گفتگوی کوتاه درباره آزمایش و تحلیل آب میکرو در بخار SF6 در شیرکننده‌ها

مفتاح‌های برق SF₆ دارای ویژگی‌های فیزیکی، شیمیایی، عایق‌بندی و خاموش‌کنندگی بسیار خوب هستند. آنها اجازه می‌دهند تا تعداد زیادی قطع متوالی رخ دهد، صدای کمی دارند و خطر جرقه‌زنی ندارند. علاوه بر این، اندازه کوچک، وزن سبک، ظرفیت بالا و نیاز به نگهداری کم یا بدون نگهداری دارند. بنابراین، آنها به تدریج مفتاح‌های برق پر از روغن و مفتاح‌های برق هوا فشرده را جایگزین می‌کنند. علاوه بر این، در توزیع برق با ولتاژ متوسط، این مفتاح‌های برق مزایایی مانند عدم دوباره روشن شدن هنگام قطع جریان ظرفیتی و عدم ایجاد ولتاژ بیش از حد هنگام قطع جریان القایی دارند که منجر به استفاده گسترده آنها شده است.

1 ویژگی‌های گاز SF₆
1.1 ویژگی‌های فیزیکی

وزن مولکولی گاز SF₆ 146.07 است و قطر مولکول آن 4.56×10⁻¹⁰ متر است. در دما و فشار معمولی به صورت گاز وجود دارد. در دمای 20 درجه سانتیگراد و فشار یک اتمسفر، چگالی آن 6.16 گرم بر لیتر (تقریباً پنج برابر هوا) است. دمای بحرانی گاز SF₆ 45.6 درجه سانتیگراد است و می‌تواند با فشرده کردن مایع شود. معمولاً در سیلندرهای فولادی به صورت مایع حمل می‌شود. گاز SF₆ خالص بی‌رنگ، بی‌بو، بی‌طعم، بی‌ سم و غیرقابل اشتعال است.

1.2 ویژگی‌های الکتریکی

(1) SF₆ یک گاز الکترونگاتیو (قابل جذب الکترون‌های آزاد) با ویژگی‌های خاموش‌کنندگی و عایق‌بندی بسیار خوب است. در میدان الکتریکی یکنواخت و تحت فشار یک اتمسفر استحکام ولتاژ گاز SF₆ تقریباً 2.5 برابر نیتروژن است.
(2) گاز SF₆ خالص یک گاز غیرفعال است. تحت تأثیر قوس الکتریکی تجزیه می‌شود. هنگامی که دما بیش از 4000K است، بیشتر محصولات تجزیه اتم‌های تک سولفور و فلوئور هستند. پس از خاموش شدن قوس، بیشتر محصولات تجزیه دوباره به مولکول‌های پایدار SF₆ باز می‌گردند. در میان آنها، مقدار بسیار کمی از محصولات تجزیه در طی فرآیند بازگشت با اتم‌های فلزی آزاد، آب و اکسیژن واکنش شیمیایی می‌دهند و فلوریدهای فلزی و فلوریدهای اکسیژن و سولفور را تولید می‌کنند.

2 آزمون آب میکرو در گاز مفتاح برق SF₆
2.1 اهمیت آزمون آب میکرو

تشخیص محتوای آب میکرو در گاز یکی از مهم‌ترین آزمون‌های مفتاح‌های برق SF₆ است. گاز SF₆ جدید یا گاز در حال استفاده که شامل مقادیر کمی آب است مستقیماً ویژگی‌های گاز را تحت تأثیر قرار می‌دهد. هنگامی که محتوای آب به سطح معینی برسد، واکنش‌های هیدرولیز ممکن است رخ دهد که مواد اسیدی تولید می‌کنند که می‌توانند تجهیزات را فرسوده کنند. به ویژه در دماهای بالا و تحت تأثیر قوس الکتریکی، فلوئوریدهای سمی کم فلزی به راحتی تولید می‌شوند. ترکیبات فلوئور سولفوری که با آب واکنش می‌دهند، اسید هیدروفلوریک، اسید سولفوریک و مواد شیمیایی سمی دیگر بسیار فرسایشی تولید می‌کنند که عمر کاری کارکنان نگهداری و عایق‌های مفتاح برق را تهدید می‌کنند. هنگامی که مفتاح برق در بیرون نصب شده و دما به طور ناگهانی کاهش می‌یابد، آب بیش از حد در گاز SF₆ ممکن است بر روی سطح ماده جامد تراکم یابد و منجر به خروج خودبه‌خود شود. در شرایط شدید، ممکن است منجر به انفجار مفتاح برق شود.

2.2 روش‌های آزمون

(1) روش وزنی: بعد از عبور از جاذب رطوبت، تغییر وزن آن به صورت دقیق اندازه‌گیری می‌شود. با این حال، این روش نیازمند عملیات پیچیده و مصرف زیادی از گاز در محیطی با دمای ثابت، رطوبت ثابت و بدون گرد و غبار است.
(2) روش نقطه تراکم: هنگامی که دمای سیستم آزمون کمی کمتر از دمای اشباع بخار آب (نقطه تراکم) در گاز نمونه است، سیستم آزمون می‌تواند سیگنال الکتریکی تولید کند. پس از تقویت و خروج، محتوای آب بر اساس مقدار نقطه تراکم تعیین می‌شود. در حال حاضر، این روش یکی از روش‌های مهم برای اندازه‌گیری آب میکرو در SF₆ است و دستگاه‌های نقطه تراکم در داخل و خارج کشور تولید می‌شوند.

3 منابع و کنترل رطوبت در گاز مفتاح برق SF₆
3.1 منابع رطوبت در گاز

(1) برای گاز جدید، منابع اصلی رطوبت عبارتند از: کشف ناقص توسط کارخانه تولید گاز؛ محیط‌های ذخیره‌سازی نامناسب در حین حمل و نقل؛ و زمان ذخیره‌سازی بیش از حد.
(2) برای تجهیزات الکتریکی پر از گاز SF₆، منابع اصلی رطوبت عبارتند از: رطوبتی که توسط خود گاز SF₆ ایجاد می‌شود؛ مقدار کمی رطوبت باقی‌مانده به دلیل پاکسازی ناقص گاز قبل از شارژ؛ رطوبتی که به تدریج توسط عایق‌ها، قطعات جوشکاری شده و قطعات موجود در تجهیزات الکتریکی آزاد می‌شود؛ و رطوبتی که از خارج از طریق نشتی‌های تجهیزات وارد می‌شود.

3.2 اقدامات کنترل محتوای آب گاز SF₆ در مفتاح‌های برق SF₆

اطمینان از کنترل کیفیت دقیق در زمان پذیرش گاز جدید؛ کنترل پردازش قطعات عایق‌بندی؛ کنترل کیفیت قطعات بسته‌بندی؛ کنترل کیفیت جاذب‌ها؛ کنترل عملیات در حین شارژ گاز؛ تقویت کشف نشتی گاز در حین عملیات؛ و تقویت نظارت و اندازه‌گیری آب میکرو در گاز در حین عملیات.

4 سمیت گاز SF₆

هنگام استفاده از گاز SF₆ در تجهیزات الکتریکی، چه در شرایط خرابی یا در زمان قطع عادی قوس الکتریکی، ممکن است تجزیه شده و فلوئوریدهای اکسیژن و سولفور و پودرهای فلز فلوئورید تولید کند. هنگامی که محتوای فلوئوریدهای قابل هیدرولیز در گاز SF₆ به سطح معینی برسد، گاز SF₆ سمی می‌شود و همچنین بر استحکام عایق‌بندی و عملکرد خاموش‌کنندگی گاز SF₆ در تجهیزات الکتریکی تأثیر می‌گذارد.

تحت تأثیر تخلیه برق و قوس الکتریکی، مفتاح‌های برق گاز SF₆ گازهای بسیار سمی از طریق تجزیه و یونیزاسیون تولید می‌کنند. چون این گازها بی‌رنگ و بی‌بو هستند، تشخیص آنها دشوار است. علاوه بر این، با چگالی 6.16 گرم بر لیتر (تقریباً پنج برابر هوا)، برخی از گازهای سمی و مضر تولید شده در حین نظارت در نزدیکی زمین در اتاق مفتاح جمع می‌شوند. این موضوع می‌تواند منجر به مسمومیت کارکنان در حین جدا کردن، تعمیرات عمده یا آزمون آب میکرو در گاز شود و تهدید بزرگی برای سلامت جسمی و روانی کارکنان و عملکرد ایمن تجهیزات ایجاد می‌کند.

به عنوان مثال، اگر سیستم نظارت و هشدار نشتی گاز SF₆ و دستگاه تشخیص کمی نشتی گاز SF₆ در اتاق مفتاح SF₆ نصب نشود، امکان دانستن اینکه غلظت گاز SF₆ در محدوده استاندارد ایمنی قرار دارد یا نه وجود ندارد. تجربه نشان می‌دهد که حتی در محیطی با محصولات تجزیه بسیار کم، کارکنان ممکن است گازهای تیز یا ناخوشایند را احساس کنند که می‌تواند تحریک واضحی را در بینی، دهان و چشم‌ها ایجاد کند. معمولاً پس از مسمومیت، علائمی مانند گریه، خنده، ریزش بینی، حس سوختن در بینی و گلو، صدای خشک، سرفه، سرگیجه، تهوع، تنگی در قفسه سینه و ناراحتی در گردن رخ می‌دهد. در شرایط شدید، شوک ممکن است رخ دهد.

بنابراین، نظارت آنلاین بر نشتی گاز SF₆ یکی از موضوعات بزرگ در تحقیقات فنی فعلی شده است. به عنوان مثال، می‌توان فن کنترل هوای خروجی را به صورت آلی با سیستم هشدار نشتی گاز SF₆ کنترل کرد، به طوری که فن کنترل هوای خروجی به صورت خودکار وقتی که غلظت نشتی گاز SF₆ از استاندارد بیشتر شود روشن شود و امنیت کارکنان و تجهیزات را تضمین کند.

دو آزمون مهم برای مفتاح‌های برق SF₆ محتوای آب و کشف نشتی هستند. اگر قابلیت اطمینان آنها تحت تأثیر قرار گیرد، می‌تواند محیط را آلوده کند. بنابراین، نظارت بر محتوای آب و کشف نشتی مفتاح‌های برق SF₆ در حین عملیات مورد توجه قرار گرفته است.

(3) روش الکترولیز: می‌تواند رطوبت در گاز را به صورت متناوب یا مداوم اندازه‌گیری کند. روش‌های دیگری برای آزمون آب میکرو گاز SF₆ وجود دارد، مانند روش نوسان کوارتز فشاری، روش گرمای جذبی و کروماتوگرافی گاز. با این حال، به دلیل هزینه بالای دستگاه‌ها یا محدودیت‌های فنی، این روش‌ها به طور گسترده ترویج و استفاده نشده‌اند.