijnsel lijndansen voor. De geleiders van hoogspanningslijnen bewegen dan vele meters op en neer waarbij lichtbogen als gevolg van kortsluitingen kunnen ontstaan. Breuken in de geleiders treden hierdoor echter zelden op. Toch moeten we het gevaar niet opzoeken en als het niet nodig is dient men de dansende lijnen niet te benaderen. 4.3 De transformatoren Transformatoren zijn grote, met minerale olie gevulde apparaten die energie van het ene spanningsniveau omzetten naar een ander spanningsniveau. De olie vervult hier een dubbele taak. Het dient namelijk als isolatiemiddel maar ook als koelmiddel. Voor de beeldvorming: een transformator in een transformatorstation in het distributienet zoals we die in woonwijken veel tegen komen (zie figuur 23 op bijlage C) bevat bijna 200 liter olie. Een transformator die het distributienet van spanning voorziet (figuur 14 op bijlage B) bevat ongeveer liter olie. De redelijk veel gebruikte 150kV transformator bevat bijna liter olie. De 380kV transformatoren hebben zelfs een olie inhoud van meer dan liter. De grotere transformatoren zijn boven een olie-opvangbak geplaatst met daarin een vlamdovende laag die meestal bestaat uit grind. Op de transformator is een conservator aangebracht die, weer afhankelijk van de grote, een inhoud kan hebben van ongeveer 4000 liter olie. Een transformatorbrand kan ontstaan door interne defecten of blikseminslag. Gelukkig zijn de meeste transformatoren tegen blikseminslag beveiligd door middel van overspanningafleiders en bliksemafleiders. De meest waarschijnlijke plaats waar een transformator bezwijkt en/of gaat branden is bij de doorvoerisolatoren, de regelschakelaars, de drukontlastkleppen of de aansluitingen van olieleidingen. Bij oververhitting van de transformator als gevolg van brand is explosiegevaar aanwezig. Hierdoor kan de (brandende) olie wegvloeien. Ook kan een transformator door bluswater exploderen. Indien er namelijk bluswater in de transformator terecht komt gaat de olie op het water drijven. Als er voldoende water in de transformator is gelopen zal deze door kortsluiting exploderen. Pas Afstudeerscriptie Andre van Strien 12

19 daarom met bluswater niet alleen op voor elektrocutie maar ook voor het exploderen van de (naastgelegen) transformator. Lange tijd werden polychloorbifenylen (PCB s) toegepast als isolatievloeistof in transformatoren en condensatoren. De productie en het gebruik van PCB s is sinds 1985 volledig verboden. In sommige laagspanningschakelaars en hoogspanninginstallaties kan in de aanwezige minerale olie nog een geringe (historische) besmetting met PCB s aanwezig zijn. Het gaat dan in bijna alle gevallen om zeer geringe concentraties (enkele ppm) aan PCB-verbindingen. Voor 1985 werd soms wel 100% PCB toegepast als vervanging van olie vanwege de prima brandwerende eigenschap. In de huidige laag- en hoogspanninginstallaties is geen 100% PCB-vulling meer aanwezig. Alleen geringe PCB-besmetting van minerale olie komt soms voor. De medewerker van de netbeheerder kan aangeven in welke installaties er nog PCB s aanwezig zijn. Olie zit niet alleen in transformatoren maar kan ook in schakelaars voorkomen. 4.4 Lucht en hydraulische druk Naast componenten die gevuld zijn met olie zijn er ook componenten die werken met lucht. Bepaalde type schakelaars zijn gevuld of worden bediend met luchtdruk. In verschillende stations komen dan ook luchtdrukinstallaties voor. De hiervoor benodigde luchtdruk wordt verkregen door middel van een compressorinstallatie met een buffervat. Van daaruit lopen drukleidingen door het station met een druk die kan oplopen tot 200 bar. Typische gevaren levert deze installatie niet op, behalve bij weigerende overdrukventielen. Het kan ook voorkomen dat op schakelstations met hydraulica wordt gewerkt om te schakelen. Bij deze systemen kan de werkdruk oplopen tot 350 bar. 4.5 Accu s Om bij het uitvallen van de netspanning toch de beveiliging van de installaties in stand te kunnen houden en de bedieningshandelingen uit te kunnen voeren zijn hoogspanningsstations voorzien van accu s. Een voorbeeld van deze accu s is te zien in figuur 15 in bijlage B. Aanraken van deze accu s kan ook levensgevaarlijk zijn. Daarnaast bestaat het gevaar van vrijkomend waterstofgas. Explosiegevaar is dus aanwezig. 4.6 Theorieles Om Nederlands brandweerpersoneel op de hoogte te stellen van de gevaren van hoogspanning is een theorieles opgezet. Deze les kan als bijscholing op een oefenavond van een korps worden gegeven en is te vinden als bijlage F. Deze les kan worden gebruikt om de volgende oefenkaarten uit de leidraad oefenen af te tekenen: Elementaire oefenkaarten: Brand Hulpverlening Manschappen: 101A/C Manschappen: 111A/C Bevelvoerders: 202A(deels) 202B Bevelvoerders: 212A(deels) 212B Officieren: 301A 302B Officieren: 311A 312B Basisoefening: 505 en 512 Eindoefening: 700 en 710 Afstudeerscriptie Andre van Strien 13

20 Hoofdstuk 5: Brand 5.1 Melding Bij brand of ongevallen in of nabij hoogspanningsstations dient ten alle tijden de netbeheerder gewaarschuwd te worden. De netbeheerder stuurt dan een Operationeel Installatie Verantwoordelijke (OIVer) ter plaatse. Deze persoon is ter plaatse bekend met de situatie en kan de hulpverleners van alle benodigde informatie voorzien. 5.2 De gevaren van brand bij hoogspanninginstallaties In geval van brand bij hoogspanningsinstallaties is een van de eerste taken van de brandweer het voorkomen van incidenten voor de omgeving ten gevolge van de brand. Op de eerste plaats houdt dat in dat zolang mogelijk zoveel van de apparatuur ingeschakeld dient te blijven. Dit omdat de energieverbruikers geen storingen en hinder ondervinden en hulpmiddelen benodigd tijdens bestrijding van de brand zo lang mogelijk blijven functioneren. Op de tweede plaats komen de directe gevaren tengevolge van brand aan de orde. Dit zijn: Brandoverslag Explosiegevaar Verspreiding van giftige dampen en rook Vrijkomen van gevaarlijke stoffen Elektrocutie gevaar Brandoverslag Om de omgeving te beschermen en het ongehinderd functioneren van de hulpdiensten te garanderen dient de omgeving te worden afgezet. Brandoverslag kan zoveel mogelijk worden voorkomen door het nathouden van de belendende percelen. Gevaar voor branddoorslag is afhankelijk van de mate waarin hierin bij de bouw rekening is gehouden. Branddoorslag is te beperken door het nathouden van de scheidingswanden. De brand mag in verband met het elektrocutiegevaar natuurlijk nooit geblust worden als er nog spanning aanwezig is. Bij brand in een hoogspanningsinstallatie dient altijd de netbeheerder gewaarschuwd te worden. De medewerkers van de netbeheerder kunnen de spanning afschakelen en de installatie aarden. Ook zijn zij bekend met de situatie ter plaatse en kunnen de hulpverleners wijzen op de gevaren en oplossingen Explosiegevaar Bij oververhitting, als gevolg van brand, is het gevaar van explosie aanwezig. Hierdoor kunnen grote hoeveelheden (brandende) olie wegvloeien Verspreiding van giftige dampen en rook Ter besturing, bewaking en beveiliging liggen in de hoogspanningstations vele kilometers, met PVC beklede en olie gevulde kabels. Deze vormen bij brand giftige gassen(zoutzuur en blauwzuur) Vrijkomen van gevaarlijke stoffen Als isolatie-medium tussen de onder spanning staande delen en de geaarde metalen omhulling in gesloten schakelinstallaties worden isolatie-olie of gassen gebruikt. De gebruikte isolatie-olie/gassen zijn lucht of zwavelhexafluoride (SF 6 ), al dan niet onder druk. Afstudeerscriptie Andre van Strien 14