Pembahasan Singkat tentang Pengujian dan Analisis Mikro-Air Gas dalam Pemutus Sirkuit SF6

Pemutus sirkuit SF₆ memiliki sifat fisik kimia isolasi dan pemadam busur yang sangat baik. Mereka memungkinkan sejumlah besar gangguan berturut-turut, memiliki tingkat kebisingan rendah, dan tidak berisiko menyala. Selain itu, mereka berukuran kecil, ringan, kapasitasnya besar, dan membutuhkan sedikit atau tanpa perawatan. Oleh karena itu, secara bertahap mereka menggantikan pemutus sirkuit berisi minyak tradisional dan pemutus sirkuit udara terkompresi. Lebih lanjut, dalam distribusi tenaga listrik menengah, pemutus sirkuit ini memiliki keuntungan seperti tidak kembali menyala saat memutus arus kapasitif dan tidak menghasilkan over-voltage saat memutus arus induktif, yang telah menyebabkan penggunaannya yang luas.

1 Sifat Gas SF₆
1.1 Sifat Fisik

Berat molekul gas SF₆ adalah 146.07, dan diameter molekulnya adalah 4.56×10⁻¹⁰ m. Ia berada dalam keadaan gas pada suhu dan tekanan normal. Pada 20°C dan satu atmosfer tekanan, kepadatannya adalah 6.16 g/L (sekitar lima kali lebih besar dari udara). Suhu kritis gas SF₆ adalah 45.6°C, dan dapat dijadikan cair dengan kompresi. Biasanya, ia dikirim dalam tabung baja dalam keadaan cair. Gas SF₆ murni tidak berwarna, tidak berbau, tidak berasa, tidak beracun, dan tidak mudah terbakar.

1.2 Sifat Listrik

(1) SF₆ adalah gas elektro-negatif (mampu menyerap elektron bebas), dengan sifat pemadam busur dan isolasi yang sangat baik. Dalam medan listrik seragam pada satu tekanan atmosfer standar, kekuatan tahan tegangan gas SF₆ sekitar 2,5 kali lebih besar dari nitrogen.
(2) Gas SF₆ murni adalah gas inert. Ia terurai di bawah pengaruh busur. Ketika suhu melebihi 4000K, sebagian besar produk dekomposisi adalah atom sulfur dan fluor tunggal. Setelah busur padam, sebagian besar produk dekomposisi kembali bergabung menjadi molekul SF₆ yang stabil. Di antaranya, sejumlah kecil produk dekomposisi bereaksi secara kimia dengan atom logam bebas, air, dan oksigen selama proses rekonstruksi, menghasilkan fluorida logam dan fluorida oksigen dan sulfur.

2 Pengujian Mikro-Air pada Gas Pemutus Sirkuit SF₆
2.1 Kepentingan Pengujian Mikro-Air

Mendeteksi kandungan mikro-air dalam gas adalah item uji utama untuk pemutus sirkuit SF₆. Gas SF₆ baru atau gas yang beroperasi dengan kandungan air dalam jumlah kecil akan langsung mempengaruhi sifat gas. Ketika kandungan air mencapai tingkat tertentu, reaksi hidrolisis cenderung terjadi, menghasilkan zat asam yang dapat merusak peralatan. Terutama pada suhu tinggi dan di bawah pengaruh busur, fluorida rendah yang beracun mudah terbentuk. Senyawa fluoro-sulfur yang dihasilkan bereaksi dengan air untuk membentuk asam hidrofluorik, asam sulfat, dan zat kimia lainnya yang sangat beracun, yang membahayakan nyawa petugas pemeliharaan dan merusak material isolasi atau logam pemutus sirkuit, menyebabkan penurunan isolasi. Ketika pemutus sirkuit dipasang di luar ruangan dan suhu turun drastis, air berlebihan dalam gas SF₆ mungkin mengembun di permukaan media padat, menyebabkan flashover. Dalam kasus yang parah, dapat menyebabkan pemutus sirkuit meledak.

2.2 Metode Pengujian

(1) Metode gravimetri: Setelah melalui desikator, perubahan beratnya diukur secara akurat. Namun, metode ini memiliki persyaratan operasional yang tinggi dan menghabiskan banyak gas dalam lingkungan suhu dan kelembaban konstan, serta bebas debu.
(2) Metode titik embun: Ketika suhu sistem uji sedikit lebih rendah dari suhu jenuh uap air (titik embun) dalam gas sampel, sistem uji dapat memberikan sinyal listrik. Setelah diperbesar dan dikeluarkan, kandungan air ditentukan berdasarkan nilai titik embun. Saat ini, metode ini merupakan cara penting untuk mengukur air dalam jumlah kecil di SF₆, dan meter titik embun diproduksi baik di dalam maupun luar negeri.

3 Sumber dan Kontrol Kelembaban dalam Gas Pemutus Sirkuit SF₆
3.1 Sumber Kelembaban dalam Gas

(1) Untuk gas baru, sumber utama kelembaban adalah: deteksi yang kurang ketat oleh pabrik pembuat gas; lingkungan penyimpanan yang tidak sesuai selama transportasi; dan waktu penyimpanan yang berlebihan.
(2) Untuk peralatan listrik yang diisi dengan gas SF₆, sumber utama kelembaban adalah: kelembaban yang dibawa oleh gas SF₆ itu sendiri; kelembaban residu dalam jumlah kecil karena pembersihan gas sebelum pengisian yang tidak sempurna; kelembaban yang dilepaskan secara bertahap seiring waktu oleh material isolasi, bagian las, dan komponen dalam peralatan listrik; dan kelembaban yang masuk dari luar melalui kebocoran peralatan.

3.2 Tindakan Kontrol untuk Kandungan Air Gas SF₆ dalam Pemutus Sirkuit SF₆

Pastikan inspeksi kualitas yang ketat selama penerimaan gas baru; kendalikan perlakuan bagian isolasi; kendalikan kualitas bagian penyegelan; kendalikan kualitas adsorben; kendalikan operasi selama pengisian gas; perkuat deteksi kebocoran gas selama operasi; dan perkuat pemantauan dan pengukuran mikro-air gas selama operasi.

4 Toksisitas Gas SF₆

Ketika gas SF₆ digunakan dalam peralatan listrik, baik dalam kondisi kerusakan maupun saat pemutusan busur normal, ia mungkin terurai untuk menghasilkan fluorida oksigen dan sulfur, serta bubuk fluorida logam. Ketika kandungan fluorida yang dapat dihidrolisis dalam gas SF₆ mencapai konsentrasi tertentu, gas SF₆ menjadi beracun, dan juga mempengaruhi kekuatan isolasi dan kinerja pemadam busur gas SF₆ dalam peralatan listrik.

Di bawah pengaruh pelepasan percikan dan busur, pemutus sirkuit gas SF₆ akan menghasilkan gas yang sangat beracun melalui disosiasi dan ionisasi. Karena gas-gas ini tidak berwarna dan tidak berbau, mereka sulit dideteksi. Selain itu, dengan kepadatan 6.16 g/L (sekitar lima kali lebih besar dari udara), beberapa gas toksik dan berbahaya yang dihasilkan selama monitoring berkumpul dekat tanah di ruang saklar. Ini membuat potensi keracunan pekerja mudah terjadi selama pembongkaran, perbaikan besar, atau pengujian mikro-air gas, yang membahayakan kesehatan fisik dan mental pekerja serta operasi aman peralatan.

Misalnya, jika sistem monitoring dan alarm kebocoran gas SF₆ dan detektor kebocoran gas SF₆ kuantitatif tidak dipasang di ruang saklar SF₆, tidak mungkin mengetahui apakah konsentrasi SF₆ berada dalam rentang standar aman. Pengalaman menunjukkan bahwa bahkan dalam lingkungan dengan produk dekomposisi dalam jumlah sangat kecil, pekerja mungkin merasakan gas yang pedas atau tidak nyaman, yang dapat menyebabkan iritasi jelas pada hidung, mulut, dan mata. Umumnya, setelah keracunan, gejala seperti berair, bersin, pilek, rasa terbakar di rongga hidung dan tenggorokan, suara serak, batuk, pusing, mual, sesak dada, dan ketidaknyamanan di leher dapat terjadi. Dalam kasus yang parah, syok bahkan dapat terjadi.

Oleh karena itu, monitoring online kebocoran gas SF₆ telah menjadi topik penelitian teknis utama saat ini. Misalnya, kipas exhaust dapat dikendalikan secara organik bersama dengan sistem alarm kebocoran gas SF₆, sehingga kipas exhaust dapat otomatis dinyalakan ketika konsentrasi kebocoran gas SF₆ melebihi standar, memastikan keselamatan personel dan peralatan.

Dua item monitoring paling penting untuk pemutus sirkuit SF₆ adalah kandungan air dan deteksi kebocoran. Jika keandalannya terpengaruh, hal ini juga akan mencemari lingkungan. Oleh karena itu, monitoring mikro-air dan deteksi kebocoran pemutus sirkuit SF₆ yang beroperasi telah mendapat perhatian yang banyak.

(3) Metode elektrolisis: Dapat mengukur kelembaban dalam gas secara intermiten atau kontinu. Ada metode lain untuk pengujian mikro-air gas SF₆, seperti metode osilasi kuarsa piezoelektrik, kalorimetri adsorpsi, dan kromatografi gas. Namun, karena biaya alat yang tinggi atau keterbatasan teknis, mereka belum diterapkan secara luas.