Một thảo luận ngắn gọn về Kiểm tra và Phân tích Nước Siêu nhỏ trong Khí SF6 của Máy cắt IEE-Business

Các cầu chì SF₆ có các tính chất vật lý, hóa học, cách điện và dập hồ quang xuất sắc. Chúng cho phép thực hiện nhiều lần ngắt mạch liên tiếp, tiếng ồn thấp và không có nguy cơ phát ra tia lửa. Ngoài ra, chúng còn nhỏ gọn, nhẹ, dung lượng lớn và yêu cầu bảo dưỡng ít hoặc không cần bảo dưỡng. Do đó, chúng đang dần thay thế các cầu chì dầu truyền thống và cầu chì khí nén. Hơn nữa, trong phân phối điện trung áp, các cầu chì này có ưu điểm như không tái kích thích khi ngắt dòng điện dung và không tạo ra quá áp khi ngắt dòng điện cảm, điều này đã dẫn đến việc sử dụng rộng rãi của chúng.

1 Tính chất của khí SF₆
1.1 Tính chất vật lý

Khối lượng phân tử của khí SF₆ là 146,07 và đường kính phân tử là 4,56×10⁻¹⁰ m. Nó tồn tại ở trạng thái khí dưới nhiệt độ và áp suất bình thường. Ở 20°C và một áp suất khí quyển, mật độ của nó là 6,16 g/L (khoảng năm lần so với không khí). Nhiệt độ tới hạn của khí SF₆ là 45,6°C, và nó có thể được lỏng hóa bằng cách nén. Thông thường, nó được vận chuyển trong các bình thép ở dạng lỏng. Khí SF₆ tinh khiết không màu, không mùi, không vị, không độc và không cháy.

1.2 Tính chất điện

(1) SF₆ là khí âm điện (có khả năng hấp thụ electron tự do), với các tính chất dập hồ quang và cách điện xuất sắc. Trong trường điện đồng đều dưới một áp suất khí quyển chuẩn, cường độ chịu điện áp của khí SF₆ khoảng 2,5 lần so với nitơ.
(2) Khí SF₆ tinh khiết là khí trơ. Nó phân hủy dưới tác động của hồ quang. Khi nhiệt độ vượt quá 4000K, hầu hết các sản phẩm phân hủy là nguyên tử lưu huỳnh và flor đơn lẻ. Sau khi hồ quang tắt, phần lớn các sản phẩm phân hủy tái hợp thành phân tử SF₆ ổn định. Trong đó, một lượng rất nhỏ các sản phẩm phân hủy phản ứng hóa học với các nguyên tử kim loại tự do, nước và oxy trong quá trình tái hợp, tạo ra florua kim loại và florua của oxy và lưu huỳnh.

2 Kiểm tra hàm lượng nước vi trong khí cầu chì SF₆
2.1 Ý nghĩa của kiểm tra hàm lượng nước vi

Đo lường hàm lượng nước vi trong khí là một hạng mục kiểm tra chính cho các cầu chì SF₆. Khí SF₆ mới hoặc khí đang hoạt động chứa lượng nước vi sẽ直接影响了气体的性质。当水分含量达到一定水平时，可能发生水解反应，生成酸性物质腐蚀设备。特别是在高温和电弧作用下，容易生成有毒的低氟化物。产生的氟硫化合物与水反应形成高腐蚀性的氢氟酸、硫酸等剧毒化学物质，危及维护人员的生命安全，并腐蚀断路器的绝缘材料或金属，造成绝缘性能下降。当断路器安装在户外且温度骤降时，SF₆气体中的过多水分可能在固体介质表面凝结，导致闪络。严重情况下，可能导致断路器爆炸。 Assistant:

Đo lường hàm lượng nước vi trong khí là một hạng mục kiểm tra chính cho các cầu chì SF₆. Khí SF₆ mới hoặc khí đang hoạt động chứa lượng nước vi sẽ直接影响了气体的性质。当水分含量达到一定水平时，可能发生水解反应，生成酸性物质腐蚀设备。特别是在高温和电弧作用下，容易生成有毒的低氟化物。产生的氟硫化合物与水反应形成高腐蚀性的氢氟酸、硫酸等剧毒化学物质，危及维护人员的生命安全，并腐蚀断路器的绝缘材料或金属，造成绝缘性能下降。当断路器安装在户外且温度骤降时，SF₆气体中的过多水分可能在固体介质表面凝结，导致闪络。严重情况下，可能导致断路器爆炸。 Assistant:

Đo lường hàm lượng nước vi trong khí là một hạng mục kiểm tra chính cho các cầu chì SF₆. Khí SF₆ mới hoặc khí đang hoạt động chứa lượng nước vi sẽ直接影响了气体的性质。当水分含量达到一定水平时，可能发生水解反应，生成酸性物质腐蚀设备。特别是在高温和电弧作用下，容易生成有毒的低氟化物。产生的氟硫化合物与水反应形成高腐蚀性的氢氟酸、硫酸等剧毒化学物质，危及维护人员的生命安全，并腐蚀断路器的绝缘材料或金属，造成绝缘性能下降。当断路器安装在户外且温度骤降时，SF₆气体中的过多水分可能在固体介质表面凝结，导致闪络。严重情况下，可能导致断路器爆炸。 Assistant:

Đo lường hàm lượng nước vi trong khí là một hạng mục kiểm tra chính cho các cầu chì SF₆. Khí SF₆ mới hoặc khí đang hoạt động chứa lượng nước vi sẽ trực tiếp ảnh hưởng đến tính chất của khí. Khi hàm lượng nước đạt đến một mức nhất định, các phản ứng thủy phân có khả năng xảy ra, tạo ra các chất axit có thể ăn mòn thiết bị. Đặc biệt, dưới nhiệt độ cao và tác động của hồ quang, dễ dàng tạo ra các fluoride độc hại. Các hợp chất fluorosulfur tạo ra phản ứng với nước để hình thành axit hydrofluoric, axit sulfuric và các chất hóa học cực độc khác, đe dọa tính mạng của nhân viên bảo trì và ăn mòn các vật liệu cách điện hoặc kim loại của cầu chì, gây suy giảm khả năng cách điện. Khi cầu chì được lắp đặt ngoài trời và nhiệt độ giảm đột ngột, lượng nước dư trong khí SF₆ có thể ngưng tụ trên bề mặt của môi trường rắn, dẫn đến hiện tượng phóng điện. Trong trường hợp nghiêm trọng, nó có thể khiến cầu chì nổ tung.

2.2 Phương pháp kiểm tra

(1) Phương pháp trọng lượng: Sau khi đi qua chất hút ẩm, sự thay đổi về trọng lượng được đo chính xác. Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi kỹ thuật cao và tiêu thụ lượng khí lớn trong môi trường có nhiệt độ, độ ẩm và bụi ổn định.
(2) Phương pháp điểm sương: Khi nhiệt độ của hệ thống thử nghiệm thấp hơn một chút so với nhiệt độ bão hòa của hơi nước (điểm sương) trong mẫu khí, hệ thống thử nghiệm có thể cung cấp tín hiệu điện. Sau khi khuếch đại và xuất ra, hàm lượng nước được xác định dựa trên giá trị điểm sương. Hiện nay, phương pháp này là một phương tiện quan trọng để đo lượng nước vi trong SF₆, và các máy đo điểm sương được sản xuất cả trong và ngoài nước.

3 Nguồn gốc và kiểm soát độ ẩm trong khí SF₆ của cầu chì SF₆
3.1 Nguồn gốc độ ẩm trong khí

(1) Đối với khí mới, các nguồn chính của độ ẩm là: việc kiểm tra không đủ nghiêm ngặt tại nhà máy sản xuất khí; môi trường lưu trữ không phù hợp trong quá trình vận chuyển; và thời gian lưu trữ quá lâu.
(2) Đối với thiết bị điện được nạp khí SF₆, các nguồn chính của độ ẩm là: độ ẩm mang theo bởi khí SF₆; lượng độ ẩm nhỏ còn sót lại do quá trình làm sạch khí trước khi nạp chưa hoàn toàn; độ ẩm từ từ được giải phóng theo thời gian từ các vật liệu cách điện, các mối hàn và các bộ phận trong thiết bị điện; và độ ẩm xâm nhập từ bên ngoài thông qua các rò rỉ của thiết bị.

3.2 Biện pháp kiểm soát hàm lượng nước trong khí SF₆ của cầu chì SF₆

Đảm bảo kiểm tra chất lượng nghiêm ngặt trong quá trình nhận khí mới; kiểm soát xử lý các bộ phận cách điện; kiểm soát chất lượng các bộ phận kín; kiểm soát chất lượng các chất hấp thụ; kiểm soát quá trình nạp khí; tăng cường phát hiện rò rỉ khí trong quá trình hoạt động; và tăng cường giám sát và đo lường hàm lượng nước vi trong khí trong quá trình hoạt động.

4 Độ độc của khí SF₆

Khi khí SF₆ được sử dụng trong thiết bị điện, dù trong điều kiện lỗi hay trong quá trình ngắt hồ quang bình thường, nó có thể phân hủy để tạo ra các fluoride của oxy và lưu huỳnh, cũng như các bột fluoride kim loại. Khi hàm lượng fluoride có thể thủy phân trong khí SF₆ đạt đến một nồng độ nhất định, khí SF₆ trở nên độc hại, và nó cũng ảnh hưởng đến khả năng cách điện và dập hồ quang của khí SF₆ trong thiết bị điện.

Dưới tác động của phóng điện tia lửa và hồ quang, các cầu chì SF₆ sẽ tạo ra các khí độc hại thông qua quá trình phân ly và ion hóa. Do những khí này không màu và không mùi, chúng khó phát hiện. Hơn nữa, với mật độ 6,16 g/L (khoảng năm lần so với không khí), một số khí độc hại được tạo ra trong quá trình giám sát tích tụ gần mặt đất trong phòng công tắc. Điều này dễ dàng gây ra ngộ độc cho công nhân trong quá trình tháo rời, sửa chữa lớn hoặc kiểm tra hàm lượng nước vi trong khí, gây đe dọa lớn đến sức khỏe thể chất và tinh thần của công nhân và an toàn vận hành của thiết bị.

Ví dụ, nếu không lắp đặt hệ thống giám sát và báo động rò rỉ khí SF₆ và máy dò rò rỉ khí SF₆ định lượng trong phòng công tắc SF₆, sẽ không biết được rằng nồng độ khí SF₆ có nằm trong phạm vi an toàn hay không. Kinh nghiệm cho thấy, ngay cả trong môi trường có rất ít sản phẩm phân hủy, công nhân có thể cảm thấy các khí chua hoặc khó chịu, gây kích ứng rõ rệt cho mũi, miệng và mắt. Thường thì sau khi ngộ độc, các triệu chứng như chảy nước mắt, hắt hơi, chảy nước mũi, cảm giác bỏng rát trong mũi và cổ họng, giọng nói khàn, ho, chóng mặt, buồn nôn, tức ngực và khó chịu ở cổ có thể xuất hiện. Trong trường hợp nghiêm trọng, thậm chí có thể xảy ra sốc.

Do đó, giám sát trực tuyến rò rỉ khí SF₆ đã trở thành một chủ đề nghiên cứu kỹ thuật quan trọng hiện nay. Ví dụ, quạt thông gió có thể được điều khiển cùng với hệ thống báo động rò rỉ khí SF₆, sao cho quạt thông gió có thể tự động bật khi nồng độ rò rỉ khí SF₆ vượt quá tiêu chuẩn, đảm bảo an toàn cho người và thiết bị.

Hai hạng mục giám sát quan trọng nhất đối với các cầu chì SF₆ là hàm lượng nước và phát hiện rò rỉ. Nếu độ tin cậy của chúng bị ảnh hưởng, nó cũng sẽ gây ô nhiễm môi trường. Vì vậy, việc giám sát hàm lượng nước vi và phát hiện rò rỉ của các cầu chì SF₆ đang hoạt động đã nhận được nhiều sự chú ý.

(3) Phương pháp điện phân: Có thể đo độ ẩm trong khí một cách gián đoạn hoặc liên tục. Có các phương pháp khác để kiểm tra hàm lượng nước vi trong khí SF₆, như phương pháp dao động thạch anh áp điện, phương pháp nhiệt hấp phụ và sắc ký khí. Tuy nhiên, do chi phí cao của các thiết bị hoặc hạn chế kỹ thuật, chúng chưa được phổ biến và áp dụng rộng rãi.