Нормы влажности элегаза: точка росы, ppmv и как измерить влагу в SF6

Влажность элегаза (SF6) выражают двумя способами: объёмной долей водяного пара в ppmv или точкой росы в °C. Допустимое содержание влаги зависит от давления газа в аппарате: чем выше давление, тем меньше влаги в ppmv допускается, потому что при давлении пар конденсируется раньше. Точное значение нормы берут из инструкции изготовителя аппарата и стандарта IEC 60480, а измеряют влажность анализатором элегаза прямо на отсеке.

Чем опасна влага в элегазе

Влага попадает в газ с поверхностей и из полимерных деталей аппарата. Если газ остынет ниже точки росы, вода конденсируется на изоляторах и ухудшает поверхностную изоляцию. Так этот механизм описывает руководство CIGRE по рециклингу SF6 (брошюра 117).

Кроме того, влага участвует в образовании продуктов разложения. При электрических разрядах элегаз разлагается; образующийся тетрафторид серы SF4 легко гидролизуется до тионилфторида SOF2, а среди продуктов разложения есть фтористый водород HF. Подробнее — в статье «Продукты разложения элегаза: SO2, HF и что с ними делать».

ppmv и точка росы: в чём разница

Величина	Что показывает	Зависит от давления газа
ppmv (мкл/л)	Объёмную долю водяного пара: сколько миллионных долей объёма газа приходится на пар	Нет
ppmw	Массовую долю воды в газе	Нет
Точка росы (°C т.р.)	Температуру, при которой пар в газе начинает конденсироваться	Да

Ниже 0 °C пар оседает в виде инея, поэтому в этой области точнее говорить о точке инея. Анализаторы обычно показывают её как точку росы в °C т.р.

Почему пересчёт зависит от давления

Парциальное давление водяного пара равно его объёмной доле, умноженной на полное давление газа. Пар конденсируется, когда парциальное давление достигает давления насыщенного пара при данной температуре.

Отсюда практическое следствие:

1. Возьмём одну и ту же пробу с одинаковым ppmv.
2. В отсеке под избыточным давлением парциальное давление пара в несколько раз выше, чем в той же пробе при атмосферном давлении.
3. Значит, в отсеке пар начнёт конденсироваться при более высокой температуре: точка росы при рабочем давлении выше, чем при атмосферном.

Поэтому точка росы без указания давления ничего не говорит. В протоколе указывайте, к какому давлению относится значение, а при сравнении с нормой приводите результат к тому же давлению, при котором задан предел.

Какие нормы влажности применяются

Требования к качеству элегаза задают два стандарта МЭК:

• IEC 60376:2018 — качество технического элегаза и дополнительных газов (N2, CF4) для электрооборудования, то есть газа до заправки в аппарат;
• IEC 60480:2019 — критерии повторного использования SF6 и его смесей после извлечения из оборудования и регенерации (третья редакция, заменила редакцию 2004 года).

Числовые пределы влажности в этих стандартах приведены в таблицах, которые доступны только в полном тексте. Мы не приводим их по пересказам: возьмите значения из действующей редакции стандарта и из инструкции изготовителя вашего аппарата. Изготовитель может задавать предел жёстче стандарта.

Принцип хорошо виден в руководстве CIGRE 117 «SF6 Recycling Guide» (1997): на его пределы чистоты предполагалось опираться при пересмотре стандарта IEC 480. Допустимый уровень влажности в нём задан как функция давления, при котором газ хранится и используется:

Давление газа	Допустимый уровень влажности, ppmv	Предел для повторного использования, ppmv
100 кПа	4000	1600
500 кПа	800	320
2 МПа	200	120

Это значения 1997 года, они приведены для иллюстрации зависимости от давления. Для приёмки газа используйте действующую редакцию IEC 60480.

Анализатор Rapidox SF6 6100 содержит предустановленные тесты IEC и CIGRE. Тест для аппаратов высокого давления называется «IEC 60480 > 200kPa». Уже из названия видно, что критерий зависит от давления в аппарате.

Как измерить влажность элегаза: пошагово

На примере портативного анализатора Rapidox SF6 6100 (Cambridge Sensotec):

1. Подготовьте прибор. Между измерениями рычаг Rapidri стоит в положении STORAGE: молекулярное сито вытягивает влагу из датчика точки росы. Перед работой переведите рычаг в положение RUN.
2. Подключитесь к отсеку. Используйте самоуплотняющиеся муфты из комплекта соединений. Газ идёт через анализатор за счёт давления в отсеке, на входе допускается до 10 бар. Насос нужен только при давлении газа ниже 0,5 бар.
3. Выберите тест. В меню Sampling выберите режим Timed, задайте время пробы и тест, например «IEC 60480 > 200kPa». Для измерения влажности в режиме по времени руководство требует не меньше шести минут.
4. Измерьте. Анализатор одновременно записывает влажность, чистоту SF6 и продукты разложения (по установленным датчикам), а также давление газа в отсеке. По окончании на экране появится PASS или FAIL для каждого параметра.
5. Соберите пробу. Отработанный газ уходит в мешок для сбора, а не в атмосферу. Модель Rapidox SF6 6100 Pump Back возвращает газ в отсек компрессором.
6. Задокументируйте. Результат печатается на встроенном принтере и выгружается на USB-накопитель. Запишите давление и температуру газа: без них точку росы нельзя сравнить с прошлым замером.

Характеристики датчика влажности Rapidox SF6 6100

Параметр	Значение
Диапазон	от −60 до +20 °C т.р. (10–24 000 ppmV)
Точность	±2 °C т.р.
Тип датчика	полимерный
Калибровка	12 мес. (замена датчика)
Ресурс датчика	2–3 года
Скорость	до −60 °C т.р. из влажного состояния менее чем за 10 минут

В непрерывном режиме датчик точки росы каждые тридцать минут проходит цикл самоочистки, чтобы показания оставались точными.

Типичные ошибки

• Сравнивать точку росы без давления. Значение при рабочем давлении и при атмосферном — разные числа для одного и того же газа.
• Обрывать замер раньше времени. Датчику влажности нужно время на стабилизацию; для режима по времени Cambridge Sensotec указывает минимум шесть минут.
• Хранить прибор с открытым датчиком. Если не перевести Rapidri в положение STORAGE и не снять шланг, датчик наберёт влагу из воздуха, и следующий замер будет дольше.
• Мерить только влагу. Рост влажности вместе с SO2 и HF указывает на разряды внутри аппарата. Полный порядок проверки газа — в статье «Как проверить качество элегаза SF6 на подстанции».

Какой прибор выбрать

Для выездных бригад и нечастых измерений подходит Rapidox SF6 6100 Portable: 8,5 кг с кейсом, до 8 газов, проба собирается в мешок. Если измерений много и газ нужно возвращать в отсек, берите Rapidox SF6 6100 Pump Back. Утечки элегаза ищут другим прибором, см. «Течеискатель SF6 или газоанализатор».

KEG TRK поставляет анализаторы элегаза Cambridge Sensotec в Казахстане. Цена по запросу.

Источники

• IEC 60376:2018. Specification of technical grade sulphur hexafluoride (SF6) and complementary gases to be used in its mixtures for use in electrical equipment. Описание на сайте МЭК: https://webstore.iec.ch/en/publication/33028
• IEC 60480:2019. Specifications for the re-use of sulphur hexafluoride (SF6) and its mixtures in electrical equipment. Описание на сайте МЭК: https://webstore.iec.ch/en/publication/61024
• U.S. EPA. Byproducts of Sulfur Hexafluoride (SF6) Use in the Electric Power Industry, 2002: https://www.epa.gov/system/files/documents/2022-05/sf6_byproducts.pdf
• Bolin P. SF6 Recycling Guide: Reuse of SF6 Gas in Electrical Power Equipment and Final Disposal (CIGRE Report 117, 1997). Доклад на конференции EPA, 2000: https://19january2021snapshot.epa.gov/sites/static/files/2016-02/documents/conf00_bolin.pdf
• Cambridge Sensotec. Rapidox SF6 6100 Portable, руководство по эксплуатации D61-070-5: https://www.cambridge-sensotec.co.uk/wp-content/uploads/2023/04/D61-070-5-Rapidox-SF6-6100-Portable-Analyser.pdf
• Cambridge Sensotec. Rapidox SF6 6100 Portable, техническая спецификация: https://www.cambridge-sensotec.co.uk/wp-content/uploads/2023/04/Rapidox-SF6-6100-Portable-Technical-Specification.pdf