วิธีคำนวณปริมาณความชื้นในอุปกรณ์ GIS และ GIL ที่บรรจุแก๊ส SF₆
ความเข้าใจเกี่ยวกับจุดน้ำค้าง, ppmv, ความดัน, อุณหภูมิ และปริมาณไอน้ำในแก๊ส SF₆
ในสวิตช์เกียร์หุ้มฉนวนด้วยแก๊ส (GIS) และสายส่งหุ้มฉนวนด้วยแก๊ส (GIL) แก๊สซัลเฟอร์เฮกซะฟลูออไรด์ (SF₆) ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายเป็นสื่อกลางในการเป็นฉนวนและดับอาร์ค การรักษาคุณภาพแก๊สที่เหมาะสมเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับประสิทธิภาพความเป็นฉนวนที่เชื่อถือได้ อายุการใช้งานของอุปกรณ์ และการทำงานที่ปลอดภัย
ในบรรดาพารามิเตอร์คุณภาพแก๊ส SF₆ ต่างๆปริมาณความชื้นเป็นหนึ่งในปัจจัยที่สำคัญที่สุดที่ต้องเฝ้าระวัง
แต่คำถามสำคัญมักเกิดขึ้น:
หากเครื่องวิเคราะห์แก๊ส SF₆ รายงานความเข้มข้นของความชื้นค่าหนึ่ง ปริมาณน้ำที่แท้จริงภายในช่องของ GIS หรือ GIL มีเท่าใด?
คำตอบนี้ต้องการความเข้าใจเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่าง
จุดน้ำค้าง, ppmv, ความดันแก๊ส, อุณหภูมิ และปริมาตรแก๊ส1. ปริมาณความชื้นในแก๊ส SF₆ หมายถึงอะไร?
หน่วยที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่:
จุดน้ำค้าง (°C)
ความเข้มข้นของความชื้น (ppmv)
- ความเข้มข้นของความชื้น (mg/m³)
- พารามิเตอร์เหล่านี้อธิบายปริมาณไอน้ำที่มีอยู่ในเฟสแก๊สของ SF₆
- ตัวอย่างเช่น การอ่านค่า:
100 ppmv H₂O
หมายความว่าไอน้ำมีปริมาตรประมาณ 100 ส่วนในล้านส่วนของส่วนผสมแก๊สภายใต้เงื่อนไขการวัดที่กำหนด
ซึ่ง
ไม่
ได้หมายความว่าช่องของ GIS ทั้งหมดมีปริมาณน้ำคงที่เท่ากับปริมาณน้ำในเฟสแก๊สที่คำนวณได้เสมอไปความแตกต่างนี้มีความสำคัญเนื่องจากความชื้นสามารถถูกดูดซึมหรือดูดซับโดยวัสดุที่เป็นฉนวน ซีล และพื้นผิวภายในได้เช่นกัน2. จุดน้ำค้าง เทียบกับ ppmv
จุดน้ำค้างและ ppmv อธิบายความชื้นในลักษณะที่แตกต่างกัน
จุดน้ำค้าง
จุดน้ำค้าง
คืออุณหภูมิที่ไอน้ำเริ่มควบแน่นภายใต้สภาวะความดันที่กำหนด
จุดน้ำค้างที่ต่ำกว่าโดยทั่วไปบ่งชี้ถึงระดับความชื้นที่ต่ำกว่าตัวอย่างเช่น แก๊ส SF₆ ที่มีจุดน้ำค้าง −40°C จะแห้งกว่าแก๊ส SF₆ ที่มีจุดน้ำค้าง −20°C อย่างมากppmv
ppmv (ส่วนในล้านส่วนโดยปริมาตร)
แสดงความเข้มข้นสัมพัทธ์ของไอน้ำในแก๊สโดยตรง
อย่างไรก็ตาม จุดน้ำค้างและ ppmv ไม่ควรถูกนำมาใช้แทนกันได้โดยตรง
ความสัมพันธ์ระหว่างจุดน้ำค้างและความเข้มข้นของความชื้นขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ รวมถึงความดัน อุณหภูมิ และคุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์ของส่วนผสมแก๊ส
ดังนั้น เมื่อแปลงการวัดจุดน้ำค้างเป็นความเข้มข้นของความชื้น เงื่อนไขการวัดจะต้องถูกกำหนดไว้อย่างชัดเจน
3. วิธีคำนวณปริมาณไอน้ำหากความเข้มข้นของความชื้นมีอยู่ในรูปของ ppmv อยู่แล้ว ปริมาณไอน้ำโดยประมาณในช่องของ GIS หรือ GIL สามารถคำนวณได้โดยใช้สมการแก๊สในอุดมคติ
n = PV / RT
โดยที่:
n
= ปริมาณแก๊สทั้งหมด, โมล
246 * 100 / 1,000,000 = 0.0246 โมล
= ความดันสัมบูรณ์, Pa
- V= ปริมาตรแก๊ส, m³
- R= ค่าคงที่แก๊สสากล, 8.314 J/(mol·K)
- T= อุณหภูมิสัมบูรณ์, K
- หากความเข้มข้นของความชื้นคือC ppmv
- ปริมาณไอน้ำโดยประมาณคือ:n(H₂O) = n * C / 1,000,000
มวลน้ำที่สอดคล้องกันคือ:m(H₂O) = n(H₂O) * 18.015 g/molนี่เป็นการประมาณปริมาณไอน้ำที่อยู่ในเฟสแก๊ส
4. ตัวอย่าง: ช่อง GIS ขนาด 1 ลบ.ม.
พิจารณาตัวอย่างที่ง่ายขึ้น
ช่อง GIS มี:
ปริมาตรแก๊ส:
1 ลบ.ม.
ความดันสัมบูรณ์ของ SF₆:
0.6 MPa
- อุณหภูมิแก๊ส: 20°C
- ความเข้มข้นของความชื้น: 100 ppmv
- ขั้นแรก แปลงอุณหภูมิ:T = 20 + 273.15 = 293.15 K
- โดยใช้:n = PV / RT
เราจะได้ประมาณ:
n ≈ 246 โมล
ดังนั้น ปริมาณไอน้ำจึงประมาณ:
246 * 100 / 1,000,000 = 0.0246 โมล
โดยใช้น้ำหนักโมเลกุลของน้ำ:
m ≈ 0.0246 * 18.015 ≈ 0.44 กรัม
ดังนั้น ภายใต้เงื่อนไขเฉพาะเหล่านี้ เฟสแก๊สจะมีปริมาณประมาณ:
0.44 กรัมของไอน้ำ
ตัวอย่างนี้แสดงให้เห็นประเด็นสำคัญ: แม้ความเข้มข้นของความชื้นที่ค่อนข้างน้อยก็สามารถเทียบเท่ากับปริมาณน้ำที่วัดได้เมื่อปริมาตรแก๊สและความดันมีนัยสำคัญ
5. ทำไมความดันและอุณหภูมิจึงมีความสำคัญ
การคำนวณข้างต้นไม่สามารถนำไปใช้ได้กับทุกระบบ GIS หรือ GIL โดยทั่วไป
สำหรับปริมาตรแก๊สและความเข้มข้นของความชื้นที่เท่ากัน การเพิ่มความดันสัมบูรณ์จะเพิ่มปริมาณแก๊สทั้งหมดที่บรรจุอยู่ในช่อง และดังนั้นจึงเพิ่มปริมาณไอน้ำที่สอดคล้องกัน
อุณหภูมิยังมีผลต่อความสัมพันธ์ระหว่างคุณสมบัติแก๊ส ความดันไอ และจุดน้ำค้าง
นี่คือเหตุผลว่าทำไมการประเมินความชื้นที่เหมาะสมควรบันทึกอย่างน้อย:
ความดันแก๊ส
อุณหภูมิแก๊ส
ปริมาตรแก๊ส เมื่อมีการประมาณปริมาณน้ำทั้งหมด
ความเข้มข้นของความชื้นหรือจุดน้ำค้าง
- เงื่อนไขการวัด
- ในการทดสอบ SF₆ ในทางปฏิบัติ ควรพิจารณาวิธีการวัดและเงื่อนไขการเก็บตัวอย่างของเครื่องวิเคราะห์ด้วย
- 6. ค่าที่คำนวณได้แสดงถึงน้ำทั้งหมดภายใน GIS หรือไม่?
- ไม่
- นี่อาจเป็นประเด็นที่สำคัญที่สุดในการตีความการวัดความชื้นในแก๊ส SF₆
ค่าที่คำนวณได้แสดงถึงการประมาณ
ไอน้ำที่มีอยู่ในเฟสแก๊ส
ระบบ GIS หรือ GIL อาจมีน้ำที่เกี่ยวข้องกับ:
วัสดุฉนวนของแข็ง
พื้นผิวโลหะภายในวัสดุซีล
ความชื้นตกค้างที่เกิดจากการผลิตหรือการติดตั้ง
- วัสดุเหล่านี้สามารถปล่อยความชื้นเข้าสู่แก๊ส SF₆ ได้อย่างต่อเนื่อง
- ผลที่ตามมาคือ ค่าความชื้นอาจเปลี่ยนแปลงหลังจากการทดสอบก่อนส่งมอบ การเติมแก๊ส การอพยพ หรือการทำให้แห้ง
- ตัวอย่างเช่น GIS อาจแสดงค่าความชื้นค่อนข้างต่ำในตอนแรกหลังจากการทำให้แห้ง แต่ค่าดังกล่าวอาจเพิ่มขึ้นในภายหลังเมื่อความชื้นตกค้างย้ายจากวัสดุภายในเข้าสู่แก๊ส SF₆
- ดังนั้น การทดสอบความชื้นจึงไม่ใช่แค่การคำนวณครั้งเดียว
- การติดตามแนวโน้มและขั้นตอนการทดสอบก่อนส่งมอบที่เหมาะสมมีความสำคัญเท่าเทียมกัน
7. การวัดความชื้นในแก๊ส SF₆ ในทางปฏิบัติทำได้อย่างไร?
ในภาคสนาม วิศวกรโดยทั่วไปจะใช้เครื่องวิเคราะห์แก๊ส SF₆ เพื่อวัดพารามิเตอร์ต่างๆ เช่น:
ความบริสุทธิ์ของ SF₆
จุดน้ำค้าง / ความชื้นSO₂
ผลิตภัณฑ์จากการสลายตัวอื่นๆ ขึ้นอยู่กับการกำหนดค่าของเครื่องวิเคราะห์
สำหรับการทดสอบก่อนส่งมอบและบำรุงรักษา GIS และ GIL เป็นประจำ เครื่องวิเคราะห์แบบพกพาช่วยให้วิศวกรสามารถทำการวัดได้โดยตรงจากอุปกรณ์โดยไม่ต้องถอดประจุแก๊สทั้งหมดออก
- เครื่องวิเคราะห์แบบมัลติฟังก์ชันมีประโยชน์อย่างยิ่ง เนื่องจากคุณภาพแก๊สไม่ค่อยขึ้นอยู่กับความชื้นเพียงอย่างเดียว
- ตัวอย่างเช่น เครื่องวิเคราะห์แก๊ส SF₆
- KS30-3 ของ KSTONE
- ได้รับการออกแบบมาสำหรับการทดสอบคุณภาพแก๊ส SF₆ เป็นประจำ โดยรวมการวัดต่างๆ เช่น ความบริสุทธิ์ของ SF₆ จุดน้ำค้าง และ SO₂ ไว้ในเครื่องเดียว
สำหรับแอปพลิเคชันที่ต้องการพารามิเตอร์คุณภาพแก๊สที่แตกต่างกัน
เครื่องวิเคราะห์แก๊ส SF₆ แบบโมดูลาร์ KS30
สามารถกำหนดค่าได้ตามความต้องการในการทดสอบของลูกค้า8. จากการวัดความชื้นสู่การจัดการคุณภาพแก๊สการควบคุมความชื้นควรพิจารณาว่าเป็นส่วนหนึ่งของกลยุทธ์การจัดการแก๊ส SF₆ ที่กว้างขึ้น
ขั้นตอนการทำงานคุณภาพแก๊ส GIS/GIL ทั่วไปอาจรวมถึง:การเติมแก๊ส → การวัดก่อนส่งมอบ → การตรวจสอบเป็นระยะ → การกู้คืนแก๊ส → การทดสอบคุณภาพแก๊ส → การบำบัดหรือการทำให้บริสุทธิ์ → การนำกลับมาใช้ใหม่ในระหว่างกระบวนการเหล่านี้ การวัดความชื้นที่แม่นยำช่วยให้วิศวกรสามารถกำหนดได้ว่าแก๊ส SF₆ เหมาะสมสำหรับการใช้งานต่อไปหรือไม่ หรือต้องการการบำบัดเพิ่มเติม
เมื่อรวมกับอุปกรณ์กู้คืนและจัดการแก๊ส SF₆ การวิเคราะห์ความชื้นยังสามารถช่วยสนับสนุนการจัดการแก๊สที่เป็นระบบมากขึ้นและลดการสูญเสีย SF₆ ที่ไม่จำเป็น
สรุป
การคำนวณความชื้นในอุปกรณ์ GIS และ GIL ที่บรรจุแก๊ส SF₆ ต้องมากกว่าแค่การอ่านค่าจากเครื่องวิเคราะห์
จุดน้ำค้าง, ppmv, ความดัน, อุณหภูมิ และปริมาตรแก๊สมีความสัมพันธ์กันอย่างใกล้ชิด
และแต่ละพารามิเตอร์ให้ข้อมูลที่แตกต่างกันเกี่ยวกับสภาพของแก๊ส
หากทราบความเข้มข้นของความชื้นในหน่วย ppmv สามารถใช้สมการแก๊สในอุดมคติเพื่อประมาณปริมาณไอน้ำในเฟสแก๊สได้ อย่างไรก็ตาม ค่าที่คำนวณได้นี้ไม่ควรสับสนกับปริมาณน้ำทั้งหมดที่บรรจุอยู่ภายในระบบ GIS หรือ GIL ทั้งหมด
สำหรับการจัดการแก๊ส SF₆ ที่เชื่อถือได้ การวัดที่แม่นยำ เงื่อนไขการเก็บตัวอย่างที่สม่ำเสมอ และการตีความผลลัพธ์ที่เหมาะสมเป็นสิ่งจำเป็น
KSTONE นำเสนอเครื่องวิเคราะห์แก๊ส SF₆ และอุปกรณ์จัดการแก๊สสำหรับ GIS, GIL และอุปกรณ์ไฟฟ้าหุ้มฉนวนด้วยแก๊ส SF₆ อื่นๆ เพื่อสนับสนุนวิศวกรในการ
ทดสอบคุณภาพแก๊ส SF₆ การกู้คืน การบำบัด และการนำกลับมาใช้ใหม่.