Une Brève Discussion sur les Essais et l'Analyse de la Micro-Eau Gazeuse dans les Disjoncteurs SF6
Les disjoncteurs à SF₆ possèdent d'excellentes propriétés physiques, chimiques, d'isolation et d'extinction d'arc. Ils permettent un grand nombre d'interruptions consécutives, ont un faible niveau sonore et ne présentent aucun risque de scintillement. De plus, ils sont de petite taille, légers, de grande capacité et nécessitent peu ou pas d'entretien. Par conséquent, ils remplacent progressivement les disjoncteurs traditionnels à huile et à air comprimé. En outre, en distribution électrique moyenne tension, ces disjoncteurs offrent des avantages tels que l'absence de réenflammement lors de l'interruption du courant capacitif et l'absence de surtension lors de l'interruption du courant inductif, ce qui a conduit à leur utilisation généralisée.
1 Propriétés du gaz SF₆
1.1 Propriétés physiques
Le poids moléculaire du gaz SF₆ est de 146,07, et son diamètre moléculaire est de 4,56×10⁻¹⁰ m. Il existe sous forme gazeuse à température et pression normales. À 20°C et à une pression atmosphérique, sa densité est de 6,16 g/L (environ cinq fois celle de l'air). La température critique du gaz SF₆ est de 45,6°C, et il peut être liquéfié par compression. Généralement, il est transporté dans des cylindres d'acier sous forme liquide. Le gaz SF₆ pur est incolore, inodore, insipide, non toxique et non inflammable.
1.2 Propriétés électriques
(1) Le SF₆ est un gaz électronégatif (capable d'adsorber des électrons libres), avec d'excellentes propriétés d'extinction d'arc et d'isolation. Dans un champ électrique uniforme sous une pression atmosphérique standard, la résistance à la tension du gaz SF₆ est environ 2,5 fois supérieure à celle de l'azote.
(2) Le gaz SF₆ pur est un gaz inerte. Il se décompose sous l'action d'un arc. Lorsque la température dépasse 4000K, la plupart des produits de décomposition sont des atomes simples de soufre et de fluor. Après l'extinction de l'arc, la grande majorité des produits de décomposition se recombinent en molécules stables de SF₆. Parmi eux, une très petite quantité de produits de décomposition réagit chimiquement avec des atomes métalliques libres, de l'eau et de l'oxygène lors du processus de recombinaison, générant des fluorures métalliques et des fluorures d'oxygène et de soufre.
2 Test de micro-humidité du gaz des disjoncteurs à SF₆
2.1 Signification du test de micro-humidité
La détection de la teneur en micro-humidité dans le gaz est un élément majeur de test pour les disjoncteurs à SF₆. Un nouveau gaz SF₆ ou un gaz en service contenant des traces d'eau affectera directement les propriétés du gaz. Lorsque la teneur en eau atteint un certain niveau, des réactions d'hydrolyse sont susceptibles de se produire, générant des substances acides qui peuvent corroder l'équipement. Surtout à haute température et sous l'action d'un arc, des fluorures toxiques à basse température sont facilement générés. Les composés fluorosulfurés résultants réagissent avec l'eau pour former de l'acide fluorhydrique, de l'acide sulfurique et d'autres substances chimiques hautement toxiques, mettant en danger la vie du personnel de maintenance et corrodant les matériaux isolants ou les métaux du disjoncteur, entraînant une dégradation de l'isolation. Lorsque le disjoncteur est installé en extérieur et que la température chute brusquement, l'excès d'eau dans le gaz SF₆ peut se condenser à la surface du milieu solide, conduisant à un flashover. Dans les cas graves, cela peut causer l'explosion du disjoncteur.
2.2 Méthodes de test
(1) Méthode gravimétrique : Après passage par un séchant, on mesure précisément la variation de poids. Cependant, cette méthode a des exigences opérationnelles élevées et consomme une grande quantité de gaz dans un environnement à température, humidité et poussière constantes.
(2) Méthode du point de rosée : Lorsque la température du système de test est légèrement inférieure à la température de saturation de la vapeur d'eau (point de rosée) dans le gaz d'échantillon, le système de test peut fournir un signal électrique. Après amplification et sortie, la teneur en eau est déterminée en fonction de la valeur du point de rosée. Actuellement, cette méthode est un moyen important pour mesurer la trace d'eau dans le SF₆, et les hygromètres de point de rosée sont fabriqués aussi bien à l'échelle nationale qu'internationale.
3 Sources et contrôle de l'humidité dans le gaz des disjoncteurs à SF₆
3.1 Sources d'humidité dans le gaz
(1) Pour le gaz neuf, les principales sources d'humidité sont : un contrôle insuffisamment strict par l'usine de fabrication de gaz ; des conditions de stockage non conformes pendant le transport ; et une durée de stockage excessive.
(2) Pour les équipements électriques remplis de gaz SF₆, les principales sources d'humidité sont : l'humidité apportée par le gaz SF₆ lui-même ; la petite quantité d'humidité résiduelle due à une purification incomplète du gaz avant le remplissage ; l'humidité libérée progressivement au fil du temps par les matériaux isolants, les parties soudées et les composants des équipements électriques ; et l'humidité qui pénètre de l'extérieur par les fuites d'équipement.
3.2 Mesures de contrôle de la teneur en eau du gaz SF₆ dans les disjoncteurs à SF₆
Assurez un contrôle qualité strict lors de la réception du gaz neuf ; contrôlez le traitement des pièces isolantes ; contrôlez la qualité des pièces d'étanchéité ; contrôlez la qualité des adsorbants ; contrôlez l'opération lors du remplissage de gaz ; renforcez la détection des fuites de gaz pendant l'exploitation ; et renforcez la surveillance et la mesure de la micro-humidité du gaz pendant l'exploitation.
4 Toxicité du gaz SF₆
Lorsque le gaz SF₆ est utilisé dans les équipements électriques, que ce soit en cas de panne ou lors de l'interruption normale d'un arc, il peut se décomposer pour produire des fluorures d'oxygène et de soufre, ainsi que des poudres de fluorures métalliques. Lorsque la teneur en fluorures hydrolysables dans le gaz SF₆ atteint une certaine concentration, le gaz SF₆ devient toxique, et cela affecte également la résistance à l'isolation et les performances d'extinction d'arc du gaz SF₆ dans les équipements électriques.
Sous l'action d'une décharge d'étincelle et d'un arc, les disjoncteurs à gaz SF₆ génèrent des gaz hautement toxiques par dissociation et ionisation. Comme ces gaz sont incolores et inodores, ils sont difficiles à détecter. De plus, avec une densité de 6,16 g/L (environ cinq fois celle de l'air), certains gaz toxiques et nocifs générés lors de la surveillance s'accumulent près du sol dans la salle de commutation. Cela rend facile la possibilité d'une intoxication des travailleurs lors du démontage, des grandes réparations ou des tests de micro-humidité du gaz, posant une grande menace pour la santé physique et mentale des travailleurs et la sécurité de l'exploitation de l'équipement.
Par exemple, si un système de surveillance et d'alarme de fuite de gaz SF₆ et un détecteur de fuite de gaz SF₆ quantitatif ne sont pas installés dans la salle de commutation SF₆, il est impossible de savoir si la concentration de SF₆ est dans la plage de normes de sécurité. L'expérience montre que même dans un environnement avec de très faibles quantités de produits de décomposition, les travailleurs peuvent ressentir des gaz piquants ou inconfortables, qui peuvent provoquer une irritation manifeste du nez, de la bouche et des yeux. Généralement, après une intoxication, des symptômes tels que larmoiement, éternuements, écoulement nasal, sensation de brûlure dans les cavités nasales et la gorge, voix rauque, toux, vertiges, nausées, oppression thoracique et inconfort dans le cou peuvent apparaître. Dans les cas graves, un choc peut même survenir.
Par conséquent, la surveillance en ligne des fuites de gaz SF₆ est devenue un sujet majeur de recherche technique actuelle. Par exemple, le ventilateur d'extraction peut être contrôlé de manière organique avec le système d'alarme de fuite de gaz SF₆, de sorte que le ventilateur d'extraction puisse être automatiquement activé lorsque la concentration de fuite de gaz SF₆ dépasse la norme, assurant la sécurité des personnes et de l'équipement.
Les deux éléments de surveillance les plus importants pour les disjoncteurs à SF₆ sont la teneur en eau et la détection de fuite. Si leur fiabilité est affectée, cela polluera également l'environnement. Ainsi, la surveillance de la micro-humidité et de la détection de fuite des disjoncteurs à SF₆ en exploitation a reçu beaucoup d'attention.
(3) Méthode d'électrolyse : Elle peut mesurer l'humidité dans le gaz de manière intermittente ou continue. Il existe d'autres méthodes pour le test de micro-humidité du gaz SF₆, comme la méthode d'oscillation de quartz piézoélectrique, la calorimétrie d'adsorption et la chromatographie en phase gazeuse. Cependant, en raison du coût élevé des instruments ou des limitations techniques, elles n'ont pas été largement promues et appliquées.
