Krótkie omówienie testowania i analizy mikrowodory w gazowych wyłacznikach SF6

Przerzutniki SF₆ cechują się doskonałymi fizycznymi, chemicznymi, izolacyjnymi i właściwościami gaszenia łuku. Pozwalają na dużą liczbę kolejnych przerw, mają niski poziom hałasu i nie stwarzają ryzyka iskrzenia. Ponadto są małe, lekkie, o dużej pojemności i wymagają mało lub żadnej konserwacji. W rezultacie stopniowo zastępują tradycyjne przerzutniki wypełnione olejem i przerzutniki sprężonego powietrza. Ponadto, w rozdzielaniu średniego napięcia, te przerzutniki mają zalety takie jak brak ponownego zapłonu przy przerwaniu prądu pojemnościowego i brak generowania przepięć przy przerwaniu prądu indukcyjnego, co prowadzi do ich szerokiego zastosowania.

1 Właściwości gazu SF₆
1.1 Właściwości fizyczne

Masa cząsteczkowa gazu SF₆ wynosi 146,07, a jego średnica cząsteczki to 4,56×10⁻¹⁰ m. Istnieje w stanie gazowym w normalnych warunkach temperatury i ciśnienia. Przy 20°C i jednym atmosferze, jego gęstość wynosi 6,16 g/L (około pięciokrotnie większa niż powietrze). Temperatura krytyczna gazu SF₆ wynosi 45,6°C, a może być spłaszczony przez kompresję. Zwykle jest transportowany w stalowych butlach w stanie ciekłym. Czysty gaz SF₆ jest bezbarwny, bezwonny, bezsmakowy, nietoksyczny i niepalny.

1.2 Właściwości elektryczne

(1) SF₆ to gaz elektrowniczy (zdolny do adsorpcji swobodnych elektronów), o doskonałych właściwościach gaszenia łuku i izolacji. W jednorodnym polu elektrycznym pod jednym standardowym ciśnieniem atmosferycznym, wytrzymałość napięcia gazu SF₆ jest około 2,5 razy większa niż azotu.
(2) Czysty gaz SF₆ to gaz szlachetny. Rozkłada się pod wpływem łuku. Gdy temperatura przekracza 4000K, większość produktów rozkładu to pojedyncze atomy siarki i fluoru. Po zgaszeniu łuku, znaczna większość produktów rozkładu rekonstruuje się w stabilne cząsteczki SF₆. Wśród nich, bardzo mała ilość produktów rozkładu reaguje chemicznie z wolnymi atomami metali, wodą i tlenem w trakcie procesu rekombinacji, tworząc fluorki metali oraz fluorki tlenu i siarki.

2 Mikrowodowe badanie gazu w przerzutnikach SF₆
2.1 Znaczenie mikrowodowych badań

Wykrywanie zawartości mikrowody w gazie jest głównym elementem testu dla przerzutników SF₆. Nowy gaz SF₆ lub gaz w eksploatacji zawierający śladowe ilości wody bezpośrednio wpływa na właściwości gazu. Gdy zawartość wody osiągnie pewien poziom, możliwe są reakcje hydrolytyczne, które powodują powstanie substancji kwasowych, które mogą korodować sprzęt. Szczególnie pod wysokimi temperaturami i pod wpływem łuku łatwo powstają toksyczne niskofluorki. Powstające związki fluorosulfurane reagują z wodą, tworząc silnie korodujące kwas fluorowy, siarkowy i inne bardzo toksyczne substancje chemiczne, zagrazając życie personelu konserwacyjnego i korodując materiały izolacyjne lub metale przerzutnika, powodując degradację izolacji. Gdy przerzutnik jest zamontowany na zewnątrz, a temperatura gwałtownie spada, nadmiar wody w gazie SF₆ może skraplać się na powierzchni nośnika stałego, prowadząc do przepięć. W najgorszych przypadkach może to prowadzić do wybuchu przerzutnika.

2.2 Metody testowania

(1) Metoda wagowa: Po przejściu przez sorbent dokładnie mierzy się zmianę masy. Jednak ta metoda ma wysokie wymagania operacyjne i zużywa dużo gazu w środowisku o stałe temperaturze, wilgotności i bez pyłu.
(2) Metoda punktu rosy: Gdy temperatura systemu testowego jest nieco niższa od temperatury nasycenia pary wodnej (punkt rosy) w próbce gazu, system testowy może dostarczyć sygnał elektryczny. Po wzmocnieniu i wyjściu, zawartość wody jest określana na podstawie wartości punktu rosy. Obecnie ta metoda jest ważnym środkiem do pomiaru śladowej wody w SF₆, a mierniki punktu rosy są produkowane zarówno w kraju, jak i za granicą.

3 Źródła i kontrola wilgotności w gazie przerzutników SF₆
3.1 Źródła wilgotności w gazie

(1) Dla nowego gazu, główne źródła wilgotności to: niewystarczająco surowe kontrole w zakładzie produkcyjnym; niezgodne środowisko magazynowe podczas transportu; i zbyt długi czas przechowywania.
(2) Dla sprzętu elektrycznego wypełnionego gazem SF₆, główne źródła wilgotności to: wilgotność wniesiona przez sam gaz SF₆; niewielka resztowa wilgotność ze względu na niekompletne oczyszczenie gazu przed nalaniem; wilgotność stopniowo uwolniona z materiałów izolacyjnych, spawanych części i elementów w sprzęcie elektrycznym; oraz wilgotność, która wdziera się z zewnątrz poprzez przecieki sprzętu.

3.2 Środki kontroli zawartości wody w gazie SF₆ w przerzutnikach SF₆

Zapewnij surową kontrolę jakości podczas przyjmowania nowego gazu; kontroluj obróbkę części izolacyjnych; kontroluj jakość części szczelnych; kontroluj jakość sorbentów; kontroluj działanie podczas nalania gazu; wzmocnij detekcję przecieków gazu podczas eksploatacji; i wzmocnij monitorowanie i pomiary mikrowody gazu podczas eksploatacji.

4 Toksyczność gazu SF₆

Gdy gaz SF₆ jest używany w sprzęcie elektrycznym, czy to w warunkach awarii, czy też podczas normalnego gaszenia łuku, może rozkładać się, tworząc fluorki tlenu i siarki, oraz proszki fluorków metali. Gdy zawartość rozkładalnych fluorków w gazie SF₆ osiągnie określoną koncentrację, gaz SF₆ staje się toksyczny, a także wpływa na wytrzymałość izolacji i właściwości gaszenia łuku gazu SF₆ w sprzęcie elektrycznym.

Pod wpływem iskrzenia i łuku, przerzutniki gazu SF₆ mogą generować highly toksyczne gazy przez dysocjacje i jonizację. Ponieważ te gazy są bezbarwne i bezwonne, trudno je wykryć. Ponadto, z gęstością 6,16 g/L (około pięciokrotnie większą niż powietrze), niektóre toksyczne i szkodliwe gazy generowane podczas monitoringu gromadzą się w pobliżu ziemi w sali przełączników. To sprawia, że łatwo może dojść do zatrucia pracowników podczas demontażu, wielkich napraw lub mikrowodowych badań gazu, stanowiąc ogromne zagrożenie dla zdrowia fizycznego i psychicznego pracowników oraz bezpiecznej eksploatacji sprzętu.

Na przykład, jeśli w sali przełączników SF₆ nie zainstalowano systemu monitoringu i alarmu przeciwko przeciekom gazu SF₆ oraz kwantytatywnego detektora przecieków gazu SF₆, niemożliwe jest stwierdzenie, czy stężenie gazu SF₆ mieści się w bezpiecznym zakresie. Doświadczenia pokazują, że nawet w środowisku z bardzo śladowymi ilościami produktów rozkładu, pracownicy mogą odczuwać drażniące lub nieprzyjemne gazy, które mogą powodować wyraźne podrażnienie nosa, ust i oczu. Ogólnie, po zatruciu, mogą wystąpić objawy takie jak łzawienie, kichanie, katar, palące uczucie w jamie nosowej i gardle, ochrypły głos, kaszel, zawroty głowy, nudności, ucisk w klatce piersiowej i dyskomfort w szyi. W ciężkich przypadkach może nawet dojść do szoku.

Dlatego online monitoring przecieków gazu SF₆ stał się ważnym tematem obecnych badań technicznych. Na przykład, wentylator odprowadzający powietrze może być organicznie sterowany razem z systemem alarmowym przeciwko przeciekom gazu SF₆, aby wentylator mógł automatycznie włączyć się, gdy stężenie przecieku gazu SF₆ przekroczy normę, zapewniając bezpieczeństwo osób i sprzętu.

Najważniejszymi elementami monitoringu przerzutników SF₆ są zawartość wody i detekcja przecieków. Jeśli ich niezawodność zostanie naruszona, również zanieczyści to środowisko. Dlatego monitorowanie mikrowody i detekcja przecieków gazu SF₆ w przerzutnikach w eksploatacji zyskały wiele uwagi.

(3) Metoda elektrolityczna: Może mierzyć wilgotność w gazie cyklicznie lub ciągle. Istnieją inne metody mikrowodowych badań gazu SF₆, takie jak metoda piezoelektrycznego kwarcowego oscylatora, kalorymetria adsorpcyjna i chromatografia gazowa. Jednak ze względu na wysoki koszt instrumentów lub ograniczenia techniczne, nie zostały one szeroko rozpowszechnione i zastosowane.