Unha Breve Discusión sobre a Proba e Análise da Microauga de Gás nos Interruptores de Circuíto SF6

Os interruptores de circuito SF₆ posúen excelentes propiedades físicas, químicas, de aislamento e de extinción de arco. Permiten un gran número de interrupciones consecutivas, producen pouco ruído e non supón ningún risco de chispeo. Ademais, son pequenos, leves, de gran capacidade e requiren pouca ou nin ningún mantemento. Como resultado, están substituíndo gradualmente os interruptores de circuito tradicionais a óleo e a aire comprimido. Ademais, na distribución de enerxía eléctrica de media tensión, estes interruptores de circuito teñen vantaxes como a non reiniciación ao interromper correntes capacitivas e a non xeración de sobretensión ao interromper correntes inductivas, o que levou á súa amplia aplicación.

1 Propiedades do gas SF₆
1.1 Propiedades físicas

O peso molecular do gas SF₆ é 146,07, e o seu diámetro molecular é 4,56×10⁻¹⁰ m. Existe en estado gaseoso a temperatura e presión normais. A 20°C e unha presión atmosférica, a súa densidade é 6,16 g/L (aproximadamente cinco veces a do aire). A temperatura crítica do gas SF₆ é 45,6°C, e pode ser licuado por compresión. Xeralmente, transpórtase en cilindros de acero en estado líquido. O gas SF₆ puro é incoloro, inodoro, insípido, non tóxico e non inflamable.

1.2 Propiedades eléctricas

(1) O SF₆ é un gas electronegativo (capaz de adsorber electrones libres), con excelentes propiedades de extinción de arco e de aislamento. En un campo eléctrico uniforme a unha presión atmosférica estándar, a resistencia ao voltaxe do gas SF₆ é aproximadamente 2,5 veces a do nitróxeno.
(2) O gas SF₆ puro é un gas inerte. Descompóñese baixo a acción dun arco. Cando a temperatura supera os 4000K, a maioría dos produtos de descomposición son átomos individuais de azufre e flúor. Despois de que se extingue o arco, a inmensa maioría dos produtos de descomposición recombinan en moléculas estables de SF₆. Entre eles, unha cantidade moi pequena de produtos de descomposición reaccionan quimicamente con átomos metálicos libres, auga e oxixe durante o proceso de recombinación, xerando fluoruros metálicos e fluoruros de oxixo e azufre.

2 Proba de microagua no gas dos interruptores de circuito SF₆
2.1 Significado da proba de microagua

A detección do contido de microagua no gas é unha das principais probas para os interruptores de circuito SF₆. O gas SF₆ novo ou en funcionamento que conteña trazas de auga afectará directamente as propiedades do gas. Cando o contido de auga alcanza certo nivel, é probable que ocorran reaccións de hidrólise, xerando substancias ácidas que poden corroer o equipo. Especialmente a altas temperaturas e baixo a acción dun arco, xéranse facilmente fluoruros tóxicos de baixa masa. Os composto fluorsulfurados resultantes reaccionan coa auga para formar ácido fluorhídrico, ácido sulfúrico e outras substancias químicas altamente tóxicas, comprometendo a vida do persoal de manutención e corroendo os materiais aislantes ou metálicos do interruptor de circuito, causando a degradación do aislamento. Cando o interruptor de circuito está instalado ao aire libre e a temperatura desciende bruscamente, un exceso de auga no gas SF₆ pode condensarse na superficie do medio sólido, provocando un flashover. En casos graves, pode causar a explosión do interruptor de circuito.

2.2 Métodos de proba

(1) Método gravimétrico: Despois de pasar por un desecante, medirse de xeito preciso a súa variación de peso. No entanto, este método ten altos requisitos operativos e consume unha gran cantidade de gas nun ambiente de temperatura, humidade e polvo constantes.
(2) Método de punto de roío: Cando a temperatura do sistema de proba é ligeramente inferior á temperatura de saturación do vapor de auga (punto de roío) no gas de mostra, o sistema de proba pode proporcionar unha señal eléctrica. Despois da amplificación e saída, determinase o contido de auga baseándose no valor do punto de roío. Actualmente, este método é un importante medio para medir a auga traza en SF₆, e existen higrómetros de punto de roío tanto nacionais como internacionais.

3 Oríxe e control da humidade no gas dos interruptores de circuito SF₆
3.1 Oríxe da humidade no gas

(1) Para o gas novo, as principais orixes de humidade son: detección insuficientemente estrita polo fabricante de gas; entornos de almacenamento non conformes durante o transporte; e tempo de almacenamento excesivo.
(2) Para o equipamento eléctrico cheo de gas SF₆, as principais orixes de humidade son: a humidade traida polo propio gas SF₆; a pequena cantidade de humidade residual debido a unha purificación incompleta do gas antes do enchido; a humidade liberada gradualmente a lo largo do tempo polos materiais aislantes, pezas soldadas e componentes do equipamento eléctrico; e a humidade que entra desde o exterior a través de fugas no equipamento.

3.2 Medidas de control para o contido de auga do gas SF₆ nos interruptores de circuito SF₆

Asegurar unha inspección de calidade estrita durante a aceptación do gas novo; controlar o tratamento das pezas aislantes; controlar a calidade das pezas de selo; controlar a calidade dos adsorbentes; controlar a operación durante o enchido de gas; fortalecer a detección de fugas de gas durante a operación; e fortalecer o monitorizado e a medida da microagua do gas durante a operación.

4 Toxicidade do gas SF₆

Cando o gas SF₆ se usa en equipos eléctricos, xa sexa en condicións de fallo ou durante a interrupción normal do arco, pode descomporse para xerar fluoruros de oxixo e azufre, así como polvos de fluoruros metálicos. Cando o contido de fluoruros hidrolizables no gas SF₆ alcanza unha certa concentración, o gas SF₆ tornase tóxico, e tamén afecta a forza de aislamento e o rendemento de extinción de arco do gas SF₆ nos equipos eléctricos.

Baixo a acción da descarga de chispa e do arco, os interruptores de circuito SF₆ xerarán gases altamente tóxicos a través da disociación e ionización. Dado que estes gases son incoloros e inodoros, son difíciles de detectar. Ademais, cunha densidade de 6,16 g/L (aproximadamente cinco veces a do aire), algúns gases tóxicos e perniciosos xerados durante o monitorizado acumúlanse preto do chan no cuarto de interruptores. Isto facé fácil que se produza un posible envenenamento dos traballadores durante a desmontaxe, grandes reparacións ou probas de microagua do gas, supoñendo unha gran ameaza para a saúde física e mental dos traballadores e a segura operación do equipo.

Por exemplo, se non se instala un sistema de monitorizado e alarma de fuga de gas SF₆ e un detector cuantitativo de fuga de gas SF₆ no cuarto de interruptores SF₆, é imposible saber se a concentración de SF₆ está dentro do rango estándar de seguridade. A experiencia demostra que incluso nun ambiente con cantidades moi pequenas de produtos de descomposición, os traballadores poden sentir gases punzantes ou incómodos, que poden causar unha irritación evidente nas fosas nasais, boca e ollos. Xeralmente, despois do envenenamento, poden aparecer síntomas como lagrimeo, estornudos, moqueo, sensación de ardor na cavidade nasal e na garganta, voz ronca, tosse, mareo, náuseas, opresión no peito e malestar no cuello. En casos graves, incluso pode ocorrer choque.

Por tanto, o monitorizado en liña da fuga de gas SF₆ converteuse nun tema principal na investigación técnica actual. Por exemplo, o ventilador de escape pode controlarse organicamente xunto co sistema de alarma de fuga de gas SF₆, de modo que o ventilador de escape poida activarse automaticamente cando a concentración de fuga de gas SF₆ supere o estándar, asegurando a seguridade do persoal e do equipo.

As dúas probas máis importantes para os interruptores de circuito SF₆ son o contido de auga e a detección de fugas. Se a súa fiabilidade está afectada, tamén contaminará o medio ambiente. Polo tanto, o monitorizado da microagua e a detección de fugas dos interruptores de circuito SF₆ en funcionamento recibiron moita atención.

(3) Método de electrolisis: Pode medir a humidade no gas de xeito intermitente ou continuo. Existen outros métodos para a proba de microagua do gas SF₆, como o método de oscilación de cuarzo piezoeléctrico, calorimetría de adsorción e cromatografía de gases. No entanto, debido ao alto custo dos instrumentos ou limitacións técnicas, non se promocionaron e aplicaron de xeito xeralizado.