Isang Maikling Pagsusuri sa Pagsusuri at Analisis ng Gas na Mikro-Tubig sa SF6 Circuit Breakers

Ang mga circuit breaker na SF₆ ay may mahusay na pisikal, kimikal, insulasyon, at katangian ng pagtatapos ng ark. Pinapayagan nila ang malaking bilang ng magkasunod na pagkakatigil, may mababang ingay, at walang panganib ng paglitaw ng spark. Bukod dito, sila ay maliit sa sukat, maliit sa timbang, malaki sa kapasidad, at nangangailangan ng kaunti o walang pamamahala. Dahil dito, paulit-ulit silang nagpapalit sa mga tradisyonal na oil-filled circuit breakers at compressed-air circuit breakers. Sa kabila nito, sa medium-voltage power distribution, ang mga circuit breaker na ito ay may mga abilidad tulad ng hindi nagbabalik ng apoy kapag natigil ang capacitive current at walang over-voltage generation kapag natigil ang inductive current, na nagresulta sa kanilang malawakang aplikasyon.

1 Katangian ng Gas na SF₆
1.1 Pisikal na Katangian

Ang molecular weight ng gas na SF₆ ay 146.07, at ang diameter nito ay 4.56×10⁻¹⁰ m. Ito ay umiiral sa anyo ng gas sa normal na temperatura at presyon. Sa 20°C at isang atmospheric pressure, ang densidad nito ay 6.16 g/L (humigit-kumulang limang beses ang densidad ng hangin). Ang critical temperature ng gas na SF₆ ay 45.6°C, at ito ay maaaring i-liquefy sa pamamagitan ng compression. Karaniwan, ito ay inaangkuto sa mga steel cylinder sa anyo ng likido. Ang tuldok na gas na SF₆ ay walang kulay, walang amoy, walang lasa, hindi toxic, at hindi flammable.

1.2 Electrical Properties

(1) Ang SF₆ ay isang electronegative gas (may kakayahang sumipsip ng libreng electrons), na may mahusay na katangian ng pagtatapos ng ark at insulasyon. Sa uniform electric field sa ilalim ng isang standard atmospheric pressure, ang voltage-withstand strength ng gas na SF₆ ay humigit-kumulang 2.5 beses ang lakas ng nitrogen.
(2) Ang tuldok na gas na SF₆ ay isang inert gas. Ito ay nabubuwag sa ilalim ng aksyon ng ark. Kapag lumampas ang temperatura sa 4000K, ang karamihan sa mga produktong nabuwag ay mga single atoms ng sulfur at fluorine. Pagkatapos matapos ang ark, ang napakaraming bahagi ng mga produktong nabuwag ay muling pinagsasama upang bumuo ng stable na molekye ng SF₆. Sa kanila, ang napakakaunting bahagi ng mga produktong nabuwag ay nagsasagawa ng chemical reaction kasama ang libreng metal atoms, tubig, at oxygen sa proseso ng recombination, na nagreresulta sa metal fluorides at fluorides ng oxygen at sulfur.

2 Micro-water Testing ng Gas ng Circuit Breaker na SF₆
2.1 Kahalagahan ng Micro-water Testing

Ang pagtukoy sa micro-water content sa gas ay isang pangunahing item ng pagsusuri para sa mga circuit breaker na SF₆. Ang bagong gas na SF₆ o gas na nasa operasyon na may kaunting tubig ay direktang nakakaapekto sa mga katangian ng gas. Kapag umabot ang kontensto ng tubig sa tiyak na antas, maaaring magkaroon ng hydrolysis reactions, na nagreresulta sa paglikha ng acidic substances na maaaring makasira sa equipment. Lalo na sa mataas na temperatura at sa aksyon ng ark, madaling mabuo ang mga toxic low-fluorides. Ang mga nabuong fluorosulfur compounds ay nagsasagawa ng reaksiyon kasama ang tubig upang bumuo ng highly corrosive na hydrofluoric acid, sulfuric acid, at iba pang highly toxic na chemical substances, na nagpapanganib sa buhay ng maintenance personnel at nagkasira ng insulating materials o metals ng circuit breaker, na nagdudulot ng insulation degradation. Kapag nakainstalla ang circuit breaker sa labas at biglaang bumaba ang temperatura, maaaring makondensado ang sobrang tubig sa gas na SF₆ sa ibabaw ng solid medium, na nagreresulta sa flashover. Sa malubhang kaso, maaari itong sanhi ng pagputok ng circuit breaker.

2.2 Mga Paraan ng Pagsusuri

(1) Gravimetric method: Pagkatapos lumipas sa desiccant, ang pagbabago ng timbang nito ay tumpak na sinusukat. Gayunpaman, ang paraan na ito ay may mataas na operational requirements at kumukonsumo ng malaking halaga ng gas sa constant-temperature, constant-humidity, at dust-free environment.
(2) Dew-point method: Kapag mas mababa ang temperatura ng test system kaysa sa saturation temperature ng water vapor (dew point) sa sample gas, ang test system ay maaaring magbigay ng electrical signal. Pagkatapos mapalakas at ilabas, ang water content ay matutukoy batay sa dew-point value. Kasalukuyan, ang paraan na ito ay isang mahalagang paraan para sa pagsukat ng trace water sa SF₆, at ang mga dew-point meters ay ginagawa sa lokal at internasyonal.

3 Mga Pinagmulan at Kontrol ng Humidity sa Gas ng Circuit Breaker na SF₆
3.1 Mga Pinagmulan ng Humidity sa Gas

(1) Para sa bagong gas, ang pangunahing mga pinagmulan ng humidity ay: hindi sapat na strict detection ng gas-manufacturing plant; hindi compliant na storage environments sa panahon ng transport; at sobrang haba ng panahon ng imbakan.
(2) Para sa electrical equipment na puno ng gas na SF₆, ang pangunahing mga pinagmulan ng humidity ay: ang humidity na dala ng gas na SF₆ mismo; ang kaunting residual humidity dahil sa hindi ganap na purification ng gas bago ma-charge; ang humidity na unti-unting inilalabas ng mga insulating materials, welded parts, at components sa electrical equipment; at ang humidity na pumapasok mula sa labas sa pamamagitan ng leaks sa equipment.

3.2 Mga Paraan ng Kontrol para sa Water Content ng Gas na SF₆ sa Circuit Breaker na SF₆

Siguraduhing may mahigpit na quality inspection sa panahon ng pagtanggap ng bagong gas; kontrolin ang pagtrato ng mga insulating parts; kontrolin ang kalidad ng mga sealing parts; kontrolin ang kalidad ng adsorbents; kontrolin ang operasyon sa panahon ng gas charging; palakasin ang detection ng gas leakage sa panahon ng operasyon; at palakasin ang monitoring at measurement ng gas micro-water sa panahon ng operasyon.

4 Toxicity ng Gas na SF₆

Kapag ginamit ang gas na SF₆ sa electrical equipment, kahit sa fault conditions o sa normal na pagtatapos ng ark, maaaring mabuwag ito upang mabuo ang mga fluorides ng oxygen at sulfur, pati na rin ang metal fluoride powders. Kapag umabot ang kontensto ng hydrolyzable fluorides sa gas na SF₆ sa isang tiyak na concentration, ang gas na SF₆ ay naging toxic, at ito rin ay nakakaapekto sa insulation strength at arc-extinguishing performance ng gas na SF₆ sa electrical equipment.

Sa ilalim ng aksyon ng spark discharge at ark, ang mga circuit breaker na gas na SF₆ ay mabubuo ng highly toxic gases sa pamamagitan ng dissociation at ionization. Dahil ang mga gas na ito ay walang kulay at amoy, mahirap silang detekta. Bukod dito, may densidad na 6.16 g/L (humigit-kumulang limang beses ang densidad ng hangin), ang ilang toxic at harmful gases na nabuo sa panahon ng monitoring ay nakakalat malapit sa lupa sa switch room. Ito ay nagpapadali ng potensyal na paglason ng mga manggagawa sa panahon ng pag-disassemble, major repairs, o micro-water testing ng gas, na nagpapanganib sa pisikal at mental health ng mga manggagawa at safe operation ng equipment.

Halimbawa, kung hindi na-install ang SF₆ gas leakage monitoring at alarm system, at quantitative SF₆ gas leakage detector sa SF₆ switch room, hindi malalaman kung ang concentration ng SF₆ ay nasa ligtas na standard range. Ang karanasan ay nagpapakita na kahit sa isang environment na may napakakaunting decomposition products, maaaring maramdaman ng mga manggagawa ang mga pungent o uncomfortable gases, na nagdudulot ng obvious na irritation sa ilong, bibig, at mata. Karaniwan, pagkatapos ng paglason, maaaring magkaroon ng mga sintomas tulad ng pagtulo ng luha, pagtubo, pagtulo ng ilong, burning sensation sa nasal cavity at lalamunan, hoarse voice, pag-uubo, pagdudizzy, pagkakahilo, chest tightness, at discomfort sa leeg. Sa malubhang kaso, maaaring magkaroon ng shock.

Dahil dito, ang online monitoring ng SF₆ gas leakage ay naging isang pangunahing paksa sa kasalukuyang teknikal na pag-aaral. Halimbawa, ang exhaust fan ay maaaring organically controlled kasama ang SF₆ gas leakage alarm system, upang ang exhaust fan ay maaaring automatikong buksan kapag lumampas ang concentration ng SF₆ gas leakage sa standard, na nag-aaseguro ng seguridad ng mga tao at equipment.

Ang dalawang pinakamahalagang items ng monitoring para sa mga circuit breaker na SF₆ ay ang water content at leakage detection. Kung ang kanilang reliability ay naapektuhan, ito rin ay maaaring maplusalan ang kapaligiran. Dahil dito, ang monitoring ng micro-water at leakage detection ng mga circuit breaker na SF₆ sa operasyon ay naging napakaimportante.

(3) Electrolysis method: Ito ay maaaring sukatin ang humidity sa gas nang intermittent o continuous. Mayroon pa ibang mga paraan para sa micro-water testing ng gas na SF₆, tulad ng piezoelectric quartz oscillation method, adsorption calorimetry, at gas chromatography. Gayunpaman, dahil sa mataas na cost ng mga instrumento o technical limitations, hindi sila lubhang naipromote at na-aplay.