Kratka rasprava o testiranju i analizi mikro-vode plinova u prekidacičima SF6

Prekidaci s SF₆ imaju odlične fizičke, kemjske, izolacijske i svojstva za ugasevanje luka. Omogućuju veliki broj uzastopnih prekida, imaju nizak buku i ne predstavljaju rizik od iskrivanja. Također su malih dimenzija, lagani, velike kapacitete i zahtijevaju malo ili bez održavanja. Stoga postepeno zamjenjuju tradicionalne prekidace ispuniti naftom i prekidace s komprimiranim zrakom. Nadalje, u srednjem napajanju, ovi prekidaci imaju prednosti poput neponovnog zapaljenja prilikom prekida kapacitivnog struja i bez prenapona prilikom prekida induktivnog struja, što je dovelo do njihove šire primjene.

1 Svojstva SF₆ plina
1.1 Fizička svojstva

Molekulsko težina SF₆ plina je 146.07, a njegov molekulski promjer je 4.56×10⁻¹⁰ m. Postoji u plinastom stanju pri normalnoj temperaturi i tlaku. Pri 20°C i jednom atmosferskom tlaku, njegova gustoća je 6.16 g/L (otprilike pet puta veća od zraka). Kritična temperatura SF₆ plina je 45.6°C, i može se tekućiti kompresijom. Obično se transportira u čelikovim bočvicama u tekućem stanju. Čisti SF₆ plin je bezbojan, bezmirisan, besvad, netoksičan i nerazorni.

1.2 Električna svojstva

(1) SF₆ je elektronegativni plin (sposoban apsorbirati slobodne elektrone), s odličnim svojstvima za ugasevanje luka i izolaciju. U uniformnom električnom polju pri jednom standardnom atmosferskom tlaku, otpornost na napon SF₆ plina je otprilike 2.5 puta veća od azota.
(2) Čisti SF₆ plin je inertni plin. Razlaže se pod djelovanjem luka. Kada temperatura premaši 4000K, većina proizvoda razlaganja su pojedini atomi kisika i fluorina. Nakon ugasevanja luka, većina proizvoda razlaganja ponovno kombinira u stabilne SF₆ molekule. Među njima, vrlo mali dio proizvoda razlaganja reagira kemijski s slobodnim metalnim atomima, vodom i kiseonikom tijekom procesa rekompozicije, stvarajući metalne fluorida i fluorida kiseonika i kisika.

2 Testiranje mikro-vode u plinu prekidaca s SF₆
2.1 Značaj testiranja mikro-vode

Otkrivanje sadržaja mikro-vode u plinu je glavni testni element za prekidace s SF₆. Novi SF₆ plin ili plin u upotrebi koji sadrži male količine vode direktno utječe na svojstva plina. Kada se sadržaj vode poveća do određene razina, mogu se dogoditi hidroliza reakcije, stvarajući kiselinske tvari koje mogu korodirati opremu. Posebno pod visokim temperaturama i djelovanjem luka, lako se generiraju toksični niskofluoridi. Rezultirajuće fluorosulfurane spojeve reagiraju s vodom formirajući visoko korozivnu fluoro-kiseliku, sirovinu kiseliku i druge visoko toksične kemikalije, stavljažući u opasnost živote održavnih radnika i korodirajući izolacijske materijale ili metale prekidaca, uzrokujući degradaciju izolacije. Kada je prekidac instaliran na otvorenom i kad temperatura brzo pada, prevelika količina vode u SF₆ plinu može kondenzirati na površini čvrstog medija, dovodeći do iskrivanja. U težim slučajevima, to može dovesti do eksplozije prekidaca.

2.2 Metode testiranja

(1) Gravitacijska metoda: Nakon prolaska kroz sušilo, točno se mjeri promjena težine. Međutim, ova metoda ima visoke operativne zahtjeve i potrošnju velike količine plina u okruženju konstantne temperature, vlage i bez prašine.
(2) Tačka rose: Kada je temperatura sustava ispitivanja malo niža od temperature nasycenosti parom vode (tačka rose) u uzorku plina, ispitni sustav može dati električni signal. Nakon pojačanja i izlaza, sadržaj vode se određuje na temelju vrijednosti tačke rose. Trenutno, ova metoda je važan sredstvo za mjerenje traga vode u SF₆, a rosenjemeri se proizvode unutar i van domovine.

3 Izvori i kontrola vlage u plinu prekidaca s SF₆
3.1 Izvori vlage u plinu

(1) Za novi plin, glavni izvori vlage su: nedovoljno stroga kontrola tvornice plina; neugodna ambijenta za pohranu tijekom prijevoza; i preveliki period pohrane.
(2) Za električnu opremu punjenu SF₆ plinom, glavni izvori vlage su: vlaga donesena SF₆ plinom; mala količina ostavljene vlage zbog nepotpune očišćenje plina prije punjenja; postepeno oslobađanje vlage iz izolacijskih materijala, zavaranih dijelova i komponenti u električnoj opremi; i vlaga koja prodire izvana kroz curenje opreme.

3.2 Mjere kontrole sadržaja vode u SF₆ plinu u prekidacima s SF₆

Osigurajte strogu kontrolu kvalitete prilikom prihvaćanja novog plina; kontrolirajte obradu izolacijskih dijelova; kontrolirajte kvalitetu zatvarajućih dijelova; kontrolirajte kvalitetu adsorbentnih materijala; kontrolirajte rad tijekom punjenja plinom; jačite detekciju curenja plina tijekom rada; i jačite nadzor i mjerenje mikro-vode u plinu tijekom rada.

4 Toksicitet SF₆ plina

Kada se SF₆ plin koristi u električnoj opremi, bilo pod uvjetima greške ili prilikom normalnog prekida luka, može se razložiti generirajući fluorida kiseonika i kisika, kao i prah metalnih fluorida. Kada se sadržaj hidrolizabilnih fluorida u SF₆ plinu poveća do određene koncentracije, SF₆ plin postaje toksičan, a također utječe na izolacijsku čvrstoću i sposobnost ugasevanja luka SF₆ plina u električnoj opremi.

Pod djelovanjem iskrivanja i luka, prekidaci s SF₆ plinom generiraju visoko toksične plinove putem disocijacije i jonizacije. Budući da su ti plinovi bezbojni i bezmirisni, teško ih je otkriti. Nadalje, s gustoćom od 6.16 g/L (otprilike pet puta većom od zraka), neki toksični i štetni plinovi generirani tijekom nadzora akumuliraju se blizu tla u sobi prekidaca. To čini lako mogućim otravljanje radnika tijekom demontiranja, velikih popravaka ili testiranja mikro-vode u plinu, predstavljajući veliku opasnost za fizičko i mentalno zdravlje radnika i sigurno funkcioniranje opreme.

Na primjer, ako nije instaliran sustav nadzora i alarmiranja curenja SF₆ plina i kvantitativni detektor curenja SF₆ plina u sobi prekidaca s SF₆, nemoguće je znati je li koncentracija SF₆ unutar sigurnog standardnog opsega. Iskustvo pokazuje da čak i u okruženju s vrlo malim količinama proizvoda razlaganja, radnici mogu osjetiti bodljive ili nesuglasne plinove, koji mogu izazvati očito podraživanje nosa, usne i očiju. Općenito, nakon otravljanja, mogu se pojaviti simptomi poput suzanja, kišanja, tekućeg nosa, osećaj gorućine u nosnoj džepi i grlu, hrapav glas, kašalj, očaj, mučnina, teskoća u prsima i nesuglasnost u vratu. U težim slučajevima, može doći čak i do šoka.

Stoga je online nadzor curenja SF₆ plina postao ključni zadatak u trenutnoj tehničkoj istraživanju. Na primjer, ventilator može se organički kontrolirati zajedno s sistemom alarmiranja curenja SF₆ plina, tako da se ventilator automatski uključi kada premaši standardnu koncentraciju curenja SF₆ plina, osiguravajući sigurnost osoba i opreme.

Dva najvažnija elementa nadzora za prekidace s SF₆ su sadržaj vode i detekcija curenja. Ako se njihova pouzdanost utječe, to će također zagađivati okoliš. Stoga je nadzor mikro-vode i detekcija curenja u prekidacima s SF₆ dobila mnogo pažnje.

(3) Elektroliza: Može mjeriti vlagu u plinu intermitentno ili kontinuirano. Postoje i drugi metodi za testiranje mikro-vode u SF₆ plinu, poput piezoelektrične kvarceve oscilacije, adsorpcijske kalorimetrije i gasne kromatografije. Međutim, zbog visokih troškova instrumenta ili tehničkih ograničenja, nisu se široko proširili i primjenjivali.