Lühike arutelu SF6 lülitite gaasi mikrovesi testimise ja analüüsimise üle

SF₆ lülitaja sulgudel on suurepärased füüsika, keemia, elektrivoolu ja kaarevälja omadused. Nad võimaldavad palju järjestikseid katkestusi, on madalmõõdukad ja ei teki kiskuvaid tulihiilgust. Lisaks on need väikesed suuruses, kerged, suure kapatsiteediga ja nõuavad vähe või üldse mitte hooldust. Seetõttu asendavad nad aeglaselt traditsioonilisi öliplahvatuid lülitajaid ja õhuplaahutusega lülitajaid. Lisaks keskminejõulise voolu jagamisel omab selline lülitaja eeliseid nagu näiteks kondensaatorivoolu katkestamisel ei tekita uuesti kaaret ja induktiivse voolu katkestamisel ei tekita ülepinge, mis on viinud nende laialdasemale kasutamisele.

1 SF₆ gaasi omadused
1.1 Füüsikalised omadused

SF₆ gaasi molekulimass on 146,07 ja selle molekulaarne läbimõõt on 4,56×10⁻¹⁰ m. Tavalisel temperatuuril ja rõhkul eksisteerib see gaasena. 20°C ja ühe atmosfäärilise rõhu korral on selle tiheus 6,16 g/L (umbes viis korda suurem kui õhu). SF₆ gaasi kriitiline temperatuur on 45,6°C, ja seda saab plahvatuslikuks pingelevastusvõimega 2,5 korda suurem kui lämmast. Täpselt SF₆ gaas on värvitu, maitsetu, mürgitu ja süttimatu.

1.2 Elektrilised omadused

(1) SF₆ on elektronegatiivne gaas (võimeline vaba elektronide adsorbeerimiseks), mis omab suurepäraseid kaarevälja kustutamise ja elektrivoolu eraldamise omadusi. Ühtlase elektrivälja korral ühe standardrõhu all on SF₆ gaasi pingevastusvõime umbes 2,5 korda suurem kui lämmast.
(2) Puhas SF₆ gaas on inertgaas. See dekomponeerub kaare toimingu käigus. Kui temperatuur ületab 4000K, siis enamik dekompositsiooniprodukte on üksikud raud- ja fluoriatomi. Kaare kadumisel recombineeruvad suur enamus dekompositsiooniproduktid taas stabiilseteks SF₆ molekulideks. Seal hulgas vähesed dekompositsiooniproduktid reageerivad keemiliselt vabadega metalliatomide, veega ja hapnikuga, tekitades metallifluoride ja fluoridaatide oksiidi ning raudsilt.

2 Mikrovesi testimine SF₆ lülitaja gasis
2.1 Mikrovesi testimise tähtsus

Mikrovesi sisalduse tuvastamine gasis on oluline testimisülesanne SF₆ lülitajate puhul. Uus SF₆ gaas või tööprotsessis olev gaas, mis sisaldab jätkuvaid vesikihte, mõjutab otse gasi omadusi. Kui vesisisaldus jõuab kindla tasemeni, on võimalik, et toimuvad hidrolüüsitegevused, mis genereerivad söötsooleid, mis võivad korroodeerida seadmeid. Eriti kõrgete temperatuuride ja kaare toimingu käigus tekivad lihtsalt mürgised madalfluoridaadid. Tekkinud fluorsüül-kompleksid reageerivad veega, tekitades väga korrosiivse hydroflüoorhapina, süülavahiku ja muud väga mürgilised keemilised ained, ohustades hooldustöötajate elu ja korroodeerides lülitaja isolatsioonimaterjale või metalle, mis tekitab isolatsiooni heenekäigu. Kui lülitaja on paigutatud väljaspool ja temperatuur langab drastiliselt, võib SF₆ gasi sees olev vesikond kondenseeruda tahke meediumi pinna peal, mis võib põhjustada lülitajale flashoveri. Raskesimate juhtudistes võib see põhjustada lülitaja plahvatamist.

2.2 Testimismeetodid

(1) Kaalu meetod: Pärast läbimist kuivendusainega mõõdetakse täpselt selle massimuutust. Kuid see meetod nõuab kõrget operatsioonilist oskust ja tarbib suurt mahu gaasi konstantsetes temperatuuri, niiskuse ja puhta keskkonnas.
(2) Rosimeetod: Kui testisüsteemi temperatuur on veidi alamäärate kui proovigaasi vesikihi (rosi punkt) sättumispunkt, siis testisüsteem annab elektrisignaali. See signaal suurendatakse ja väljastatakse, mille põhjal määratakse vesisisaldus rosi väärtuse põhjal. Praegu on see meetod oluline viis SF₆ trassivesi mõõtmiseks, ja rosimõõturit valmistatakse nii kodumaal kui ka väljaspool.

3 Niiskuse allikad ja kontroll SF₆ lülitaja gasis
3.1 Gasis oleva niiskuse allikad

(1) Uue gaasi puhul on peamised niiskuse allikad: gaasitootmise tehases mitte piisavalt range kontroll; mitte vastav transpordi ajal säilitamise tingimused; ja liiga pikka aega säilitamine.
(2) SF₆ gaasiga täidetud elektrotehnika seadmete puhul on peamised niiskuse allikad: endine SF₆ gaasi tootmisest tulenev niiskus; ebatäielikku puhtusest enne täitmist jäänud väike niiskus; isolatsioonimaterjal, lahtiseostatud osad ja komponendid elektrotehnika seadmes aja jooksul vabastavad niiskuse; ja seadmest tuleva lekke kaudu sisse sattunud niiskus.

3.2 SF₆ lülitaja gasi niiskuse kontrollimeetmed

Taga range kvaliteedikontroll uue gaasi vastuvõtmisel; kontrolli isolatsiooniosade töötlemist; kontrolli tiheituse osade kvaliteeti; kontrolli absorbentide kvaliteeti; kontrolli gaasi täitmise käigus; tugehda gaasi lekke kontrolli töö käigus; ja tugehda gaasi mikrovesi kontrolli ja mõõtmist töö käigus.

4 SF₆ gaasi mürgitus

Kui SF₆ gaasit kasutatakse elektrotehnika seadmetes, olgu selle kasutamine vigastuse korras või tavapärasel kaarevälja kustutamisel, võib see dekomponeeruda, tekitades oksüüdi- ja süülfluoridaade, samuti metallfluoridaatide jääged. Kui SF₆ gaasis olevate hüdrolüütiliste fluoridaatide sisaldus jõuab teatud konsentratsioonini, muutub SF₆ gaas mürgiseks, mis mõjutab ka SF₆ gaasi isolatsioonivõimet ja kaarevälja kustutamise võimet elektrotehnika seadmetes.

Sparkide ja kaare toimingu käigus SF₆ gaasi lülitajates tekivad väga mürgised gaasid, mis tekivad dissootsiooni ja ionisatsiooni kaudu. Kuna need gaasid on värvitud ja maitsed, on neid raske tuvastada. Lisaks 6,16 g/L tiheusel (umbes viis korda suurem kui õhu) kogunevad mõningad mürgised ja kahjulikud gaasid, mis tekivad järelevalve käigus, lähedal maandusse SF₆ lülitajasseadmes. See muudab töötajate mürgistumise võimalikuks lülitaja demonteerimisel, suuremas hooldustöös või gaasi mikrovesi testimisel, mis esindab suurt ohu töötajate füüsiline ja psühholoogiline tervis ning seadme turvaliseks töötamiseks.

Näiteks, kui SF₆ gaasi lekke jälgimise ja häirete andmise süsteem ja kvantitatiivne SF₆ gaasi lekke detektor pole SF₆ lülitajasseadmes installeeritud, on võimatu teada, kas SF₆ kontsentratsioon on ohutuseeskirjade piirides. Kogemus näitab, et isegi väga väikeseid dekompositsiooniproduktide summade korral võivad töötajad tunda teravat või ebameeldivat gaasi, mis võivad põhjustada selgesti irritatsiooni nina, suu ja silmadele. Tavaliselt mürgistuse järel võivad ilmneda näiteks nutmine, pritsmine, nina virtsus, nina- ja kurkmehe põletav tunne, hämar hääl, köha, peaümber, naarm, rinnapihkenemine ja kaela ebameeldiv tunne. Tõsisemates juhtudetes võib isegi esineda šokki.

Seetõttu on SF₆ gaasi lekke jälgimine praegu oluline teema teadusuuringutes. Näiteks saab õhuvoolu kontrollida koos SF₆ gaasi lekke häirete andmise süsteemiga, nii et õhuvoolu saab automaatselt sisse lülituda, kui SF₆ gaasi lekke kontsentratsioon ületab standardi, tagades töötajate ja seadme ohutuse.

Kaheks kõige olulisemaks jälgimisobjektiks SF₆ lülitajate puhul on vesisisaldus ja lekke kontroll. Kui nende usaldusväärsus on mõjutatud, saab see ka saastada keskkonda. Seetõttu on SF₆ lülitajate mikrovesi ja lekke jälgimine töö käigus saanud palju tähelepanu.

(3) Elektroolilise meetod: See võimaldab mõõta gasi sees olevat vesikut tsükliliselt või pidevalt. On olemas ka muud SF₆ gaasi mikrovesi testimise meetodid, nagu piezoelektri kvartsosilusmeetod, sorptsioonikalorimeetod ja gaaskromatograafia. Kuid nende seadmete kõrge hind või tehnilised piirangud takistavad nende laiaulatuslikku edendamist ja rakendamist.