Una Breu Discussió sobre la Prova i Anàlisi de Microaigua de Gas en Interruptors de Cercuit SF6

Els interruptors de circuit amb SF₆ tenen excel·lents propietats físiques, químiques, d'aislament i d'extinció d'arc. Permeten un gran nombre d'interrupcions consecutives, tenen baix soroll i no suposen risc de faïscades. A més, són petits, lleugers, de gran capacitat i requereixen poc o cap manteniment. Com a resultat, estan reemplaçant gradualment els interruptors de circuit tradicionals amb oli i els interruptors de circuit d'aire comprimit. A més, en la distribució d'energia de mitja tensió, aquests interruptors tenen avantatges com la no reacció en interrompre corrents capacitatives i la no generació de sobretensions en interrompre corrents inductives, el que ha portat a la seva àmplia aplicació.

1 Propietats del gas SF₆
1.1 Propietats físiques

El pes molecular del gas SF₆ és de 146,07, i el seu diàmetre molecular és de 4,56×10⁻¹⁰ m. Existeix en estat gasós a temperatura i pressió normals. A 20°C i una pressió atmosfèrica, la seva densitat és de 6,16 g/L (aproximadament cinc vegades la de l'aire). La temperatura crítica del gas SF₆ és de 45,6°C, i es pot liquefactar per compressió. Normalment, es transporta en cilindres d'acer en estat líquid. El gas SF₆ pur és incolor, inodore, insípid, no tòxic i no inflamable.

1.2 Propietats elèctriques

(1) El SF₆ és un gas electronegatiu (capaç d'adsorbir electrons lliures), amb excel·lents propietats d'extinció d'arc i d'aislament. En un camp elèctric uniforme a una pressió atmosfèrica estàndard, la resistència al voltatge del gas SF₆ és aproximadament 2,5 vegades la de l'azot.
(2) El gas SF₆ pur és un gas inert. Es descompon sota l'acció d'un arc. Quan la temperatura supera els 4000K, la major part dels productes de descomposició són àtoms individuals de sòl i flúor. Després de l'extinció de l'arc, la gran majoria dels productes de descomposició es recombina en molècules d'SF₆ estables. Entre ells, una quantitat molt petita de productes de descomposició reacciona químicament amb àtoms metàl·lics lliures, aigua i oxigen durant el procés de recombinació, generant fluorurs metàl·lics i fluorurs d'oxigen i sòl.

2 Prova de micro-aigua del gas dels interruptors de circuit SF₆
2.1 Significació de la prova de micro-aigua

Detectar el contingut de micro-aigua en el gas és un element de prova important per als interruptors de circuit SF₆. El gas SF₆ nou o el gas en operació que conté traços d'aigua afecta directament les propietats del gas. Quan el contingut d'aigua arriba a un cert nivell, és probable que es produeixin reaccions d'hidròlisi, generant substàncies àcides que poden corroer l'equipament. Especialment a temperatures altes i sota l'acció d'un arc, es generen fàcilment fluorurs de baixa toxicitat. Els compostos de fluorosulfur reaccionen amb l'aigua per formar àcid hidroflùoric, àcid sulfúric i altres substàncies químiques altament toxiques, posant en perill la vida del personal de manteniment i corroent els materials aïllants o metalls de l'interruptor, causant la degradació de l'aislament. Quan l'interruptor està instal·lat a l'exterior i la temperatura disminueix bruscament, l'excessiu aigua en el gas SF₆ pot condensar-se a la superfície del medi sòlid, provocant flashovers. En casos greus, pot causar l'explosió de l'interruptor.

2.2 Mètodes de prova

(1) Mètode gravimètric: Després de passar a través d'un dessecant, es mesura amb precisió el canvi de pes. No obstant això, aquest mètode té requisits operatius alts i consumeix una gran quantitat de gas en un entorn de temperatura constant, humitat constant i sense pols.
(2) Mètode del punt de rosada: Quan la temperatura del sistema de prova és lleugerament inferior a la temperatura de saturació de vapor d'aigua (punt de rosada) en el gas mostreig, el sistema de prova pot proporcionar un senyal elèctric. Després de l'amplificació i la sortida, es determina el contingut d'aigua basant-se en el valor del punt de rosada. Actualment, aquest mètode és un mitjà important per a mesurar traços d'aigua en SF₆, i es produeixen higròmetres tant a casa com a l'estrange.

3 Fonts i control de l'humitat en el gas dels interruptors de circuit SF₆
3.1 Fonts d'humitat en el gas

(1) Per al gas nou, les fonts principals d'humitat són: detecció insuficientment estricta per part de la fàbrica de fabricació de gas; entorns de emmagatzematge no conformes durant el transport; i temps de emmagatzematge excesiu.
(2) Per a l'equipament elèctric omplert amb gas SF₆, les fonts principals d'humitat són: l'humitat aportada pel propi gas SF₆; la petita quantitat d'humitat residual deguda a la purificació incompleta del gas abans de la càrrega; l'humitat que es va alliberant gradualment amb el temps pels materials aïllants, les parts soldades i els components de l'equipament elèctric; i l'humitat que entra des de l'exterior a través de filtracions de l'equipament.

3.2 Mesures de control del contingut d'aigua del gas SF₆ en els interruptors de circuit SF₆

Assegureu-vos d'una inspecció estricta de la qualitat durant la recepció del gas nou; controleu el tractament de les parts aïllants; controleu la qualitat de les parts d'estanqueïtat; controleu la qualitat dels adsorbents; controleu l'operació durant la càrrega de gas; intensifiqueu la detecció de filtracions de gas durant l'operació; i intensifiqueu el monitoratge i la mesura de la micro-aigua del gas durant l'operació.

4 Toxicitat del gas SF₆

Quan el gas SF₆ s'utilitza en equipament elèctric, ja sigui en condicions de falla o durant l'interrupció normal de l'arc, pot descompondre's per produir fluorurs d'oxigen i sòl, així com polsimetalls de fluorur. Quan el contingut de fluorurs hidrolitzables en el gas SF₆ arriba a una certa concentració, el gas SF₆ es converteix en tòxic, i també afecta la força d'aislament i el rendiment d'extinció d'arc del gas SF₆ en l'equipament elèctric.

Sota l'acció de la descàrrega d'escintles i l'arc, els interruptors de circuit de gas SF₆ generaràn gases altament toxics a través de la dissociació i la ionització. Com que aquests gases són inolors i incolors, són difícils de detectar. A més, amb una densitat de 6,16 g/L (aproximadament cinc vegades la de l'aire), alguns dels gases toxics i nocius generats durant el monitoratge s'acumulen a prop del terra a la sala de commutadors. Això facilita la intoxicació potencial dels treballadors durant la desmuntatge, reparacions majors o proves de micro-aigua del gas, posant una gran amenaça a la salut física i mental dels treballadors i a la seguretat operativa de l'equipament.

Per exemple, si no s'instal·la un sistema de monitoratge i alarmes de filtració de gas SF₆ i un detector quantitatiu de filtració de gas SF₆ a la sala de commutadors SF₆, no és possible saber si la concentració de SF₆ està dins de l'abast estàndard de seguretat. L'experiència mostra que fins i tot en un entorn amb una quantitat molt petita de productes de descomposició, els treballadors poden sentir gases punxegants o incòmodes, que poden causar irritació evident a la nas, boca i ulls. Generalment, després de la intoxicació, poden aparèixer símptomes com llàgrimes, esternuts, moc, sensació de calor a la cavetat nasal i garganta, veu roca, tos, vertigen, nàusees, opressió al pit i malestar al coll. En casos greus, fins i tot pot produir-se un xoc.

Per tant, el monitoratge en línia de la filtració de gas SF₆ ha esdevingut un tema important en la recerca tècnica actual. Per exemple, el ventilador d'extracció es pot controlar orgànicament junts amb el sistema d'alarma de filtració de gas SF₆, de manera que el ventilador es pugui encendre automàticament quan la concentració de filtració de gas SF₆ superi l'estàndard, assegurant la seguretat del personal i l'equipament.

Els dos elements de monitoratge més importants per als interruptors de circuit SF₆ són el contingut d'aigua i la detecció de filtracions. Si la seva fiabilitat està afectada, també contaminarà l'ambient. Per tant, el monitoratge de la micro-aigua i la detecció de filtracions dels interruptors de circuit SF₆ en funcionament han rebut molta atenció.

(3) Mètode d'electròlisi: Pot mesurar l'humitat en el gas de forma intermitent o contínua. Hi ha altres mètodes per a la prova de micro-aigua del gas SF₆, com el mètode d'oscil·lació de quartz piezoelèctric, la calorimetria d'adsorció i la cromatografia de gas. No obstant això, a causa del cost elevat dels instruments o limitacions tècniques, no s'han promogut ni aplicat ampliament.