Kratek pregled preverjanja in analize majhnih vodnih delcev plina v preklopnikih SF6

Preklopniki SF₆ imajo odlične fizikalne, kemijske, izolacijske in ugasevalne lastnosti. Omogočajo veliko zaporednih prekinitv, so tiho delujoči in ne predstavljajo tveganja za iskrjenje. Poleg tega so majhni, lahki, velikoprostorninski in zahtevajo malo ali nobene vzdrževalne naloge. Zaradi tega postopoma nadomeščajo tradicionalne preklopnike s plinskim vtičkom in preklopnike z stisnjenim zrakom. Prav tako imajo v porazdelitvi srednjega napetosti prednosti, kot je na primer neuganjanje pri prekinitvi kapacitivnega toka in neustvarjanje pretokov pri prekinitvi induktivnega toka, kar je vodilo do njihove široke uporabe.

1 Lastnosti plina SF₆
1.1 Fizikalne lastnosti

Molekularna masa plina SF₆ je 146,07, njegov premer molekule pa 4,56×10⁻¹⁰ m. V normalnih temperaturah in tlakih obstaja v plinskem stanju. Pri 20°C in enem atmosferskemu tlaku njegova gostota je 6,16 g/L (približno petkrat večja od zraka). Kritična temperatura plina SF₆ je 45,6°C, in ga lahko stisnemo v tekočino. Običajno se prevaža v jeklenih bocah v tekočem stanju. Čist plin SF₆ je brezbarven, brezvon, brez okusa, netoksičen in negorljiv.

1.2 Električne lastnosti

(1) SF₆ je elektronegativni plin (zmožen adsorpcije prostih elektronov), z odličnimi lastnostmi za ugasanje loka in izolacijo. V enakomernem električnem polju pri enem standardnem atmosferskem tlaku je električna trdnost plina SF₆ približno 2,5-krat večja od dušika.
(2) Čist plin SF₆ je inertni plin. Razpade pod vplivom loka. Ko temperature presežejo 4000K, so večina razpadnih produktov enojne atomi sumpora in fluoridov. Po ugašenju loka se večina razpadnih produktov ponovno združi v stabilne molekle SF₆. Med njimi se zelo majhna količina razpadnih produktov kemijsko reagira s prostimi kovinskimi atomi, vodo in kisikom med procesom rekonstrukcije, kar ustvari kovinske fluoride in fluoride kisika in sumpora.

2 Merjenje mikro-vlage v plinu preklopnika SF₆
2.1 Pomen merjenja mikro-vlage

Merjenje količine mikro-vlage v plinu je pomembna preskusna točka preklopnikov SF₆. Nov plin SF₆ ali plin v delovanju, ki vsebuje sledne količine vode, neposredno vpliva na lastnosti plina. Ko doseže določeno raven, se lahko pojavijo hidrolizi reakcije, ki ustvarjajo kisline, ki lahko korozirajo opremo. Zlasti pri visokih temperaturah in vplivu loka se lahko lahkoto ustvarijo toksični nizkokovalentni spojini. Ustvarjeni fluorsulfurji se z vodo reagirajo v visoko korozivno kislo fluorično kislino, kislo sumprečno kislico in druge visoko toksične kemične spojine, ki ogrožajo življenje održevalcev in korozirajo izolacijske materiali ali kovine preklopnika, kar povzroča degradacijo izolacije. Ko je preklopnik nameščen na prostem in temperature hitro padajo, se lahko prevelika količina vode v plinu SF₆ kondenzira na površini trdnega medija, kar vodi do bljeskotranja. V težjih primerih lahko pride do eksplozije preklopnika.

2.2 Preskusne metode

(1) Gravitacijska metoda: Po prehodu skozi sušilnik se natančno meri sprememba teže. Ta metoda vendar zahteva visoke operativne zahteve in potrebuje veliko količino plina v stalno temperaturnem, stalno vlažnem in prahu brez okolju.
(2) Metoda roste: Ko je temperatura preskusnega sistema malo nižja od saturacijske temperature vodnega para (rosne točke) v vzorčnem plinu, preskusni sistem lahko zagotovi električni signal. Po pospešitvi in izhodu se vsebnost vode določi glede na rosno točko. Trenutno je ta metoda pomembna metoda za merjenje slednih količin vode v SF₆, doma in v tujini se proizvajajo rosnometri.

3 Viri in kontrole vlage v plinu preklopnika SF₆
3.1 Viri vlage v plinu

(1) Za nov plin so glavni viri vlage: nedovolj strogo preverjanje v plinski tovarni; neprimerna shranjevalna okolja med prevozom; in prevelika časovna dolžina shranjevanja.
(2) Za električno opremo, napolnjeno s plinom SF₆, so glavni viri vlage: vlaga, ki jo sam plin SF₆ prinaša; majhna ostanka vlage zaradi nedovolj dobro očiščenega plina pred napumpiranjem; postopno izpuščanje vlage iz izolacijskih materialov, zavarovanih delov in komponent v električni opremi; ter vlaga, ki se uvede iz zunanjega okolja preko propadov opreme.

3.2 Kontrolne mere za vsebnost vode v plinu SF₆ v preklopnikih SF₆

Zagotovite stroge kakovostne preglede med sprejemom novega plina; nadzor obravnave izolacijskih delov; nadzor kakovosti zavarovalnih delov; nadzor kakovosti absorbentov; nadzor dela med napumpiranjem plina; okrepiti preverjanje propadanja plina med delovanjem; in okrepiti nadzor in merjenje mikrovlage v plinu med delovanjem.

4 Toksikologija plina SF₆

Ko se plin SF₆ uporablja v električni opremi, ali gre za stanje z napako ali običajno prekinitvi loka, se lahko razpade v fluoride kisika in sumpora ter metalne fluoride v prahu. Ko doseže določeno koncentracijo hidrolizabilnih fluoridov v plinu SF₆, postane plin SF₆ toksičen, hkrati pa vpliva tudi na izolacijsko moč in lastnosti za ugasanje loka plina SF₆ v električni opremi.

Pod vplivom iskre in loka bodo preklopniki SF₆ generirali zelo toksične pline skozi disociacijo in jonizacijo. Ker so ti plini brezbarvni in brezvon, so težko zaznani. Poleg tega, ker ima gostota 6,16 g/L (približno petkrat večja od zraka), se nekateri toksični in škodljivi plini, ki se ustvarijo med monitoringom, nakopičijo blizu tal v preklopni sobi. To lahko povzroči potencialno otravljanje delavcev med razbiralom preklopnika, velikimi popravili ali testiranjem mikrovlage v plinu, kar predstavlja veliko tveganje za fizično in duševno zdravje delavcev in varno delovanje opreme.

Na primer, če ni nameščenega sistema za monitoring in alarmiranje propadanja plina SF₆ ali kvantitativnega detektorja propadanja plina SF₆ v preklopni sobi SF₆, ni mogoče vedeti, ali je koncentracija plina SF₆ znotraj varnih standardnih mej. Izkušnje kažejo, da celo v okolju z zelo majhnimi količinami razpadnih produktov, delavci lahko občutijo pikante ali neudobne pline, ki lahko povzročijo očitno iritacijo nosa, ust in oči. Običajno po otravljanju nastanejo simptomi, kot so solze, kihanje, tekajoči nos, goreča občutitev v nosu in grlu, hrapavo govorjenje, kihanje, zmajevanje, mučenje v prsah in neudobnost v vratu. V težjih primerih lahko pride celo do šoka.

Zato je online monitoring propadanja plina SF₆ postal pomembna tema v trenutnem tehničnem raziskovanju. Na primer, ventilator za odpeljavo zraka se lahko organično kontrolira skupaj s sistemom za alarmiranje propadanja plina SF₆, tako da se ventilator za odpeljavo zraka avtomatsko vklopi, ko preseže standardna koncentracija propadanja plina SF₆, kar zagotavlja varnost osebja in opreme.

Dva najpomembnejša monitoringa preklopnikov SF₆ sta vsebnost vode in preverjanje propadanja. Če je njuna zanesljivost ogrožena, bo to tudi onesnaževalo okolje. Zato je monitoring mikrovlage in preverjanje propadanja plina SF₆ v delučnih preklopnikih prejel veliko pozornosti.

(3) Elektrolitna metoda: Lahko meri vlagu v plinu intermitentno ali zvezno. Obstajajo tudi drugi metodi za testiranje mikrovlage v plinu SF₆, kot so piezoelektrična kvarcna oscilacijska metoda, kalorimetrija adsorpcije in plinska kromatografija. Vendar zaradi visoke cene instrumentov ali tehničnih omejitev niso široko uporabljani in razširjeni.