Как рассчитать содержание влаги в оборудовании GIS и GIL, заполненном SF₆

Понимание точки росы SF₆, ppmv, давления, температуры и содержания водяного пара

В элегазовых распределительных устройствах (КРУЭ) и элегазовых линиях электропередачи (ГИЛ) гексафторид серы (SF₆) широко применяется в качестве изолирующей и дугогасительной среды. Поддержание надлежащего качества газа имеет важное значение для надежной изоляции, срока службы оборудования и безопасной эксплуатации.

Среди различных параметров качества газа SF₆,Содержание влаги является одним из наиболее важных факторов, за которыми следует следить..

Чрезмерная влага может снизить диэлектрические характеристики газа и при определенных условиях способствовать образованию коррозионных или побочных продуктов разложения. По этой причине производители КРУЭ и ГИЛ, инженеры по вводу в эксплуатацию и группы технического обслуживания регулярно измеряют точку росы SF₆ или концентрацию влаги.

Но часто возникает важный вопрос:

Если анализатор SF₆ сообщает об определенной концентрации влаги, сколько воды на самом деле присутствует внутри отсека GIS или GIL?

Ответ требует понимания взаимоотношений междуточка росы, ppmv, давление газа, температура и объем газа.

1. Что означает содержание влаги SF₆?

Когда газоанализатор SF₆ сообщает о влажности, результат может быть выражен в разных единицах, в зависимости от прибора и применения.

Общие единицы включают в себя:

• Точка росы (°C)
• Концентрация влаги (ppmv)
• Концентрация влаги (мг/м³)

Эти параметры описывают количество водяного пара, присутствующего в газовой фазе SF₆.

Например, чтение:

100 ppmv H₂O

означает, что водяной пар занимает примерно 100 частей на миллион по объему газовой смеси при определенных условиях измерения.

Это делаетнетобязательно означают, что весь отсек КРУЭ содержит только фиксированное количество воды, равное расчетному количеству воды в газовой фазе.

Это различие важно, поскольку влага также может поглощаться или адсорбироваться изоляционными материалами, уплотнениями и внутренними поверхностями.

2. Точка росы в зависимости от ppmv

Точка росы и ppmv по-разному описывают влажность.

Точка росы

точка росы— это температура, при которой водяной пар начинает конденсироваться при определенном давлении.

Более низкая точка росы обычно указывает на более низкий уровень влажности.

Например, SF₆ с точкой росы −40°C значительно суше, чем SF₆ с точкой росы −20°C.

ppmv

ppmv (части на миллион по объему)непосредственно выражает относительную концентрацию водяного пара в газе.

Однако точку росы и ppmv не следует рассматривать как взаимозаменяемые фиксированные значения.

Взаимосвязь между точкой росы и концентрацией влаги зависит от таких факторов, какдавление, температура и термодинамические свойства газовой смеси.

Поэтому при преобразовании измерения точки росы в концентрацию влаги необходимо четко определить условия измерения.

3. Как рассчитать количество водяного пара

Если концентрация влаги уже известна в ppmv, приблизительное количество водяного пара в отсеке GIS или GIL можно рассчитать с помощью уравнения идеального газа.

Общее количество газа составляет:

n = PV/RT

где:

• н= общее количество газа, моль
• П= абсолютное давление, Па
• В= объем газа, м³
• Р= универсальная газовая постоянная, 8,314 Дж/(моль·К)
• Т= абсолютная температура, К

Если концентрация влагиС ppmv, приблизительное количество водяного пара составляет:

n(H₂O) = n * C / 1 000 000

Соответствующая масса воды равна:

m(H₂O) = n(H₂O) * 18,015 г/моль

Это дает оценку количества водяного пара, содержащегося в газовой фазе.

4. Пример: отсек КРУЭ объемом 1 м³.

Рассмотрим упрощенный пример.

Отсек ГИС имеет:

• Объем газа:1 м³
• SF₆ абсолютное давление:0,6 МПа
• Температура газа:20°С
• Концентрация влаги:100 частей на миллион по объему

Сначала преобразуйте температуру:

Т = 20 + 273,15 = 293,15 К

С использованием:

n = PV/RT

получаем примерно:

n ≈ 246 моль

Таким образом, количество водяного пара составляет приблизительно:

246*100/1 000 000 = 0,0246 моль

Используя молекулярную массу воды:

м ≈ 0,0246*18,015 ≈ 0,44 г

Следовательно, в этих конкретных условиях газовая фаза содержит примерно:

0,44 г водяного пара

Этот пример иллюстрирует важный момент: даже относительно небольшая концентрация влаги может соответствовать измеримому количеству воды, когда объем газа и давление значительны.

5. Почему давление и температура имеют значение

Приведенный выше расчет не может быть универсально применен к каждой системе ГИС или ГИЛ.

При одинаковом объеме газа и концентрации влаги увеличение абсолютного давления увеличивает общее количество газа, содержащегося в отсеке, и, следовательно, увеличивает соответствующее количество водяного пара.

Температура также влияет на взаимосвязь между свойствами газа, давлением пара и точкой росы.

Вот почему правильная оценка влажности должна фиксировать как минимум:

• Давление газа
• Температура газа
• Объем газа, когда оценивается общее количество воды
• Концентрация влаги или точка росы
• Условия измерения

При практическом тестировании SF₆ следует также учитывать метод измерения анализатора и условия отбора проб.

6. Отражает ли расчетное значение всю воду внутри ГИС?

Нет.

Это, пожалуй, самый важный момент при интерпретации измерений влажности SF₆.

Рассчитанное значение представляет собой оценкуводяной пар присутствует в газовой фазе.

Система GIS или GIL также может содержать влагу, связанную с:

• Твердые изоляционные материалы
• Внутренние металлические поверхности
• Уплотнительные материалы
• Адсорбированная поверхностная влага
• Остаточная влага, попадающая во время производства или установки

Эти материалы могут постепенно выделять влагу в газ SF₆.

В результате показания влажности могут измениться после ввода в эксплуатацию, наполнения газом, вакуумирования или операций сушки.

Например, ГИС может первоначально показывать относительно низкое значение влажности после высыхания, но это значение может увеличиться позже, когда остаточная влага мигрирует из внутренних материалов в газ SF₆.

Поэтому испытание на влажность – это не просто разовый расчет.Мониторинг тенденций и надлежащие процедуры ввода в эксплуатацию одинаково важны.

7. Как на практике измеряется влажность SF₆?

В полевых условиях инженеры обычно используют газоанализатор SF₆ для измерения таких параметров, как:

• Чистота SF₆
• Точка росы / влажность
• ТАК₂
• Другие продукты разложения, в зависимости от конфигурации анализатора

При рутинном вводе в эксплуатацию и обслуживании ГИС и ГИЛ портативные анализаторы позволяют инженерам проводить измерения непосредственно с оборудования, не снимая всю заправку газа.

Многофункциональный анализатор может быть особенно полезен, поскольку качество газа редко определяется только влажностью.

Например, KSTONEГазоанализатор KS30-3 SF₆предназначен для рутинного тестирования качества газа SF₆ и объединяет в одном приборе такие измерения, как чистота SF₆, точка росы и SO₂.

Для применений, требующих различных параметров качества газа,Серия модульных газоанализаторов SF₆ KS30Может быть настроен в соответствии с требованиями заказчика к тестированию.

8. От измерения влажности к управлению качеством газа

Контроль влажности следует рассматривать как часть более широкой стратегии управления газом SF₆.

Типичный рабочий процесс проверки качества газа GIS/GIL может включать в себя:

Заполнение газом → пуско-наладочные измерения → периодическая проверка → рекуперация газа → проверка качества газа → обработка или очистка → повторное использование

Во время этих процессов точное измерение влажности помогает инженерам определить, пригоден ли газ SF₆ для дальнейшего использования или требует дальнейшей обработки.

В сочетании с оборудованием для извлечения SF₆ и обработки газа анализ влаги также может помочь обеспечить более систематическое управление газом и сократить ненужные потери SF₆.

Заключение

Расчет влажности в оборудовании GIS и GIL, наполненном SF₆, требует большего, чем просто считывание числа с анализатора.

Точка росы, ppmv, давление, температура и объем газа тесно связаны между собой., и каждый параметр предоставляет различную информацию о состоянии газа.

Если известна концентрация влаги в ppmv, уравнение идеального газа можно использовать для оценки количества водяного пара в газовой фазе. Однако это расчетное значение не следует путать с общим количеством влаги, содержащейся во всей системе GIS или GIL.

Для надежного управления газом SF₆ необходимы точные измерения, постоянные условия отбора проб и соответствующая интерпретация результатов.

KSTONE поставляет газоанализаторы SF₆ и оборудование для обработки газов для КРУЭ, GIL и другого электрооборудования с изоляцией SF₆, оказывая поддержку инженерам вПроверка качества, извлечение, очистка и повторное использование газа SF₆.