مناقشة موجزة حول اختبار وتحليل الماء الدقيق في غاز SF6 في قواطع الدائرة

مزودات الفصل SF₆ تتمتع بخصائص فيزيائية وكيميائية وعزلية وإطفاء للقوس ممتازة. تسمح بعدد كبير من الفواصل المتتالية، ولها ضوضاء منخفضة ولا تشكل خطر الوميض. بالإضافة إلى ذلك، فهي صغيرة الحجم، خفيفة الوزن، كبيرة السعة، وتتطلب القليل من الصيانة أو لا تحتاج إليها على الإطلاق. نتيجة لذلك، فإنها تحل تدريجياً محل مزودات الفصل التقليدية المليئة بالزيت ومزودات الفصل ذات الهواء المضغوط. علاوة على ذلك، في توزيع الطاقة المتوسطة الجهد، لهذه المزودات مزايا مثل عدم إعادة الاشتعال عند فصل التيار السعوي وعدم إنتاج فولتية زائدة عند فصل التيار الاستحثائي، مما أدى إلى انتشار استخدامها الواسع.

1 خصائص غاز SF₆
1.1 الخصائص الفيزيائية

يبلغ وزن جزيء غاز SF₆ 146.07، ويبلغ قطره الجزيئي 4.56×10⁻¹⁰ م. يوجد في حالة غازية تحت درجة حرارة وضغط طبيعي. وفي درجة حرارة 20°م وضغط جوي واحد، يبلغ كثافته 6.16 جرام/لتر (حوالي خمسة أضعاف كثافة الهواء). درجة الحرجة لغاز SF₆ هي 45.6°م ويمكن تسييله عن طريق الضغط. عادة ما يتم نقله في أسطوانات من الصلب في حالة سائلة. غاز SF₆ النقي عديم اللون والرائحة والمذاق وغير سام وغير قابل للاشتعال.

1.2 الخصائص الكهربائية

(1) غاز SF₆ هو غاز سالب الشحنة (قادر على امتصاص الإلكترونات الحرة)، مع خصائص إطفاء للقوس والعزل ممتازة. في مجال كهربائي موحد تحت ضغط جوي قياسي واحد، قوة تحمل الجهد لغاز SF₆ حوالي 2.5 مرة من قوة تحمل الجهد لنتروجين.
(2) غاز SF₆ النقي هو غاز غير نشط. يتفكك تحت تأثير القوس الكهربائي. عندما تتجاوز درجة الحرارة 4000K، تكون معظم منتجات التفكك ذرات كبريت وفلورين فردية. بعد انطفاء القوس، يعيد معظم منتجات التفكك التجمع إلى جزيئات SF₆ مستقرة. بين هذه المنتجات، يتفاعل كمية صغيرة جداً من منتجات التفكك كيميائياً مع الذرات المعدنية الحرة والماء والأكسجين أثناء عملية التجميع، مما ينتج عنه فلوريدات معدنية وأكسيدات الفلور والكبريت.

2 اختبار الرطوبة الدقيقة لمزودات الفصل SF₆
2.1 أهمية اختبار الرطوبة الدقيقة

اكتشاف محتوى الرطوبة الدقيقة في الغاز هو أحد اختبارات مزودات الفصل SF₆ الرئيسية. غاز SF₆ الجديد أو الغاز في التشغيل الذي يحتوي على كميات ضئيلة من الماء يؤثر مباشرة على خصائص الغاز. عندما يصل محتوى الماء إلى مستوى معين، فمن المحتمل حدوث تفاعلات هيدروليزية، مما ينتج عنها مواد حمضية يمكن أن تسبب تآكل المعدات. خاصة تحت درجات الحرارة العالية وتأثير القوس الكهربائي، يتم إنتاج الفلوريدات السامة بسهولة. تتكون المركبات الفلورية الكبريتية الناتجة مع الماء لتكوين حمض الهيدروفلوريك والكبريتيك وغيرها من المواد الكيميائية السامة للغاية، مما يشكل خطراً على حياة الفنيين ويفسد المواد العازلة أو المعادن للمزودات الفاصلة، مما يؤدي إلى تدهور العزل. عندما يتم تركيب المزود الفاصل في الخارج وتنخفض درجة الحرارة بشكل حاد، قد يتجمع الماء الزائد في غاز SF₆ على سطح الوسيلة الصلبة، مما يؤدي إلى الانفجار. في الحالات الشديدة، يمكن أن يؤدي ذلك إلى انفجار المزود الفاصل.

2.2 طرق الاختبار

(1) الطريقة الوزنية: يتم قياس تغير وزنه بدقة بعد مروره عبر مادة جافة. ومع ذلك، تتطلب هذه الطريقة متطلبات تشغيل عالية وتستهلك كمية كبيرة من الغاز في بيئة ثابتة الحرارة والرطوبة وخالية من الغبار.
(2) طريقة نقطة الندى: عندما يكون درجة حرارة نظام الاختبار أقل قليلاً من درجة حرارة التشبع للماء البخاري (نقطة الندى) في غاز العينة، يمكن لنظام الاختبار توفير إشارة كهربائية. وبعد التضخيم والإخراج، يتم تحديد محتوى الماء بناءً على قيمة نقطة الندى. حالياً، تعد هذه الطريقة وسيلة مهمة لقياس الرطوبة الدقيقة في غاز SF₆، ويتم إنتاج مقاييس نقطة الندى محلياً وعالمياً.

3 مصادر الرطوبة وطرق السيطرة عليها في غاز مزودات الفصل SF₆
3.1 مصادر الرطوبة في الغاز

(1) بالنسبة للغاز الجديد، المصادر الرئيسية للرطوبة هي: فحص غير دقيق بما فيه الكفاية من قبل مصنع تصنيع الغاز؛ بيئات تخزين غير متوافقة أثناء النقل؛ ومدة تخزين طويلة جدًا.
(2) بالنسبة للأجهزة الكهربائية المملوءة بغاز SF₆، المصادر الرئيسية للرطوبة هي: الرطوبة التي يجلبها غاز SF₆ نفسه؛ الرطوبة الباقية بكميات صغيرة بسبب تنقية الغاز بشكل غير كامل قبل الشحن؛ الرطوبة التي تفرز تدريجياً من المواد العازلة والأجزاء الملحومة والمكونات في الأجهزة الكهربائية؛ والرطوبة التي تدخل من الخارج عبر تسربات الجهاز.

3.2 إجراءات السيطرة على محتوى الماء في غاز SF₆ في مزودات الفصل SF₆

تأكد من فحص الجودة الصارم أثناء قبول الغاز الجديد؛ ضبط معالجة الأجزاء العازلة؛ ضبط جودة الأجزاء المغلقة؛ ضبط جودة المواد الماصة؛ ضبط العملية أثناء شحن الغاز؛ تعزيز كشف التسربات خلال التشغيل؛ وتعزيز المراقبة والقياس للرطوبة الدقيقة للغاز أثناء التشغيل.

4 سموم غاز SF₆

عند استخدام غاز SF₆ في الأجهزة الكهربائية، سواء تحت ظروف العطل أو أثناء فصل القوس الكهربائي الطبيعي، قد يتفكك ليولد فلوريدات الأكسجين والكبريت، وكذلك مساحيق الفلوريدات المعدنية. عندما يصل محتوى الفلوريدات القابلة للهدم في غاز SF₆ إلى تركيز معين، يصبح غاز SF₆ ساماً، وهو أيضاً يؤثر على قوة العزل وإطفاء القوس الكهربائي لغاز SF₆ في الأجهزة الكهربائية.

تحت تأثير الشرارة والقوس الكهربائي، ستنتج مزودات الفصل SF₆ غازات سامة للغاية من خلال التفكك والتقطير. بما أن هذه الغازات عديمة اللون والرائحة، فإنه من الصعب اكتشافها. بالإضافة إلى ذلك، وبكثافة 6.16 جرام/لتر (حوالي خمسة أضعاف كثافة الهواء)، فإن بعض الغازات السامة والضارة التي تنتج أثناء المراقبة تتجمع بالقرب من الأرض في غرفة المفتاح. هذا يجعل من السهل حدوث تسمم للعمال أثناء فك وصيانة أو اختبار الرطوبة الدقيقة للغاز، مما يشكل تهديداً كبيراً للصحة الجسدية والنفسية للعمال وتشغيل الآلات بأمان.

على سبيل المثال، إذا لم يتم تثبيت نظام مراقبة وتتبع تسرب غاز SF₆ وجهاز كشف كمي لتسرب غاز SF₆ في غرفة المفتاح SF₆، فلا يمكن معرفة ما إذا كان تركيز غاز SF₆ ضمن نطاق المعايير الآمنة. تظهر الخبرة أنه حتى في بيئة تحتوي على كميات ضئيلة جداً من منتجات التفكك، قد يشعر العمال برائحة حادة أو غير مريحة، مما يمكن أن يسبب إزعاجاً واضحاً للأنف والفم والعينين. عادة، بعد التسمم، قد تظهر أعراض مثل الدموع والعطس وسيلان الأنف والحرق في التجويف الأنفي والحنجرة وصوت خشن والسعال والدوار والغثيان والضيق في الصدر وعدم الراحة في الرقبة. في الحالات الشديدة، قد يحدث الصدمة.

لذلك، أصبحت المراقبة المباشرة لتسرب غاز SF₆ موضوعاً رئيسياً في البحث التقني الحالي. على سبيل المثال، يمكن ربط المروحة العادمة بشكل عضوي مع نظام إنذار تسرب غاز SF₆، بحيث يمكن تشغيل المروحة العادمة تلقائياً عندما يتجاوز تركيز تسرب غاز SF₆ المعيار، مما يضمن سلامة الأشخاص والمعدات.

العنصران الأكثر أهمية لمراقبة مزودات الفصل SF₆ هما محتوى الماء وكشف التسرب. إذا تأثرت موثوقيتها، فقد تلوث البيئة أيضًا. لذلك، حظيت مراقبة الرطوبة الدقيقة وكشف التسرب لمزودات الفصل SF₆ في التشغيل باهتمام كبير.

(3) الطريقة الكهربائية: يمكنها قياس الرطوبة في الغاز بشكل متقطع أو مستمر. هناك طرق أخرى لاختبار الرطوبة الدقيقة لغاز SF₆، مثل طريقة الاهتزاز الكوارتز الضاغط، وقياس الحرارة بالإمتصاص، وفصل الغاز بالكروماتوجرافيا. ومع ذلك، بسبب تكلفة الأجهزة المرتفعة أو القيود التقنية، لم يتم تعميمها وتطبيقها على نطاق واسع.