Perbincangan Ringkas tentang Pengujian dan Analisis Air Mikro dalam Gas pada Pemutus Litar SF6

Pemutus litar SF₆ mempunyai sifat fizikal, kimia, pengasingan, dan pemadam busur yang cemerlang. Ia membolehkan sejumlah besar gangguan berturut-turut, mempunyai tahap bunyi rendah, dan tidak membawa risiko percikan. Selain itu, ia berukuran kecil, ringan, kapasiti besar, dan memerlukan sedikit atau tiada penyelenggaraan. Oleh itu, ia secara perlahan menggantikan pemutus litar minyak tradisional dan pemutus litar udara terkompresi. Selain itu, dalam pengagihan kuasa voltan sederhana, pemutus litar ini mempunyai kelebihan seperti tiada penyalaan semula apabila memutuskan arus kapasitif dan tiada peningkatan voltan apabila memutuskan arus induktif, yang telah menyebabkan penggunaannya meluas.

1 Sifat Gas SF₆
1.1 Sifat Fizikal

Berpemberat molekul gas SF₆ ialah 146.07, dan diameter molekulnya ialah 4.56×10⁻¹⁰ m. Ia wujud dalam keadaan gas di bawah suhu dan tekanan normal. Pada 20°C dan satu tekanan atmosfera, ketumpatannya ialah 6.16 g/L (kira-kira lima kali lebih tinggi daripada udara). Suhu kritikal gas SF₆ ialah 45.6°C, dan ia boleh dicairkan dengan pencaran. Biasanya, ia diangkut dalam silinder besi dalam keadaan cecair. Gas SF₆ tulen adalah tidak berwarna, tidak berbau, tidak berperisa, tidak toksik, dan tidak mudah terbakar.

1.2 Sifat Elektrik

(1) SF₆ adalah gas elektronegatif (mampu menyerap elektron bebas), dengan sifat pemadam busur dan pengasingan yang cemerlang. Dalam medan elektrik seragam di bawah satu tekanan atmosfera piawai, kekuatan tahanan voltan gas SF₆ kira-kira 2.5 kali lebih tinggi daripada nitrogen.
(2) Gas SF₆ tulen adalah gas inert. Ia terurai di bawah tindakan busur. Apabila suhu melebihi 4000K, kebanyakan produk uraian adalah atom sulfur dan fluor tunggal. Selepas busur padam, sebahagian besar produk uraian bergabung semula menjadi molekul SF₆ stabil. Di antaranya, jumlah yang sangat kecil produk uraian bereaksi kimia dengan atom logam bebas, air, dan oksigen semasa proses renggangan, menghasilkan fluorida logam dan fluorida oksigen dan sulfur.

2 Pengujian Mikro-Air Gas Pemutus Litar SF₆
2.1 Kepentingan Pengujian Mikro-Air

Mendeteksi kandungan mikro-air dalam gas adalah item ujian utama untuk pemutus litar SF₆. Gas SF₆ baru atau gas yang beroperasi mengandungi air dalam jumlah kecil akan直接影响SF₆气体的性能。当水分含量达到一定水平时，容易发生水解反应，生成酸性物质腐蚀设备。特别是在高温和电弧作用下，容易产生有毒低氟化物。这些氟硫化合物与水反应会形成高腐蚀性的氢氟酸、硫酸等剧毒化学物质，危及检修人员的生命，并腐蚀断路器的绝缘材料或金属，造成绝缘劣化。当断路器安装在户外且温度骤降时，SF₆气体中的过量水分可能在固体介质表面凝结，导致闪络。严重情况下，可能导致断路器爆炸。

2.2 Kaedah Pengujian

(1) Kaedah gravimetri: Setelah melalui bahan pengering, perubahan beratnya diukur dengan tepat. Walau bagaimanapun, kaedah ini mempunyai syarat operasi yang tinggi dan menghabiskan banyak gas dalam persekitaran suhu dan kelembapan tetap serta bebas debu.
(2) Kaedah titik embun: Apabila suhu sistem ujian sedikit lebih rendah daripada suhu jenuh uap air (titik embun) dalam gas sampel, sistem ujian dapat memberikan isyarat elektrik. Setelah diperbesar dan dikeluarkan, kandungan air ditentukan berdasarkan nilai titik embun. Saat ini, kaedah ini merupakan cara penting untuk mengukur air dalam jumlah kecil dalam SF₆, dan alat ukur titik embun diproduksi baik di dalam maupun di luar negeri.

3 Sumber dan Kawalan Kelembapan dalam Gas Pemutus Litar SF₆
3.1 Sumber Kelembapan dalam Gas

(1) Untuk gas baru, sumber utama kelembapan adalah: pemeriksaan oleh kilang pembuatan gas tidak cukup ketat; persekitaran simpanan semasa pengangkutan tidak sesuai; dan masa simpanan yang terlalu lama.
(2) Untuk peralatan elektrik yang diisi dengan gas SF₆, sumber utama kelembapan adalah: kelembapan yang dibawa oleh gas SF₆ sendiri; kelembapan sisa yang kecil akibat pembersihan gas tidak sempurna sebelum pengisian; kelembapan yang dilepaskan secara bertahap dari bahan-bahan isolasi, bahagian las, dan komponen-komponen dalam peralatan elektrik; dan kelembapan yang masuk dari luar melalui kebocoran peralatan.

3.2 Langkah-Langkah Kawalan bagi Kandungan Air Gas SF₆ dalam Pemutus Litar SF₆

Pastikan pemeriksaan kualiti yang ketat semasa penerimaan gas baru; kawal rawatan bahagian isolasi; kawal kualiti bahagian penguncupan; kawal kualiti adsorben; kawal operasi semasa pengisian gas; kuatkan pengesanan kebocoran gas semasa operasi; dan kuatkan pemantauan dan pengukuran mikro-air gas semasa operasi.

4 Toksisiti Gas SF₆

Apabila gas SF₆ digunakan dalam peralatan elektrik, sama ada dalam keadaan rosak atau semasa pemutusan busur biasa, ia mungkin terurai untuk menghasilkan fluorida oksigen dan sulfur, serta serbuk fluorida logam. Apabila kandungan fluorida yang boleh dihidrolisis dalam gas SF₆ mencapai kepekatan tertentu, gas SF₆ menjadi toksik, dan juga mempengaruhi kekuatan pengasingan dan prestasi pemadam busur gas SF₆ dalam peralatan elektrik.

Di bawah tindakan pelepasan percikan dan busur, pemutus litar gas SF₆ akan menghasilkan gas yang sangat toksik melalui disosiasi dan ionisasi. Kerana gas-gas ini tidak berwarna dan tidak berbau, mereka sukar dikesan. Selain itu, dengan ketumpatan 6.16 g/L (kira-kira lima kali lebih tinggi daripada udara), beberapa gas toksik dan berbahaya yang dihasilkan semasa pemantauan berkumpul dekat tanah di ruang pemutus. Ini membuatnya mudah bagi pekerja untuk keracunan semasa pemecahan, pembaikan besar, atau pengujian mikro-air gas, yang membawa ancaman besar kepada kesihatan fizikal dan mental pekerja serta operasi selamat peralatan.

Sebagai contoh, jika sistem pengawasan dan alat isyarat kebocoran gas SF₆ serta alat deteksi kebocoran gas SF₆ kuantitatif tidak dipasang di ruang pemutus SF₆, adalah mustahil untuk mengetahui sama ada kepekatan SF₆ berada dalam lingkungan standard selamat. Pengalaman menunjukkan bahawa walaupun dalam persekitaran dengan hasil uraian dalam jumlah yang sangat kecil, pekerja mungkin merasakan gas yang pedas atau tidak selesa, yang boleh menyebabkan iritasi yang jelas pada hidung, mulut, dan mata. Secara umum, selepas keracunan, gejala seperti mata berair, bersin, ingus, rasa panas di rongga hidung dan tenggorokan, suara serak, batuk, pusing, mual, sesak dada, dan ketidakselesaan di leher mungkin berlaku. Dalam kes yang teruk, syok mungkin berlaku.

Oleh itu, pengawasan dalam talian kebocoran gas SF₆ telah menjadi topik utama dalam penyelidikan teknikal semasa. Sebagai contoh, pemandu haba boleh dikawal secara organik bersama dengan sistem isyarat kebocoran gas SF₆, supaya pemandu haba boleh dihidupkan secara automatik apabila kepekatan kebocoran gas SF₆ melebihi standard, memastikan keselamatan orang dan peralatan.

Dua item pengawasan paling penting untuk pemutus litar SF₆ ialah kandungan air dan pengesanan kebocoran. Jika kebolehpercayaannya terjejas, ia juga akan mencemarkan alam sekitar. Oleh itu, pengawasan mikro-air dan pengesanan kebocoran pemutus litar SF₆ yang beroperasi telah mendapat perhatian yang banyak.

(3) Kaedah elektrolisis: Ia boleh mengukur kelembapan dalam gas secara beransur-ansur atau berterusan. Terdapat kaedah lain untuk pengujian mikro-air gas SF₆, seperti kaedah getaran kristal kuarsa piezoelektrik, kalorimetri penyerapan, dan kromatografi gas. Walau bagaimanapun, disebabkan kos instrumen yang tinggi atau had teknikal, mereka belum dipromosikan dan digunakan secara meluas.