Краткое обсуждение тестирования и анализа микроводы в газе SF6 выключателей IEE-Business

Выключатели SF₆ обладают отличными физическими, химическими, изоляционными и дугогасящими свойствами. Они позволяют производить большое количество последовательных отключений, имеют низкий уровень шума и не создают риска возгорания. Кроме того, они малы по размеру, легки по весу, имеют большую мощность и требуют минимального или вообще никакого обслуживания. В результате они постепенно заменяют традиционные масляные выключатели и выключатели с сжатым воздухом. Более того, в средневольтных сетях распределения электроэнергии эти выключатели имеют преимущества, такие как отсутствие повторного зажигания при отключении емкостного тока и отсутствие перенапряжения при отключении индуктивного тока, что привело к их широкому применению.

1 Свойства газа SF₆
1.1 Физические свойства

Молекулярная масса газа SF₆ составляет 146,07, а диаметр молекулы — 4,56×10⁻¹⁰ м. При нормальной температуре и давлении он находится в газообразном состоянии. При 20°C и одном атмосферном давлении его плотность составляет 6,16 г/л (примерно в пять раз больше, чем у воздуха). Критическая температура газа SF₆ составляет 45,6°C, и он может быть сжижен сжатием. Обычно он перевозится в стальных баллонах в жидком состоянии. Чистый газ SF₆ бесцветный, без запаха, без вкуса, нетоксичный и негорючий.

1.2 Электрические свойства

(1) SF₆ — это электроотрицательный газ (способный поглощать свободные электроны), обладающий отличными дугогасящими и изоляционными свойствами. В однородном электрическом поле при одном стандартном атмосферном давлении напряжение пробоя газа SF₆ примерно в 2,5 раза выше, чем у азота.
(2) Чистый газ SF₆ является инертным газом. Он разлагается под воздействием дуги. Когда температура превышает 4000K, большинство продуктов разложения представляют собой атомы серы и фтора. После прекращения дуги большинство продуктов разложения снова соединяются в стабильные молекулы SF₆. Небольшое количество продуктов разложения химически реагирует с свободными металлическими атомами, водой и кислородом в процессе рекомбинации, образуя фториды металлов и фториды кислорода и серы.

2 Микроводородное тестирование газа выключателя SF₆
2.1 Значение микроводородного тестирования

Обнаружение содержания микроводорода в газе является важным элементом тестирования выключателей SF₆. Новый газ SF₆ или газ в эксплуатации, содержащий следовые количества воды, напрямую влияет на свойства газа. Когда содержание воды достигает определенного уровня, вероятно возникновение реакций гидролиза, приводящих к образованию кислот, которые могут корродировать оборудование. Особенно при высоких температурах и под воздействием дуги легко образуются токсичные низшие фториды. Образующиеся фторсульфиды реагируют с водой, образуя высокоактивную фтористоводородную кислоту, серную кислоту и другие высокоактивные химические вещества, что представляет опасность для жизни обслуживающего персонала и коррозирует изоляционные материалы или металлы выключателя, вызывая снижение изоляции. Если выключатель установлен на открытом воздухе и температура резко падает, избыток воды в газе SF₆ может конденсироваться на поверхности твердых материалов, что может привести к пробою. В серьезных случаях это может вызвать взрыв выключателя.

2.2 Методы тестирования

(1) Гравиметрический метод: после прохождения через осушитель точно измеряется изменение его веса. Однако этот метод имеет высокие требования к операциям и потребляет большое количество газа в условиях постоянной температуры, влажности и без пыли.
(2) Метод точки росы: когда температура системы тестирования немного ниже насыщенной температуры водяного пара (точки росы) в пробном газе, система тестирования может обеспечивать электрический сигнал. После усиления и вывода содержание воды определяется на основе значения точки росы. В настоящее время этот метод является важным средством для измерения микроводы в SF₆, и точечные измерители точки росы производятся как внутри страны, так и за рубежом.

3 Источники и контроль влажности в газе выключателя SF₆
3.1 Источники влажности в газе

(1) Для нового газа основными источниками влажности являются: недостаточно строгий контроль на заводе-изготовителе; условия хранения, не соответствующие требованиям, во время транспортировки; и длительное время хранения.
(2) Для электрического оборудования, заполненного газом SF₆, основными источниками влажности являются: влажность, привнесенная самим газом SF₆; небольшое количество остаточной влажности из-за неполной очистки газа перед зарядкой; влажность, постепенно выделяемая изоляционными материалами, сварными частями и компонентами электрического оборудования; и влажность, проникающая извне через утечки оборудования.

3.2 Меры контроля за содержанием воды в газе SF₆ выключателей SF₆

Обеспечьте строгий контроль качества при приемке нового газа; контролируйте обработку изоляционных деталей; контролируйте качество уплотнительных деталей; контролируйте качество адсорбентов; контролируйте операции при зарядке газа; усиливайте контроль за утечками газа в процессе эксплуатации; и усиливайте мониторинг и измерение микроводы газа в процессе эксплуатации.

4 Токсичность газа SF₆

Когда газ SF₆ используется в электрическом оборудовании, будь то при аварийных условиях или при нормальном отключении дуги, он может разлагаться, образуя фториды кислорода и серы, а также порошки металлических фторидов. Когда содержание гидролизуемых фторидов в газе SF₆ достигает определенной концентрации, газ SF₆ становится токсичным, что также влияет на изоляционную прочность и дугогасящие свойства газа SF₆ в электрическом оборудовании.

Под воздействием искрового разряда и дуги выключатели SF₆ будут генерировать высокоактивные газы путем диссоциации и ионизации. Поскольку эти газы бесцветны и без запаха, их трудно обнаружить. Кроме того, с плотностью 6,16 г/л (примерно в пять раз больше, чем у воздуха), некоторые токсичные и вредные газы, образующиеся при мониторинге, скапливаются около земли в помещении выключателя. Это делает возможным потенциальное отравление работников при разборке, капитальном ремонте или микроводородном тестировании газа, что представляет большую угрозу для физического и психического здоровья работников и безопасной эксплуатации оборудования.

Например, если в помещении выключателя SF₆ не установлены система мониторинга и сигнализации утечек газа SF₆ и количественный детектор утечек газа SF₆, невозможно узнать, находится ли концентрация SF₆ в пределах безопасного стандарта. Опыт показывает, что даже в условиях очень небольших количеств продуктов разложения, работники могут чувствовать резкий или дискомфортный запах, который может вызывать явное раздражение носа, рта и глаз. Обычно после отравления могут появиться симптомы, такие как слезотечение, чихание, насморк, жжение в носовой полости и горле, осиплость голоса, кашель, головокружение, тошнота, чувство сдавленности в груди и дискомфорт в шее. В тяжелых случаях может произойти шок.

Поэтому онлайн-мониторинг утечек газа SF₆ стал важной темой текущих технических исследований. Например, вентилятор можно органично контролировать вместе с системой сигнализации утечек газа SF₆, чтобы вентилятор автоматически включался, когда концентрация утечек газа SF₆ превышает стандарт, обеспечивая безопасность персонала и оборудования.

Два самых важных параметра мониторинга для выключателей SF₆ — это содержание воды и обнаружение утечек. Если их надежность нарушена, это также загрязняет окружающую среду. Поэтому мониторинг микроводы и обнаружение утечек для выключателей SF₆ в эксплуатации получили много внимания.

(3) Электролитический метод: позволяет измерять влажность в газе периодически или непрерывно. Существуют и другие методы микроводородного тестирования газа SF₆, такие как пьезокварцевый метод, калориметрический метод адсорбции и газовая хроматография. Однако из-за высокой стоимости приборов или технических ограничений они не получили широкого распространения и применения.