SF6 회로 차단기의 가스 미세수분 검사 및 분석에 대한 간략한 논의

SF₆ 회로 차단기는 뛰어난 물리적, 화학적, 절연 및 아크 소멸 특성을 가지고 있습니다. 이들은 연속적인 중단을 가능하게 하며, 낮은 소음과 스파킹의 위험이 없습니다. 또한 크기가 작고 가볍고 용량이 크며 유지보수가 거의 필요하지 않거나 전혀 필요하지 않습니다. 이러한 이유로, 전통적인 유전체 회로 차단기와 압축 공기 회로 차단기를 점차 대체하고 있습니다. 더욱이 중압 전력 배전에서 이러한 회로 차단기는 용량 전류를 차단할 때 재점화가 없고, 감응 전류를 차단할 때 과전압 발생이 없다는 장점 때문에 널리 사용되고 있습니다.

1 SF₆ 가스의 특성
1.1 물리적 특성

SF₆ 가스의 분자량은 146.07이며, 분자 직경은 4.56×10⁻¹⁰ m입니다. 일반 온도와 압력에서는 기체 상태로 존재합니다. 20°C와 1기압에서 그 밀도는 6.16 g/L(공기의 약 5배)입니다. SF₆ 가스의 임계 온도는 45.6°C이며, 압축에 의해 액화될 수 있습니다. 일반적으로 액체 상태로 강철 실린더에 담겨 운송됩니다. 순수한 SF₆ 가스는 무색, 무취, 무미, 무독성이며 불활성입니다.

1.2 전기적 특성

(1) SF₆는 자유 전자를 흡착할 수 있는 전기음성 가스로, 뛰어난 아크 소멸 및 절연 특성을 가지고 있습니다. 균일한 전계에서 1기압에서 SF₆ 가스의 내전압 강도는 질소의 약 2.5배입니다.
(2) 순수한 SF₆ 가스는 불활성 가스입니다. 아크 작용 하에서 분해되며, 온도가 4000K를 초과하면 대부분의 분해 생성물은 황과 플루오린의 단일 원자입니다. 아크가 소멸한 후, 대부분의 분해 생성물은 안정된 SF₆ 분자로 재결합합니다. 그 중 매우 작은 양의 분해 생성물이 재결합 과정에서 자유 금속 원자, 수분 및 산소와 화학 반응하여 금속 플루오라이드와 산소 및 황의 플루오라이드를 생성합니다.

2 SF₆ 회로 차단기 가스의 미세 수분 검사
2.1 미세 수분 검사의 중요성

가스 내의 미세 수분 측정은 SF₆ 회로 차단기의 주요 검사항목입니다. 새로운 SF₆ 가스 또는 작업 중인 가스 내에 미량의 수분이 포함되어 있으면 가스의 특성에 직접적인 영향을 미칩니다. 수분 함량이 일정 수준에 도달하면 수분 분해 반응이 발생하여 산성 물질을 생성하여 설비를 부식시킬 수 있습니다. 특히 고온과 아크 작용 하에서는 독성 저플루오라이드가 쉽게 생성됩니다. 생성된 플루오르 황화합물은 물과 반응하여 강력한 부식성인 플루오르산, 황산 등 매우 독성있는 화학 물질을 형성하여 유지보수 인원의 생명을 위협하고, 회로 차단기의 절연재료나 금속을 부식시켜 절연 성능을 저하시킵니다. 회로 차단기가 야외에 설치되어 있고 온도가 급격히 떨어지면, SF₆ 가스 내의 과다한 수분이 고체 매체 표면에 응결되어 선파 현상을 일으키거나 심각한 경우에는 회로 차단기가 폭발할 수 있습니다.

2.2 검사 방법

(1) 중량법: 건조제를 통과한 후, 그 무게 변화를 정확히 측정합니다. 그러나 이 방법은 높은 조작 요구 사항을 필요로하며, 일정 온도, 일정 습도, 먼지 없는 환경에서 많은 양의 가스를 소모합니다.
(2) 노점법: 시험 시스템의 온도가 샘플 가스 내 수증기의 포화 온도(노점)보다 약간 낮을 때, 시험 시스템은 전기 신호를 제공할 수 있습니다. 증폭 및 출력 후, 노점 값을 기반으로 수분 함량을 결정합니다. 현재 이 방법은 SF₆ 내의 미량 수분 측정의 중요한 수단이며, 국내외에서 노점계가 생산되고 있습니다.

3 SF₆ 회로 차단기 가스의 습도 원인 및 제어
3.1 가스 내 습도의 원인

(1) 새로운 가스의 경우, 주요 습도 원인은 다음과 같습니다: 가스 제조 공장의 충분히 엄격한 검사 부족; 운송 중에 적절하지 않은 보관 환경; 그리고 과도한 보관 시간.
(2) SF₆ 가스를 충전한 전기 설비의 경우, 주요 습도 원인은 다음과 같습니다: SF₆ 가스 자체가 가져오는 습도; 충전 전 가스의 완전한 정제 부족으로 인한 미량의 잔여 습도; 전기 설비 내의 절연재, 용접부, 부품으로부터 시간이 지남에 따라 점진적으로 방출되는 습도; 그리고 설비 누설을 통해 외부로부터 침입하는 습도.

3.2 SF₆ 회로 차단기의 SF₆ 가스 수분 함량 제어 조치

새로운 가스 수령 시 엄격한 품질 검사를 실시합니다; 절연 부품의 처리를 관리합니다; 밀봉 부품의 품질을 관리합니다; 흡착제의 품질을 관리합니다; 가스 충전 시 작업을 관리합니다; 운영 중 가스 누출 탐지를 강화합니다; 운영 중 가스 미세 수분 모니터링 및 측정을 강화합니다.

4 SF₆ 가스의 독성

SF₆ 가스가 전기 설비에 사용될 때, 고장 상황이나 정상적인 아크 차단 중에도 산소와 황의 플루오라이드, 그리고 금속 플루오라이드 분말을 생성할 수 있습니다. SF₆ 가스 내의 가수분해성 플루오라이드 함량이 일정 수준에 도달하면 SF₆ 가스는 독성이 있게 되며, 이는 전기 설비 내의 SF₆ 가스의 절연 강도와 아크 소멸 성능에도 영향을 미칩니다.

스파크 방전과 아크 작용 하에서 SF₆ 가스 회로 차단기는 분해 및 이온화를 통해 매우 독성적인 가스를 생성합니다. 이러한 가스는 무색무취이므로 감지하기 어렵습니다. 또한, 6.16 g/L(공기의 약 5배)의 밀도를 가지므로, 모니터링 중 생성된 일부 독성 및 유해 가스는 스위치실 바닥 근처에 축적되며, 이것은 회로 차단기 분해, 대수리 또는 가스의 미세 수분 검사 중 작업자가 독성에 노출될 위험이 있어, 작업자의 신체적 및 정신적 건강과 설비의 안전한 운영에 큰 위협이 됩니다.

예를 들어, SF₆ 스위치실에 SF₆ 가스 누출 모니터링 및 알람 시스템과 정량적 SF₆ 가스 누출 탐지기가 설치되어 있지 않으면, SF₆ 농도가 안전 표준 범위 내에 있는지 알 수 없습니다. 경험에 따르면, 매우 미량의 분해 생성물이 있는 환경에서도 작업자는 자극적인 또는 불쾌한 가스를 느낄 수 있으며, 이는 코, 입, 눈에 명백한 자극을 일으킬 수 있습니다. 일반적으로 중독 후에는 눈물, 재채기, 콧물, 코와 목의 화끈거림, 쉰 목소리, 기침, 현기증, 메스꺼움, 가슴 답답함, 목의 불편함 등의 증상이 나타날 수 있으며, 심각한 경우에는 쇼크까지 발생할 수 있습니다.

따라서 SF₆ 가스 누출의 온라인 모니터링은 현재 기술 연구의 주요 주제가 되었습니다. 예를 들어, 배기 팬을 SF₆ 가스 누출 알람 시스템과 유기적으로 제어하여, SF₆ 가스 누출 농도가 표준을 초과할 때 자동으로 배기 팬이 작동하도록 할 수 있습니다. 이렇게 하면 인원 및 설비의 안전을 보장할 수 있습니다.

SF₆ 회로 차단기의 두 가지 가장 중요한 모니터링 항목은 수분 함량과 누출 탐지입니다. 이들의 신뢰성이 영향을 받으면 환경 오염을 초래할 수 있으므로, 운영 중인 SF₆ 회로 차단기의 미세 수분 및 누출 탐지는 많은 관심을 받고 있습니다.

(3) 전해법: 가스 내 습도를 간헐적으로 또는 연속적으로 측정할 수 있습니다. SF₆ 가스의 미세 수분 검사에는 다른 방법들도 있습니다. 예를 들어, 압전석 진동법, 흡착 열량법, 가스 크로마토그래피법 등이 있지만, 기기 비용이 높거나 기술적 한계로 인해 널리 보급되지 않았습니다.