Πώς να υπολογίσετε την περιεκτικότητα σε υγρασία σε εξοπλισμό GIS και GIL γεμάτο SF₆

Κατανόηση του σημείου δρόσου SF₆, ppmv, πίεσης, θερμοκρασίας και περιεχομένου υδρατμών

Στους εξοπλισμούς διανομής με μόνωση αερίου (GIS) και στις γραμμές μεταφοράς με μόνωση αερίου (GIL), το εξαφθοριούχο θείο (SF6) χρησιμοποιείται ευρέως ως μέσο μόνωσης και σβέσης τόξου. Η διατήρηση της κατάλληλης ποιότητας αερίου είναι απαραίτητη για αξιόπιστη απόδοση μόνωσης, διάρκεια ζωής του εξοπλισμού και ασφαλή λειτουργία.

Μεταξύ των διαφορετικών παραμέτρων ποιότητας αερίου SF₆,Η περιεκτικότητα σε υγρασία είναι ένας από τους πιο σημαντικούς παράγοντες που πρέπει να παρακολουθούνται.

Η υπερβολική υγρασία μπορεί να μειώσει τη διηλεκτρική απόδοση του αερίου και, υπό ορισμένες συνθήκες, να συμβάλει στο σχηματισμό διαβρωτικών ή σχετιζόμενων με την αποσύνθεση παραπροϊόντων. Για το λόγο αυτό, οι κατασκευαστές GIS και GIL, οι μηχανικοί και οι ομάδες συντήρησης μετρούν τακτικά το σημείο δρόσου SF6 ή τη συγκέντρωση υγρασίας.

Αλλά συχνά προκύπτει ένα σημαντικό ερώτημα:

Εάν ένας αναλυτής SF6 αναφέρει μια συγκεκριμένη συγκέντρωση υγρασίας, πόσο νερό υπάρχει πραγματικά μέσα στο διαμέρισμα GIS ή GIL;

Η απάντηση απαιτεί κατανόηση της σχέσης μεταξύσημείο δρόσου, ppmv, πίεση αερίου, θερμοκρασία και όγκος αερίου.

1. Τι σημαίνει Περιεκτικότητα σε υγρασία SF₆;

Όταν ένας αναλυτής αερίου SF6 αναφέρει υγρασία, το αποτέλεσμα μπορεί να εκφραστεί σε διαφορετικές μονάδες, ανάλογα με το όργανο και την εφαρμογή.

Οι κοινές μονάδες περιλαμβάνουν:

• Σημείο δρόσου (°C)
• Συγκέντρωση υγρασίας (ppmv)
• Συγκέντρωση υγρασίας (mg/m³)

Αυτές οι παράμετροι περιγράφουν την ποσότητα υδρατμών που υπάρχει στην αέρια φάση SF6.

Για παράδειγμα, μια ανάγνωση του:

100 ppmv Η2Ο

σημαίνει ότι οι υδρατμοί καταλαμβάνουν περίπου 100 μέρη ανά εκατομμύριο κατ' όγκο του μίγματος αερίων υπό τις καθορισμένες συνθήκες μέτρησης.

Το κάνειδενσημαίνει απαραίτητα ότι ολόκληρο το διαμέρισμα GIS περιέχει μόνο μια σταθερή ποσότητα νερού ίση με το υπολογιζόμενο νερό αέριας φάσης.

Αυτή η διάκριση είναι σημαντική γιατί η υγρασία μπορεί επίσης να απορροφηθεί ή να προσροφηθεί από μονωτικά υλικά, στεγανοποιήσεις και εσωτερικές επιφάνειες.

2. Σημείο Δρόσου εναντίον ppmv

Το σημείο δρόσου και το ppmv περιγράφουν την υγρασία με διαφορετικούς τρόπους.

Σημείο Δρόσου

Οσημείο δρόσουείναι η θερμοκρασία στην οποία οι υδρατμοί αρχίζουν να συμπυκνώνονται κάτω από μια καθορισμένη συνθήκη πίεσης.

Ένα χαμηλότερο σημείο δρόσου υποδηλώνει γενικά χαμηλότερο επίπεδο υγρασίας.

Για παράδειγμα, το SF6 με σημείο δρόσου −40°C είναι σημαντικά πιο ξηρό από το SF6 με σημείο δρόσου −20°C.

ppmv

ppmv (μέρη ανά εκατομμύριο κατ' όγκο)εκφράζει άμεσα τη σχετική συγκέντρωση υδρατμών στο αέριο.

Ωστόσο, το σημείο δρόσου και το ppmv δεν πρέπει να αντιμετωπίζονται ως εναλλάξιμες σταθερές τιμές.

Η σχέση μεταξύ του σημείου δρόσου και της συγκέντρωσης υγρασίας εξαρτάται από παράγοντες όπωςπίεση, θερμοκρασία και τις θερμοδυναμικές ιδιότητες του μείγματος αερίων.

Επομένως, κατά τη μετατροπή μιας μέτρησης σημείου δρόσου σε συγκέντρωση υγρασίας, οι συνθήκες μέτρησης πρέπει να ορίζονται σαφώς.

3. Πώς να υπολογίσετε την ποσότητα των υδρατμών

Εάν η συγκέντρωση υγρασίας είναι ήδη διαθέσιμη σε ppmv, η κατά προσέγγιση ποσότητα υδρατμών σε ένα διαμέρισμα GIS ή GIL μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας την εξίσωση ιδανικού αερίου.

Η συνολική ποσότητα αερίου είναι:

n = PV / RT

όπου:

• n= συνολική ποσότητα αερίου, mol
• Π= απόλυτη πίεση, Pa
• V= όγκος αερίου, m³
• R= καθολική σταθερά αερίου, 8,314 J/(mol·K)
• Τ= απόλυτη θερμοκρασία, Κ

Εάν η συγκέντρωση υγρασίας είναιC ppmv, η κατά προσέγγιση ποσότητα υδρατμών είναι:

n(H2O) = n * C / 1.000.000

Η αντίστοιχη μάζα νερού είναι:

m(H2O) = n(H2O) * 18,015 g/mol

Αυτό παρέχει μια εκτίμηση των υδρατμών που περιέχονται στην αέρια φάση.

4. Παράδειγμα: Διαμέρισμα GIS 1 m³

Εξετάστε ένα απλοποιημένο παράδειγμα.

Ένα διαμέρισμα GIS έχει:

• Όγκος αερίου:1 m³
• SF₆ απόλυτη πίεση:0,6 MPa
• Θερμοκρασία αερίου:20°C
• Συγκέντρωση υγρασίας:100 ppmv

Πρώτα μετατρέψτε τη θερμοκρασία:

T = 20 + 273,15 = 293,15 K

Χρησιμοποιώντας:

n = PV / RT

παίρνουμε περίπου:

n ≈ 246 mol

Επομένως, η ποσότητα των υδρατμών είναι περίπου:

246 * 100 / 1.000.000 = 0,0246 mol

Χρησιμοποιώντας τη μοριακή μάζα του νερού:

m ≈ 0,0246 * 18,015 ≈ 0,44 g

Επομένως, υπό αυτές τις ειδικές συνθήκες, η αέρια φάση περιέχει περίπου:

0,44 g υδρατμών

Αυτό το παράδειγμα απεικονίζει ένα σημαντικό σημείο: ακόμη και μια σχετικά μικρή συγκέντρωση υγρασίας μπορεί να αντιστοιχεί σε μια μετρήσιμη ποσότητα νερού όταν ο όγκος και η πίεση του αερίου είναι σημαντικές.

5. Γιατί έχει σημασία η πίεση και η θερμοκρασία

Ο παραπάνω υπολογισμός δεν μπορεί να εφαρμοστεί καθολικά σε κάθε σύστημα GIS ή GIL.

Για τον ίδιο όγκο αερίου και συγκέντρωση υγρασίας, η αύξηση της απόλυτης πίεσης αυξάνει τη συνολική ποσότητα αερίου που περιέχεται στο διαμέρισμα και επομένως αυξάνει την αντίστοιχη ποσότητα υδρατμών.

Η θερμοκρασία επηρεάζει επίσης τη σχέση μεταξύ των ιδιοτήτων του αερίου, της τάσης ατμών και του σημείου δρόσου.

Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο μια σωστή εκτίμηση υγρασίας θα πρέπει να καταγράφει τουλάχιστον:

• Πίεση αερίου
• Θερμοκρασία αερίου
• Όγκος αερίου, όταν υπολογίζεται η συνολική ποσότητα νερού
• Συγκέντρωση υγρασίας ή σημείο δρόσου
• Συνθήκες μέτρησης

Στην πρακτική δοκιμή SF6, θα πρέπει επίσης να ληφθούν υπόψη η μέθοδος μέτρησης του αναλυτή και οι συνθήκες δειγματοληψίας.

6. Η υπολογισμένη τιμή αντιπροσωπεύει όλο το νερό μέσα στο GIS;

Οχι.

Αυτό είναι ίσως το πιο σημαντικό σημείο κατά την ερμηνεία των μετρήσεων υγρασίας SF6.

Η υπολογιζόμενη τιμή αντιπροσωπεύει μια εκτίμηση τουυδρατμοί που υπάρχουν στην αέρια φάση.

Ένα σύστημα GIS ή GIL μπορεί επίσης να περιέχει υγρασία που σχετίζεται με:

• Στερεά μονωτικά υλικά
• Εσωτερικές μεταλλικές επιφάνειες
• Στεγανοποιητικά υλικά
• Προσροφημένη επιφανειακή υγρασία
• Υπολειμματική υγρασία που εισάγεται κατά την κατασκευή ή την εγκατάσταση

Αυτά τα υλικά μπορούν σταδιακά να απελευθερώσουν υγρασία στο αέριο SF6.

Ως αποτέλεσμα, οι ενδείξεις υγρασίας μπορεί να αλλάξουν μετά από εργασίες θέσης σε λειτουργία, πλήρωσης αερίου, εκκένωσης ή στεγνώματος.

Για παράδειγμα, ένα GIS μπορεί αρχικά να δείχνει σχετικά χαμηλή ένδειξη υγρασίας μετά την ξήρανση, αλλά η τιμή μπορεί να αυξηθεί αργότερα καθώς η υπολειμματική υγρασία μεταναστεύει από τα εσωτερικά υλικά στο αέριο SF6.

Ως εκ τούτου, η δοκιμή υγρασίας δεν είναι ένας απλός υπολογισμός.Η παρακολούθηση των τάσεων και οι κατάλληλες διαδικασίες ανάθεσης είναι εξίσου σημαντικές.

7. Πώς μετράται στην πράξη η υγρασία SF₆;

Στο πεδίο, οι μηχανικοί συνήθως χρησιμοποιούν έναν αναλυτή αερίου SF₆ για να μετρήσουν παραμέτρους όπως:

• Καθαρότητα SF6
• Σημείο δρόσου / υγρασία
• SO2
• Άλλα προϊόντα αποσύνθεσης, ανάλογα με τη διαμόρφωση του αναλυτή

Για τη συνήθη θέση σε λειτουργία και συντήρηση GIS και GIL, οι φορητοί αναλυτές επιτρέπουν στους μηχανικούς να λαμβάνουν μετρήσεις απευθείας από τον εξοπλισμό χωρίς να αφαιρούν ολόκληρο το φορτίο αερίου.

Ένας πολυλειτουργικός αναλυτής μπορεί να είναι ιδιαίτερα χρήσιμος επειδή η ποιότητα του αερίου σπάνια καθορίζεται μόνο από την υγρασία.

Για παράδειγμα, του KSTONEΑναλυτής αερίων KS30-3 SF6έχει σχεδιαστεί για συνήθεις δοκιμές ποιότητας αερίου SF6, συνδυάζοντας μετρήσεις όπως καθαρότητα SF6, σημείο δρόσου και SO2 σε ένα όργανο.

Για εφαρμογές που απαιτούν διαφορετικές παραμέτρους ποιότητας αερίου, τοΣειρά σπονδυλωτών αναλυτών αερίων SF6 KS30μπορεί να διαμορφωθεί σύμφωνα με τις απαιτήσεις δοκιμών του πελάτη.

8. Από τη μέτρηση υγρασίας στη διαχείριση ποιότητας αερίου

Ο έλεγχος της υγρασίας θα πρέπει να θεωρείται ως μέρος μιας ευρύτερης στρατηγικής διαχείρισης αερίου SF₆.

Μια τυπική ροή εργασίας ποιότητας αερίου GIS/GIL μπορεί να περιλαμβάνει:

Πλήρωση αερίου → μέτρηση θέσης σε λειτουργία → περιοδικός έλεγχος → ανάκτηση αερίου → δοκιμή ποιότητας αερίου → επεξεργασία ή καθαρισμός → επαναχρησιμοποίηση

Κατά τη διάρκεια αυτών των διαδικασιών, η ακριβής μέτρηση της υγρασίας βοηθά τους μηχανικούς να προσδιορίσουν εάν το αέριο SF6 είναι κατάλληλο για συνεχή χρήση ή απαιτεί περαιτέρω επεξεργασία.

Όταν συνδυάζεται με εξοπλισμό ανάκτησης SF₆ και χειρισμού αερίου, η ανάλυση υγρασίας μπορεί επίσης να βοηθήσει στην υποστήριξη της πιο συστηματικής διαχείρισης αερίου και στη μείωση των περιττών απωλειών SF₆.

Σύναψη

Ο υπολογισμός της υγρασίας σε εξοπλισμό GIS και GIL γεμάτο SF6 απαιτεί περισσότερα από την απλή ανάγνωση ενός αριθμού από έναν αναλυτή.

Το σημείο δρόσου, το ppmv, η πίεση, η θερμοκρασία και ο όγκος αερίου συνδέονται στενά, και κάθε παράμετρος παρέχει διαφορετικές πληροφορίες σχετικά με την κατάσταση του αερίου.

Εάν η συγκέντρωση υγρασίας είναι γνωστή σε ppmv, η εξίσωση ιδανικού αερίου μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εκτίμηση της ποσότητας υδρατμών στην αέρια φάση. Ωστόσο, αυτή η υπολογισμένη τιμή δεν πρέπει να συγχέεται με τη συνολική ποσότητα υγρασίας που περιέχεται σε ολόκληρο το σύστημα GIS ή GIL.

Για αξιόπιστη διαχείριση αερίου SF6, είναι απαραίτητες οι ακριβείς μετρήσεις, οι συνεπείς συνθήκες δειγματοληψίας και η κατάλληλη ερμηνεία των αποτελεσμάτων.

Η KSTONE παρέχει αναλυτές αερίου SF₆ και εξοπλισμό χειρισμού αερίου για GIS, GIL και άλλο ηλεκτρικό εξοπλισμό με μόνωση SF6, υποστηρίζοντας μηχανικούς σεΔοκιμή ποιότητας αερίου SF6, ανάκτηση, επεξεργασία και επαναχρησιμοποίηση.