Σύντομη Συζήτηση για τον έλεγχο και την ανάλυση του μικρού νερού στο αέριο SF6 στους διακόπτες SF6

Οι διακόπτες SF₆ έχουν εξαιρετικές φυσικές, χημικές, απομονωτικές και αφανιστικές ιδιότητες. Επιτρέπουν μεγάλο αριθμό συνεχών διακοπών, έχουν χαμηλή θορύβηση και δεν παρουσιάζουν κίνδυνο λάμψης. Επιπλέον, είναι μικροί σε μέγεθος, ελαφροί, μεγάλης δυναμικότητας και απαιτούν λίγη ή καθόλου συντήρηση. Ως αποτέλεσμα, σταδιακά αντικαθιστούν τους παραδοσιακούς διακόπτες γεμάτους λάδι και τους διακόπτες με συμπιεσμένο αέρα. Επιπλέον, στη μεσαία τάση, αυτοί οι διακόπτες έχουν πλεονεκτήματα όπως η απουσία αναζωπύρωσης κατά τη διακοπή κατεργατικού ρεύματος και η απουσία παραγωγής υπερτάσεων κατά τη διακοπή ενδεικτικού ρεύματος, το οποίο οδήγησε στην ευρεία εφαρμογή τους.

1 Ιδιότητες του αερίου SF₆
1.1 Φυσικές ιδιότητες

Το μοριακό βάρος του αερίου SF₆ είναι 146.07, και το μοριακό διάμετρό του είναι 4.56×10⁻¹⁰ m. Υπάρχει σε αεριούχο κατάσταση υπό συνθήκες κανονικής θερμοκρασίας και πίεσης. Στη θερμοκρασία 20°C και μία ατμοσφαιρική πίεση, η πυκνότητά του είναι 6.16 g/L (περίπου πέντε φορές την πυκνότητα του αέρα). Η κρίσιμη θερμοκρασία του αερίου SF₆ είναι 45.6°C, και μπορεί να επεξεργαστεί σε υγρό μέσω συμπίεσης. Συνήθως, μεταφέρεται σε χάλυβινα φιάλια σε υγρή κατάσταση. Το καθαρό αέριο SF₆ είναι αχρώματο, ανόσμητο, ανεύγειο, μη δηλητηριώδες και μη πυροδότησιμο.

1.2 Ηλεκτρικές ιδιότητες

(1) Το SF₆ είναι ένα ηλεκτρονεγατικό αέριο (ικανό να απορροφά ελεύθερα ηλεκτρόνια), με εξαιρετικές αφανιστικές και απομονωτικές ιδιότητες. Σε ομοιόμορφο ηλεκτρικό πεδίο υπό μία ατμοσφαιρική πίεση, η αντοχή σε τάση του αερίου SF₆ είναι περίπου 2.5 φορές της αζώτου.
(2) Το καθαρό αέριο SF₆ είναι ένα ευσταθές αέριο. Διασπάται υπό την ενέργεια του τόξου. Όταν η θερμοκρασία υπερβαίνει τα 4000K, τα περισσότερα από τα προϊόντα διάσπασης είναι μονά ατόμα σουλφούρου και χλωρίου. Μετά την αφάνιση του τόξου, το μεγάλο μέρος των προϊόντων διάσπασης επανενώνεται σε σταθερά μόρια SF₆. Από αυτά, μια πολύ μικρή ποσότητα προϊόντων διάσπασης αντιδρά χημικά με ελεύθερα μεταλλικά άτομα, νερό και οξυγόνο κατά τη διαδικασία επανένωσης, παράγοντας μεταλλικά χλωρίδια και χλωρίδια οξυγόνου και σουλφούρου.

2 Έλεγχος μικρού νερού στο αέριο των διακόπτων SF₆
2.1 Σημασία του ελέγχου μικρού νερού

Η ανίχνευση της περιεχόμενης μικρού νερού στο αέριο είναι ένα βασικό ελεγκτικό στοιχείο για τους διακόπτες SF₆. Νέο αέριο SF₆ ή αέριο σε λειτουργία που περιέχει μικρές ποσότητες νερού θα επηρεάσει άμεσα τις ιδιότητες του αερίου. Όταν η περιεχόμενη μικρού νερού φτάσει σε συγκεκριμένο επίπεδο, είναι πιθανές οι αντιδράσεις υδρόλυσης, παράγοντας οξέα που μπορούν να καταστρέψουν την εξοπλισμό. Ειδικά υπό υψηλές θερμοκρασίες και την ενέργεια του τόξου, παράγονται εύκολα δηλητηριώδη χαμηλοχλωρικά. Τα απορροφητικά χλωρούλικα προϊόντα αντιδρούν με το νερό, παράγοντας εξαιρετικά ερημικά υδροχλωρικό οξύ, σεληνιούχο οξύ και άλλα εξαιρετικά δηλητηριώδη χημικά, που απειλούν τη ζωή των επιστημόνων συντήρησης και καταστρέφουν τα απομονωτικά υλικά ή τα μέταλλα του διακόπτη, προκαλώντας κατάρρευση της απομόνωσης. Όταν ο διακόπτης είναι εγκατεστημένος εκτός και η θερμοκρασία πέφτει απότομα, το υπερβολικό νερό στο αέριο SF₆ μπορεί να συμπυκνωθεί στην επιφάνεια του στερεού μέσου, προκαλώντας σηματοδότηση. Σε σοβαρές περιπτώσεις, μπορεί να προκαλέσει την έκρηξη του διακόπτη.

2.2 Μεθόδοι ελέγχου

(1) Μεθοδολογία βαρίδας: Μετά την πέραση από ξηραντικό, το βάρος του μεταβάλλεται ακριβώς. Ωστόσο, αυτή η μέθοδος έχει υψηλά λειτουργικά απαιτήσεις και καταναλώνει μεγάλη ποσότητα αερίου σε σταθερή θερμοκρασία, υγρασία και άνεμο.
(2) Μέθοδος σημείου σταγόνας: Όταν η θερμοκρασία του συστήματος ελέγχου είναι ελαφρώς χαμηλότερη από τη θερμοκρασία κατάστασης κατάλληλης υγρασίας (σημείο σταγόνας) στο δείγμα αερίου, το σύστημα ελέγχου μπορεί να παράγει ηλεκτρικό σήμα. Μετά την επεξεργασία και την εξαγωγή, η περιεχόμενη μικρού νερού καθορίζεται βάσει της τιμής του σημείου σταγόνας. Σήμερα, αυτή η μέθοδος είναι ένα σημαντικό μέσο μέτρησης μικρού νερού στο SF₆, και οι υγρασιομέτροι παράγονται τόσο εδώ όσο και εκτός χώρων.

3 Πηγές και ελέγχος υγρασίας στο αέριο των διακόπτων SF₆
3.1 Πηγές υγρασίας στο αέριο

(1) Για νέο αέριο, οι κύριες πηγές υγρασίας είναι: η ανεπαρκής ακρίβεια ελέγχου από το εργοστάσιο παραγωγής του αερίου, η μη συμμόρφωση των συνθηκών αποθήκευσης κατά τη μεταφορά, και η υπερβολική διάρκεια αποθήκευσης.
(2) Για ηλεκτρικό εξοπλισμό γεμάτο αέριο SF₆, οι κύριες πηγές υγρασίας είναι: η υγρασία που φέρει το αέριο SF₆, η μικρή ποσότητα υπόλοιπης υγρασίας λόγω ανεπαρκούς εξάγωγης πριν από την φόρτωση, η υγρασία που εκτοξεύεται σταδιακά από τα απομονωτικά υλικά, τα συνδεδεμένα μέρη και τα συστατικά του ηλεκτρικού εξοπλισμού, και η υγρασία που εισέρχεται από το εξωτερικό μέσω διαρροών του εξοπλισμού.

3.2 Μέτρα ελέγχου της περιεχόμενης μικρού νερού στο αέριο SF₆ των διακόπτων SF₆

Εξασφαλίστε αυστηρή ελεγχοδιαδικασία κατά την αποδοχή νέου αερίου, ελέγξτε την επεξεργασία των απομονωτικών μερών, ελέγξτε την ποιότητα των σφραγιστικών μερών, ελέγξτε την ποιότητα των απορροφητικών, ελέγξτε τη λειτουργία κατά την φόρτωση αερίου, ενισχύστε την ανίχνευση διαρροών αερίου κατά τη λειτουργία, και ενισχύστε την παρακολούθηση και το μέτρημα της περιεχόμενης μικρού νερού του αερίου κατά τη λειτουργία.

4 Δηλητηριότητα του αερίου SF₆

Όταν το αέριο SF₆ χρησιμοποιείται σε ηλεκτρικό εξοπλισμό, είτε υπό συνθήκες λειτουργίας είτε κατά την κανονική διακοπή τόξου, μπορεί να διασπαστεί, παράγοντας χλωρίδια οξυγόνου και σουλφούρου, καθώς και μεταλλικά χλωρίδια. Όταν η περιεχόμενη μικρού νερού στο αέριο SF₆ φτάσει σε συγκεκριμένη συγκέντρωση, το αέριο SF₆ γίνεται δηλητηριώδες, επηρεάζοντας επίσης την απομονωτική δύναμη και την αφανιστική απόδοση του αερίου SF₆ στο ηλεκτρικό εξοπλισμό.

Κάτω από την ενέργεια τόξου και την ηλεκτρολύση, οι διακόπτες SF₆ παράγουν εξαιρετικά δηλητηριώδη αέρια μέσω διάσπασης και ιονοποίησης. Επειδή αυτά τα αέρια είναι αχρώματα και ανόσμητα, είναι δύσκολο να ανιχνευτούν. Επιπλέον, με πυκνότητα 6.16 g/L (περίπου πέντε φορές την πυκνότητα του αέρα), μερικά από τα δηλητηριώδη και επικίνδυνα αέρια που παράγονται κατά την παρακολούθηση συσσωρεύονται κοντά στο έδαφος στο δωμάτιο του διακόπτη. Αυτό κάνει εύκολη την πιθανή δηλητηρίαση των εργαζομένων κατά τη διάσπαση, τη μεγάλη συντήρηση ή τον έλεγχο μικρού νερού του αερίου, παρουσιάζοντας μεγάλη απειλή για τη φυσική και ψυχολογική υγεία των εργαζομένων και την ασφαλή λειτουργία του εξοπλισμού.

Για παράδειγμα, αν δεν είναι εγκατεστημένο σύστημα ελέγχου και ειδοποίησης διαρροής SF₆ και αντίστοιχος εντοπιστής ποσότητας διαρροής SF₆ στο δωμάτιο του διακόπτη, είναι αδύνατο να γνωρίζεται αν η συγκέντρωση SF₆ είναι εντός των ασφαλών προτύπων. Η εμπειρία δείχνει ότι ακόμη και σε περιβάλλον με πολύ μικρές ποσότητες προϊόντων διάσπασης, οι εργαζόμενοι μπορεί να αισθάνονται πικρά ή άβολα αέρια, που μπορεί να προκαλέσουν ορατή ερεθισμός στο μύτη, στο στόμα και στα μάτια. Συνήθως, μετά τη δηλητηρίαση, εμφανίζονται συμπτώματα όπως δάκρυα, ντουβαλιά, ρίνη, καύση στην αναπνευστική και την υπογλωσσία, ραγερή φωνή, καύση, έντονη κούφωση, καρδιαγωνία, ανάπνοια, και αναπάνοια. Σε σοβαρές περιπτώσεις, μπορεί να προκαλέσει σοκ.

Ως εκ τούτου, η τηλε-παρακολούθηση της διαρροής αερίου SF₆ έχει γίνει ένα μείζον θέμα της τεχνικής έρευνας. Για παράδειγμα, ο ανεμιστήρας μπορεί να ελέγχεται οργανικά μαζί με το σύστημα ειδοποίησης διαρροής SF₆, ώστε ο ανεμιστήρας να ενεργοποιείται αυτόματα όταν η συγκέντρωση διαρροής SF₆ υπερβαίνει τα πρότυπα, εξασφαλίζοντας την ασφάλεια των ατόμων και του εξοπλισμού.

Τα δύο πιο σημαντικά ελεγχτικά στοιχεία για τους διακόπτες SF₆ είναι η περιεχόμενη μικρού νερού και ο έλεγχος διαρροής. Εάν η αξιοπιστία τους επηρεαστεί, θα μολύνει επίσης το περιβάλλον. Επομένως, ο έλεγχος μικρού νερού και η ανίχνευση διαρροής των διακόπτων SF₆ κατά τη λειτουργία έχουν αποκτήσει μεγάλη προσοχή.

(3) Μέθοδος ηλεκτρόλυσης: Μπορεί να μετρήσει την υγρασία στο αέριο διακόπτων SF₆ διακοπτικά ή συνεχώς. Υπάρχουν και άλλες μεθόδοι ελέγχου μικρού νερού στο αέριο SF₆, όπως η μέθοδος της πιεζοηλεκτρικής κρυσταλλινής ταλάντωσης, η μέθοδος της απορροφητικής θερμοκρασίας, και η γαζοχρωματογραφία. Ωστόσο, λόγω του υψηλού κόστους των εργαλείων ή τεχνικών περιορισμών, δεν έχουν ευρεία διάδοση και εφαρμογή.