Kratka rasprava o testiranju i analizi mikro-vode plinova u prekidačima SF6

Prekidaci SF₆ posjeduju odlične fizičke, hemijske, izolacijske i svojstva ugašenja lukova. Omogućavaju veliki broj uzastopnih prekida, imaju niski buka i ne predstavljaju rizik od isparkavanja. Također su malog obima, lagani, velike kapacitete i zahtijevaju malo ili nikakvog održavanja. Kao rezultat toga, postepeno zamenjuju tradicionalne prekidace s uljem i sa stisnutim zrakom. Nadalje, u distribuciji srednjeg napona, ti prekidaci imaju prednosti poput neponovnog zapaljenja prilikom prekida kapacitivnog struja i ne generisanja prenapona prilikom prekida induktivnog struja, što je dovelo do njihove šire aplikacije.

1 Svojstva SF₆ gasa
1.1 Fizička svojstva

Molekulsko težina SF₆ gasa je 146.07, a njegov molekulski prečnik je 4.56×10⁻¹⁰ m. Postoji u plinastom stanju pri normalnoj temperaturi i pritisku. Pri 20°C i jednom atmosferskom pritisku, njegova gustoća iznosi 6.16 g/L (približno pet puta veća od zraka). Kritična temperatura SF₆ gasa je 45.6°C, i može se tekući kompresijom. Obično se transportira u čelikovim bočvicama u tekućem stanju. Čisti SF₆ gas je bezbojan, bezmirisan, bezukusan, netoksican i nespaljiv.

1.2 Električna svojstva

(1) SF₆ je elektronegativan gas (sposoban da apsorbira slobodne elektrone), sa odličnim svojstvima ugašenja luka i izolacije. U uniformnom električnom polju pod jednim standardnim atmosferskim pritiskom, otpornost na napon SF₆ gasa je približno 2,5 puta veća od azota.
(2) Čisti SF₆ gas je inertan gas. Raspada se pod dejstvom luka. Kada temperatura premaši 4000K, većina proizvoda raspada su pojedinačni atomi sirovine i fluorina. Nakon ugasevanja luka, veći deo proizvoda raspada ponovo kombinuje u stabilne SF₆ molekule. Među njima, vrlo mali deo proizvoda raspada reaguje hemijski sa slobodnim metalnim atomima, vodom i kiseonikom tokom procesa rekombinacije, formirajući metalne fluorida i fluorida kiseonika i sirovine.

2 Testiranje mikrovode u gasu prekidaca SF₆
2.1 Značaj testiranja mikrovode

Detekcija sadržaja mikrovode u gasu predstavlja ključni testni element za prekidace SF₆. Novi SF₆ gas ili gas u radu koji sadrži tragove vode direktno će uticati na svojstva gasa. Kada se sadržaj vode dovede do određene razine, verovatno će doći do hidrolitičkih reakcija, generišući kiselinske tvari koje mogu korozirati opremu. Posebno pod visokim temperaturama i pod dejstvom luka, lako se generišu toksični niskofluoridi. Rezultujuće fluorosirovine reagiraju sa vodom formirajući visoko korozivnu fluoro-kiselinu, sirovinu i druge visoko toksične hemijske tvari, kojima je ugrožen život održavnih osoblja i koroziraju izolacione materijale ili metale prekidaca, dovodeći do degradacije izolacije. Kada su prekidaci instalirani na otvorenom i temperatura brzo pada, prekomerna voda u SF₆ gasu može kondenzirati na površini čvrstog medija, dovodeći do probijanja. U težim slučajevima, može doći do eksplozije prekidaca.

2.2 Metode testiranja

(1) Gravitaciona metoda: Nakon prolaska kroz sušilac, tačno se meri promena težine. Međutim, ova metoda ima visoke operativne zahteve i potrošnju velikog količine gasa u okruženju konstantne temperature, vlage i bez prašine.
(2) Metoda rosičnog tačke: Kada je temperatura test sistema blizu saturacije vodene pare (rosična tačka) u uzorku gasa, test sistem može dati električni signal. Nakon pojačanja i izlaza, sadržaj vode se određuje na osnovu vrednosti rosične tačke. Trenutno, ova metoda predstavlja važan način merenja tragova vode u SF₆, a rosične mere se proizvuče unutrašnji i inostrani.

3 Izvori i kontrola vlage u gasu prekidaca SF₆
3.1 Izvori vlage u gasu

(1) Za novi gas, glavni izvori vlage su: nedovoljno strogo detektovanje u fabričnom proizvodnji gasa; nepravilni uslovi čuvanja tokom transporta; i prekomerno čuvanje.
(2) Za električnu opremu ispune SF₆ gasom, glavni izvori vlage su: vlaga donesena sa samim SF₆ gasom; mala količina ostatne vlage zbog nepotpunog očišćavanja gasa pre punjenja; postepeno oslobađanje vlage iz izolacionih materijala, zavaranih delova i komponenti u električnoj opremi; i vlaga koja se udara izvana kroz propusnost opreme.

3.2 Mere kontrole sadržaja vode u SF₆ gasu u prekidacima SF₆

Osigurati strogu kvalitetsku inspekciju prilikom prihvatanja novog gasa; kontrolisati obradu izolacionih delova; kontrolisati kvalitet zatvaralih delova; kontrolisati kvalitet absorbentnih materijala; kontrolisati rad prilikom punjenja gasom; jačati detekciju propusnosti gasa prilikom rada; i jačati nadzor i merenje mikrovode u gasu prilikom rada.

4 Toksikologija SF₆ gasa

Kada se SF₆ gas koristi u električnoj opremi, bilo pod uslovima greške ili prilikom normalnog prekida luka, može se raspati formirajući fluorida kiseonika i sirovine, kao i metalne fluorida prah. Kada se sadržaj hidrolizabilnih fluorida u SF₆ gasu dovede do određene koncentracije, SF₆ gas postaje toksičan, i takođe utiče na izolacijsku snagu i svojstva ugašenja luka SF₆ gasa u električnoj opremi.

Pod dejstvom isparkavanja i luka, prekidaci SF₆ gasa generišu visoko toksične gaze putem disocijacije i jonizacije. Budući da su ovi gazovi bezbojni i bezmirisni, teško ih je detektovati. Takođe, sa gustojom od 6.16 g/L (oko pet puta većom od zraka), neki toksični i štetni gazovi generisani tokom nadzora se akumuliraju blizu zemlje u sobi prekidaca. To olakšava potencijalno otravljanje radnika prilikom demontiranja, velikih popravaka ili testiranja mikrovode gasa, predstavljajući veliku prepreku za fizičko i mentalno zdravlje radnika i sigurnu operaciju opreme.

Na primjer, ako se u sobi prekidaca SF₆ ne instalira sistem za nadzor i alarm o propusnosti SF₆ gasa i kvantitativni detektor propusnosti SF₆ gasa, nemoguće je znati da li je koncentracija SF₆ unutar sigurnih standardnih granica. Iskustvo pokazuje da čak i u okruženju sa veoma malim količinama proizvoda raspada, radnici mogu osetiti štipajuće ili neugodne gaze, koji mogu dovesti do očigledne iritacije nosa, usta i očiju. Opšte simptomi nakon otravljanja uključuju suze, kihanje, teknuće iz nosa, osećaj gorućine u nosu i grlu, hrapav glas, kašalj, zmaj, mučninu, teskoću u grudima i neugodnost u vratu. U težim slučajevima, može doći čak i do šoka.

Zato je online nadzor propusnosti SF₆ gasa postao važan temelj trenutnih tehničkih istraživanja. Na primjer, ventilator može biti organično kontrolisan zajedno sa sistemom alarma o propusnosti SF₆ gasa, tako da se ventilator automatski upali kada propusnost SF₆ gasa premaši standard, obezbeđujući sigurnost osoba i opreme.

Dva najvažnija elementa nadzora za prekidace SF₆ su sadržaj vode i detekcija propusnosti. Ako je njihova pouzdanost uticnuta, to će takođe zagađivati okruženje. Stoga je nadzor mikrovode i detekcija propusnosti SF₆ prekidaca u radu privukao mnogo pažnje.

(3) Elektrolitska metoda: Može meriti vlago u gasu intermitentno ili kontinuirano. Postoje i druge metode za testiranje mikrovode u SF₆ gasu, kao što su metoda piezoelektričnog kvarcevog oscilatora, adsorpcija kalorimetrija i gasna kromatografija. Međutim, zbog visoke cene instrumenta ili tehničkih ograničenja, nisu široko promovisane i primenjene.