نحوه محاسبه رطوبت در تجهیزات GIS و GIL پر شده با SF₆

درک نقطه شبنم SF₆، ppmv، فشار، دما و محتوای بخار آب

در تابلو برق عایق گاز (GIS) و خطوط انتقال عایق گاز (GIL)، هگزا فلوراید گوگرد (SF6) به طور گسترده ای به عنوان یک محیط عایق و خاموش کننده قوس استفاده می شود. حفظ کیفیت گاز مناسب برای عملکرد عایق قابل اعتماد، عمر مفید تجهیزات و عملکرد ایمن ضروری است.

در میان پارامترهای مختلف کیفیت گاز SF6،میزان رطوبت یکی از مهمترین عواملی است که باید نظارت شود.

رطوبت بیش از حد می تواند عملکرد دی الکتریک گاز را کاهش دهد و تحت شرایط خاص به تشکیل محصولات جانبی خورنده یا مرتبط با تجزیه کمک کند. به همین دلیل، سازندگان GIS و GIL، مهندسان راه اندازی و تیم های تعمیر و نگهداری به طور معمول نقطه شبنم SF6 یا غلظت رطوبت را اندازه گیری می کنند.

اما یک سوال مهم اغلب مطرح می شود:

اگر یک آنالایزر SF6 غلظت خاصی از رطوبت را گزارش کند، واقعاً چقدر آب در داخل محفظه GIS یا GIL وجود دارد؟

پاسخ مستلزم درک رابطه بیننقطه شبنم، ppmv، فشار گاز، دما و حجم گاز.

1. محتوای رطوبت SF6 به چه معناست؟

هنگامی که یک آنالایزر گاز SF6 رطوبت را گزارش می کند، بسته به دستگاه و کاربرد، نتیجه ممکن است در واحدهای مختلفی بیان شود.

واحدهای رایج عبارتند از:

• نقطه شبنم (°C)
• غلظت رطوبت (ppmv)
• غلظت رطوبت (mg/m³)

این پارامترها مقدار بخار آب موجود در فاز گازی SF6 را توصیف می کنند.

به عنوان مثال، خواندن:

100 ppmv H2O

به این معنی که بخار آب تقریباً 100 قسمت در میلیون حجم مخلوط گاز را تحت شرایط اندازه گیری تعریف شده اشغال می کند.

این کار را انجام می دهدنهلزوماً به این معنی است که کل محفظه GIS فقط دارای مقدار ثابتی آب برابر با آب فاز گاز محاسبه شده است.

این تمایز مهم است زیرا رطوبت نیز می تواند توسط مواد عایق، آب بندی و سطوح داخلی جذب یا جذب شود.

2. نقطه شبنم در مقابل ppmv

نقطه شبنم و ppmv رطوبت را به روش های مختلفی توصیف می کنند.

نقطه شبنم

رانقطه شبنمدمایی است که در آن بخار آب تحت یک شرایط فشار مشخص شروع به متراکم شدن می کند.

نقطه شبنم پایین تر به طور کلی سطح رطوبت پایین تر را نشان می دهد.

به عنوان مثال، SF6 با نقطه شبنم 40- درجه سانتی گراد به طور قابل توجهی خشک تر از SF6 با نقطه شبنم 20- درجه سانتی گراد است.

ppmv

ppmv (قسمت در میلیون حجم)به طور مستقیم غلظت نسبی بخار آب در گاز را بیان می کند.

با این حال، نقطه شبنم و ppmv نباید به عنوان مقادیر ثابت قابل تعویض در نظر گرفته شوند.

رابطه بین نقطه شبنم و غلظت رطوبت به عواملی از جمله بستگی داردفشار، دما و خواص ترمودینامیکی مخلوط گاز.

بنابراین، هنگام تبدیل اندازه گیری نقطه شبنم به غلظت رطوبت، شرایط اندازه گیری باید به وضوح تعریف شود.

3. نحوه محاسبه مقدار بخار آب

اگر غلظت رطوبت از قبل در ppmv موجود باشد، مقدار تقریبی بخار آب در یک محفظه GIS یا GIL را می توان با استفاده از معادله گاز ایده آل محاسبه کرد.

مقدار کل گاز عبارت است از:

n = PV / RT

کجا:

• n= مقدار کل گاز، مول
• پ= فشار مطلق، Pa
• V= حجم گاز، m³
• آر= ثابت گاز جهانی، 8.314 J/(mol·K)
• تی= دمای مطلق، K

اگر غلظت رطوبت باشدC ppmv، مقدار تقریبی بخار آب عبارت است از:

n(H2O) = n * C / 1,000,000

جرم آب مربوطه عبارت است از:

m(H2O) = n(H2O) * 18.015 گرم بر مول

این یک تخمین از بخار آب موجود در فاز گاز را ارائه می دهد.

4. مثال: 1 m³ محفظه GIS

یک مثال ساده شده را در نظر بگیرید.

یک محفظه GIS دارای:

• حجم گاز:1 متر مکعب
• فشار مطلق SF6:0.6 مگاپاسکال
• دمای گاز:20 درجه سانتی گراد
• غلظت رطوبت:100 ppmv

ابتدا دما را تبدیل کنید:

T = 20 + 273.15 = 293.15 K

با استفاده از:

n = PV / RT

تقریباً بدست می آوریم:

n ≈ 246 مول

بنابراین مقدار بخار آب تقریباً برابر است با:

246 * 100 / 1000000 = 0.0246 مول

استفاده از جرم مولکولی آب:

m ≈ 0.0246 * 18.015 ≈ 0.44 گرم

بنابراین، در این شرایط خاص، فاز گاز تقریباً شامل موارد زیر است:

0.44 گرم بخار آب

این مثال یک نکته مهم را نشان می دهد: حتی یک غلظت نسبتاً کمی رطوبت می تواند با مقدار قابل اندازه گیری آب مطابقت داشته باشد، زمانی که حجم و فشار گاز قابل توجه باشد.

5. چرا فشار و دما مهم است

محاسبه فوق را نمی توان به طور کلی برای هر سیستم GIS یا GIL اعمال کرد.

برای همان حجم گاز و غلظت رطوبت، افزایش فشار مطلق، مقدار کل گاز موجود در محفظه را افزایش می دهد و بنابراین مقدار بخار آب مربوطه را افزایش می دهد.

دما همچنین بر رابطه بین خواص گاز، فشار بخار و نقطه شبنم تأثیر می گذارد.

به همین دلیل است که ارزیابی رطوبت مناسب باید حداقل موارد زیر را ثبت کند:

• فشار گاز
• دمای گاز
• حجم گاز، زمانی که مقدار کل آب تخمین زده می شود
• غلظت رطوبت یا نقطه شبنم
• شرایط اندازه گیری

در آزمایش عملی SF6، روش اندازه گیری تحلیلگر و شرایط نمونه گیری نیز باید در نظر گرفته شود.

6. آیا مقدار محاسبه شده تمام آب داخل GIS را نشان می دهد؟

خیر

این شاید مهمترین نکته هنگام تفسیر اندازه گیری رطوبت SF6 باشد.

مقدار محاسبه شده تخمینی ازبخار آب موجود در فاز گاز.

یک سیستم GIS یا GIL همچنین ممکن است حاوی رطوبت مرتبط با موارد زیر باشد:

• مواد عایق جامد
• سطوح فلزی داخلی
• مواد آب بندی
• رطوبت سطحی جذب شده
• رطوبت باقیمانده وارد شده در حین ساخت یا نصب

این مواد می توانند به تدریج رطوبت را در گاز SF6 آزاد کنند.

در نتیجه، قرائت رطوبت ممکن است پس از راه اندازی، پر کردن گاز، تخلیه یا عملیات خشک کردن تغییر کند.

به عنوان مثال، یک GIS ممکن است در ابتدا مقدار رطوبت نسبتاً کمی را پس از خشک شدن نشان دهد، اما این مقدار می تواند بعداً افزایش یابد زیرا رطوبت باقیمانده از مواد داخلی به گاز SF6 مهاجرت می کند.

بنابراین، آزمایش رطوبت صرفاً یک محاسبه یکباره نیست.نظارت بر روند و روش های راه اندازی مناسب به همان اندازه مهم هستند.

7. رطوبت SF6 در عمل چگونه اندازه گیری می شود؟

در این زمینه، مهندسان معمولاً از یک آنالایزر گاز SF6 برای اندازه گیری پارامترهایی مانند:

• خلوص SF6
• نقطه شبنم / رطوبت
• SO2
• سایر محصولات تجزیه، بسته به پیکربندی آنالایزر

برای راه اندازی و نگهداری معمول GIS و GIL، آنالایزرهای قابل حمل به مهندسان این امکان را می دهند که اندازه گیری ها را مستقیماً از تجهیزات بدون حذف کل شارژ گاز انجام دهند.

یک آنالایزر چند منظوره می تواند به ویژه مفید باشد زیرا کیفیت گاز به ندرت تنها با رطوبت تعیین می شود.

به عنوان مثال، KSTONE'sآنالایزر گاز KS30-3 SF6برای آزمایش معمول کیفیت گاز SF6 طراحی شده است که اندازه گیری هایی مانند خلوص SF6، نقطه شبنم و SO2 را در یک دستگاه ترکیب می کند.

برای کاربردهایی که به پارامترهای مختلف کیفیت گاز نیاز دارند،سری آنالایزر گاز SF6 مدولار KS30را می توان با توجه به نیازهای تست مشتری پیکربندی کرد.

8. از اندازه گیری رطوبت تا مدیریت کیفیت گاز

کنترل رطوبت باید به عنوان بخشی از استراتژی مدیریت گاز SF6 گسترده تر در نظر گرفته شود.

یک جریان کاری معمولی با کیفیت گاز GIS/GIL ممکن است شامل موارد زیر باشد:

پر کردن گاز → اندازه گیری راه اندازی → بازرسی دوره ای → بازیابی گاز → آزمایش کیفیت گاز → تصفیه یا تصفیه → استفاده مجدد

در طول این فرآیندها، اندازه گیری دقیق رطوبت به مهندسان کمک می کند تا تعیین کنند که آیا گاز SF6 برای استفاده مداوم مناسب است یا نیاز به تصفیه بیشتر دارد.

هنگامی که با بازیابی SF6 و تجهیزات انتقال گاز ترکیب می شود، تجزیه و تحلیل رطوبت همچنین می تواند به پشتیبانی سیستماتیک تر از مدیریت گاز و کاهش تلفات غیر ضروری SF6 کمک کند.

نتیجه گیری

محاسبه رطوبت در تجهیزات GIS و GIL پر از SF6 به چیزی بیش از خواندن یک عدد از یک آنالایزر نیاز دارد.

نقطه شبنم، ppmv، فشار، دما و حجم گاز ارتباط نزدیکی با هم دارندو هر پارامتر اطلاعات متفاوتی در مورد وضعیت گاز ارائه می دهد.

اگر غلظت رطوبت در ppmv مشخص باشد، می توان از معادله گاز ایده آل برای تخمین مقدار بخار آب در فاز گاز استفاده کرد. با این حال، این مقدار محاسبه شده نباید با مقدار کل رطوبت موجود در کل سیستم GIS یا GIL اشتباه گرفته شود.

برای مدیریت قابل اعتماد گاز SF6، اندازه گیری دقیق، شرایط نمونه گیری ثابت و تفسیر مناسب نتایج ضروری است.

KSTONE آنالایزرهای گاز SF6 و تجهیزات جابجایی گاز را برای GIS، GIL و سایر تجهیزات الکتریکی عایق‌شده با SF6 فراهم می‌کند و از مهندسین پشتیبانی می‌کند.تست کیفیت گاز SF6، بازیابی، درمان و استفاده مجدد.