Коротке обговорення тестування та аналізу мікро-води в газу у вимикачах SF6

Відмінні фізичні, хімічні, ізоляційні та гасальні властивості дозволяють використовувати SF₆-вимикачі. Вони дозволяють велику кількість послідовних переривань, мають низький рівень шуму та не створюють ризику від блискавок. Крім того, вони малогабаритні, легкі, великі за ємністю та потребують майже немає обслуговування. В результаті, вони поступово замінюють традиційні маслонаповнені вимикачі та вимикачі зі стислим повітрям. Більше того, у середньому напругу електророзподілу, ці вимикачі мають переваги, такі як відсутність повторного запалення при перериванні ємностного струму та відсутність наднапруги при перериванні індуктивного струму, що призвело до їх широкого застосування.

1 Властивості газу SF₆
1.1 Фізичні властивості

Молекулярна маса газу SF₆ становить 146,07, а його діаметр молекули — 4,56×10⁻¹⁰ м. При нормальних температурі та тиску він існує у газоподібному стані. При 20°C та одному атмосферному тиску його густота становить 6,16 г/л (приблизно у п'ять разів більша, ніж у повітря). Критична температура газу SF₆ становить 45,6°C, і він може бути рідкізований за допомогою стиснення. Зазвичай він транспортується у сталевих балонах у рідкому стані. Чистий газ SF₆ безбарвний, беззапахний, безвкусний, нетоксичний та невидірний.

1.2 Електричні властивості

(1) SF₆ — це електронегативний газ (здатний адсорбувати вільні електрони), з відмінними гасальними та ізоляційними властивостями. У рівномірному електричному полі при одному стандартному атмосферному тиску напруга, яку може витримати газ SF₆, приблизно у 2,5 рази більша, ніж у азоту.
(2) Чистий газ SF₆ — це інертний газ. Він розкладається під дією дуги. Коли температура перевищує 4000K, більшість продуктів розкладу — це одиночні атоми сірки та фтору. Після затухання дуги більшість продуктів розкладу знову з'єднуються у стабільні молекули SF₆. Серед них дуже невелика кількість продуктів розкладу хімічно реагує з вільними металевими атомами, водою та киснем під час процесу рекомбінації, утворюючи металеві фториди та фториди кисню та сірки.

2 Мікро-водяне тестування газу SF₆-вимикача
2.1 Значення мікро-водяного тестування

Виявлення вмісту мікро-води у газі є важливим елементом тестування для SF₆-вимикачів. Новий газ SF₆ або газ у роботі, що містить сліди води, безпосередньо впливає на властивості газу. Коли вміст води досягає певного рівня, можуть виникнути реакції гідролізу, що ведуть до утворення кислотних речовин, що кородують обладнання. Особливо при високих температурах та дії дуги легко утворюються токсичні низькомолекулярні фториди. Утворені фторсульфурні сполуки взаємодіють з водою, утворюючи сильно корозійну плавикову кислоту, сульфатну кислоту та інші сильно токсичні хімічні речовини, що загрожують життям обслуговуючого персоналу та кородують ізоляційні матеріали або метали вимикача, що призводить до зниження ізоляційних властивостей. Коли вимикач встановлений на відкритому повітрі, а температура стрімко падає, надмірна вода в газі SF₆ може конденсуватися на поверхні твердого середовища, що призводить до пробою. У складних випадках це може призвести до вибуху вимикача.

2.2 Методи тестування

(1) Важковим методом: після проходження через осушувач точно вимірюється зміна ваги. Однак, цей метод має високі вимоги до проведення та споживає велику кількість газу в умовах постійної температури, вологості та безпиловості.
(2) Метод точки роси: коли температура системи випробування трохи нижча за точку насичення парою води (точку роси) у зразку газу, система випробування може надати електричний сигнал. Після підсилення та виведення, вміст води визначається на основі значення точки роси. На даний момент цей метод є важливим способом вимірювання слідів води в SF₆, і пристрої для вимірювання точки роси виробляються як в Україні, так і за кордоном.

3 Джерела та контроль вологи в газі SF₆-вимикача
3.1 Джерела вологи в газі

(1) Для нового газу основні джерела вологи: недостатньо сувора перевірка на заводі-виробнику; неправильні умови зберігання під час транспортування; та надмірний час зберігання.
(2) Для електричного обладнання, заповненого газом SF₆, основні джерела вологи: волога, завезена самим газом SF₆; невелика кількість залишкової вологи через неповну очистку газу перед заряджанням; волога, що поступово виділяється з часом з ізоляційних матеріалів, сварених частин та компонентів електричного обладнання; та волога, що потрапляє зовні через течії обладнання.

3.2 Контрольні заходи для вмісту води в газі SF₆ у SF₆-вимикачах

Забезпечте строгий контроль якості при прийнятті нового газу; контролюйте обробку ізоляційних деталей; контролюйте якість герметичних частин; контролюйте якість абсорбентів; контролюйте процес заряджання газом; посилюйте контроль за течією газу під час експлуатації; та посилюйте моніторинг та вимірювання мікро-води газу під час експлуатації.

4 Токсичність газу SF₆

При використанні газу SF₆ в електричному обладнанні, незалежно від того, чи в умовах аварії, чи при нормальному перериванні дуги, може відбуватися розкладання з утворенням фторидів кисню та сірки, а також металевих фторидів. Коли вміст гідролізованого фториду в газі SF₆ досягає певної концентрації, газ SF₆ стає токсичним, що також впливає на ізоляційну міцність та гасальні властивості газу SF₆ в електричному обладнанні.

Під дією іскрового розряду та дуги, вимикачі з газом SF₆ можуть утворювати сильно токсичні гази через диссоціацію та іонізацію. Оскільки ці гази безбарвні та беззапахні, їх важко виявити. Більше того, з густотою 6,16 г/л (приблизно у п'ять разів більшою, ніж у повітря), деякі токсичні та шкідливі гази, утворені під час моніторингу, накопичуються поблизу землі в приміщенні вмикання. Це робить можливим потенційне отруєння працівників під час розборки, капітального ремонту або мікро-водяного тестування газу, що представляє велику загрозу фізичному та психічному здоров'ю працівників та безпечній роботі обладнання.

Наприклад, якщо в приміщенні вмикання SF₆ не встановлено системи моніторингу та сигналізації течії газу SF₆ та кількісного виявляча течії газу SF₆, неможливо знати, чи знаходиться концентрація газу SF₆ в рамках безпечного стандарту. Досвід показує, що навіть в середовищі з дуже незначними продуктами розкладу, працівники можуть відчувати різкі або дискомфортні гази, що можуть викликати очевидне подразнення носа, рота та очей. Зазвичай, після отруєння, можуть виникнути симптоми, такі як лянгоття, чхання, залиття носа, палаюче відчуття в носовій порожнині та горлі, охриплість, кашель, головокружіння, тошнота, стиск у грудях та дискомфорт у шиї. У складних випадках може виникнути шок.

Тому онлайн-моніторинг течії газу SF₆ став важливим питанням в поточних технічних дослідженнях. Наприклад, вентилятор можна органічно контролювати разом з системою сигналізації течії газу SF₆, щоб вентилятор автоматично вмикалося, коли концентрація течії газу SF₆ перевищує стандарт, забезпечуючи безпеку людей та обладнання.

Два найважливіших елементи моніторингу для SF₆-вимикачів — це вміст води та виявлення течії. Якщо їх надійність буде порушена, це також забруднить середовище. Тому моніторинг мікро-води та виявлення течії у SF₆-вимикачах під час експлуатації отримали значну увагу.

(3) Електролізний метод: дозволяє вимірювати вологу в газі періодично або постійно. Існують інші методи мікро-водяного тестування газу SF₆, такі як метод п'єзокварцевої осциляції, метод адсорбційного калориметру та газова хроматографія. Однак, через високу вартість приладів або технічні обмеження, вони не були широко розповсюджені та застосовані.