Stručná diskuse o testování a analýze mikrovody v plynových obvodech přerušovačů SF6

Přerušovače s plynem SF₆ mají vynikající fyzikální, chemické, izolační a vlastnosti pro uhašení oblouku. Umožňují velký počet následných přerušení, mají nízký hluk a nezpůsobují riziko vznícení jisker. Kromě toho jsou malé, lehké, mají velkou kapacitu a vyžadují minimální nebo žádnou údržbu. Proto postupně nahrazují tradiční olejové přerušovače a přerušovače s komprimovaným vzduchem. Kromě toho mají v rozvodné síti středního napětí výhody, jako je nepřerušení kapacitního proudu a nevznik přepětí při přerušení induktivního proudu, což vedlo k jejich širokému použití.

1 Vlastnosti plynu SF₆
1.1 Fyzikální vlastnosti

Molekulová hmotnost plynu SF₆ je 146,07 a průměr molekuly činí 4,56×10⁻¹⁰ m. Při běžné teplotě a tlaku existuje v plynném stavu. Při 20°C a jednom atmosférickém tlaku má hustotu 6,16 g/L (přibližně pětkrát větší než vzduch). Kritická teplota plynu SF₆ je 45,6°C a lze ho tekutinou stlačením. Obvykle se dopravuje v ocelových lahvích v tekutém stavu. Čistý plyn SF₆ je bezbarvý, bez zápachu, chuti, netoxický a není hořlavý.

1.2 Elektrické vlastnosti

(1) SF₆ je elektronegativní plyn (schopný adsorbovat volné elektrony), s vynikajícími vlastnostmi pro uhašení oblouku a izolaci. V homogenním elektrickém poli při jednom atmosférickém tlaku je výdrž plynu SF₆ proti napětí přibližně 2,5krát vyšší než u dusíku.
(2) Čistý plyn SF₆ je inertní plyn. Rozkládá se pod vlivem oblouku. Pokud teplota překročí 4000K, tvoří se převážně jednoatomové atomy síry a fluoru. Po uhašení oblouku se většina rozkladových produktů znovu spojuje do stabilních molekul SF₆. Mezi nimi se velmi malé množství rozkladových produktů chemicky reaguje s volnými kovy, vodou a kyslíkem během procesu rekombinace, vytvářejíc metalofluoridy a fluoridy kyslíku a síry.

2 Testování mikrovody v plynu SF₆ přerušovače
2.1 Význam testování mikrovody

Detekce obsahu mikrovody v plynu je hlavním testovacím parametrem pro přerušovače s plynem SF₆. Nový plyn SF₆ nebo plyn ve službě obsahující stopové množství vody přímo ovlivňuje vlastnosti plynu. Pokud dosáhne určité hladiny, mohou docházet k hydrolytickým reakcím, které produkují kyseliny, které mohou korodovat zařízení. Zvláště při vysokých teplotách a vlivu oblouku se snadno tvoří toxické nižší fluoridy. Vzniklé fluorosulfurové sloučeniny reagují s vodou a vytvářejí vysoce korozivní kyselinu fluoroctovou, sírovou a další vysoce toxické chemické látky, které ohrožují životy servisních pracovníků a korodují izolační materiály nebo kovy přerušovače, což vede ke zhoršení izolace. Pokud je přerušovač instalován venku a teplota prudce klesne, může nadměrná voda v plynu SF₆ kondenzovat na povrchu pevného média, což může vést k flashoveru. V extrémních případech může dojít k explozi přerušovače.

2.2 Metody testování

(1) Gravimetrická metoda: Po projití suchidlem se přesně změří změna hmotnosti. Tato metoda však vyžaduje vysoké operační standardy a spotřebovává velké množství plynu v prostředí s konstantní teplotou, vlhkostí a bez prachu.
(2) Metoda rosného bodu: Když je teplota testovacího systému mírně nižší než nasycená teplota vodní páry (rosný bod) v zkoumaném plynu, testovací systém může poskytnout elektrický signál. Po zesílení a výstupu se obsah vody určí na základě hodnoty rosného bodu. Tato metoda je v současnosti důležitým způsobem měření stopové vody v plynu SF₆ a rosné čidlo se vyrábí jak doma, tak v zahraničí.

3 Zdroje a kontrola vlhkosti v plynu SF₆ přerušovače
3.1 Zdroje vlhkosti v plynu

(1) Pro nový plyn jsou hlavními zdroji vlhkosti: nedostatečně přísná kontrola výrobní továrny; nesprávné skladovací podmínky během dopravy; a příliš dlouhá doba skladování.
(2) Pro elektrické zařízení plněné plynem SF₆ jsou hlavními zdroji vlhkosti: vlhkost přinesená samotným plynem SF₆; malé množství zbytkové vlhkosti způsobené neúplnou čištěním plynu před naplněním; postupně uvolňovaná vlhkost z izolačních materiálů, svařovacích částí a komponentů v elektrickém zařízení; a vlhkost, která proniká zvenčí skrze úniky ze zařízení.

3.2 Kontrolní opatření pro obsah vody v plynu SF₆ v přerušovačích s plynem SF₆

Zajištěte přísnou kontrolu kvality při přijetí nového plynu; kontrolovat zpracování izolačních částí; kontrolovat kvalitu těsnicích částí; kontrolovat kvalitu absorbentů; kontrolovat provoz při naplnění plynu; posílit detekci úniku plynu během provozu; a posílit monitorování a měření mikrovody v plynu během provozu.

4 Toxicita plynu SF₆

Pokud se plyn SF₆ používá v elektrických zařízeních, ať už za poruch nebo při normálním přerušení oblouku, může se rozkládat na fluoridy kyslíku a síry, stejně jako na prachy metalofluoridů. Pokud dosáhne obsah hydrolyzovatelných fluoridů v plynu SF₆ určité koncentrace, plyn SF₆ se stane toxickým, což také ovlivňuje izolační sílu a vlastnosti pro uhašení oblouku plynu SF₆ v elektrických zařízeních.

Pod vlivem jiskrového výboje a oblouku přerušovače s plynem SF₆ generují velmi toxické plyny prostřednictvím disociace a ionizace. Jelikož tyto plyny jsou bezbarvé a bez zápachu, jsou obtížně detekovatelné. Kromě toho, s hustotou 6,16 g/L (asi pětkrát větší než vzduch), se některé toxické a škodlivé plyny během monitorování akumulují blízko země v přepínačové místnosti. To způsobuje, že pracovníci mohou být snadno otráveni během demontáže, velké opravy nebo testování mikrovody v plynu, což představuje velkou hrozbu pro fyzické a duševní zdraví pracovníků a bezpečné fungování zařízení.

Například, pokud není v přepínačové místnosti s plynem SF₆ nainstalován systém pro sledování a vydávání varování při úniku plynu SF₆ a kvantitativní detektor úniku plynu SF₆, není možné zjistit, zda je koncentrace plynu SF₆ v bezpečném standardním rozmezí. Zkušenosti ukazují, že i v prostředí s velmi stopovými množstvími rozkladových produktů mohou pracovníci cítit ostré nebo nepříjemné plyny, které mohou způsobit zřetelné podráždění nosu, úst a očí. Obecně, po otravě se mohou objevit příznaky, jako jsou slzy, kýchnutí, tekutina z nosu, hořecí pocity v nosní dutině a krku, ochraptělý hlas, kašel, závrať, zvracení, těsnost v hrudi a nepohodlí v krku. V extrémních případech může dojít k šoku.

Proto se online sledování úniku plynu SF₆ stalo hlavním tématem aktuálního technického výzkumu. Například ventilátor lze organicky řídit společně s systémem varování při úniku plynu SF₆, aby se ventilátor automaticky zapnul, když překročí koncentrace úniku plynu SF₆ standard, a zajistil bezpečnost osob a zařízení.

Dvě nejdůležitější testovací položky pro přerušovače s plynem SF₆ jsou obsah vody a detekce úniku. Pokud je jejich spolehlivost ovlivněna, může to také znečistit prostředí. Proto získaly mnoho pozornosti monitorování mikrovody a detekce úniku plynu SF₆ v provozu.

(3) Elektrolytická metoda: Může měřit vlhkost v plynu pravidelně nebo nepřetržitě. Existují i jiné metody pro testování mikrovody v plynu SF₆, jako je piezoelektrická metoda křemene, adsorpční kalorimetrie a plynová chromatografie. Nicméně, kvůli vysoké ceně přístrojů nebo technickým omezením, nebyly široce propagovány a používány.