كيفية حساب محتوى الرطوبة في معدات GIS وGIL المملوءة بـ SF₆

فهم نقطة الندى SF₆، جزء في المليون، الضغط، درجة الحرارة ومحتوى بخار الماء

في المفاتيح الكهربائية المعزولة بالغاز (GIS) وخطوط النقل المعزولة بالغاز (GIL)، يستخدم سداسي فلوريد الكبريت (SF₆) على نطاق واسع كوسيلة عازلة وتبريد القوس الكهربائي. يعد الحفاظ على جودة الغاز المناسبة أمرًا ضروريًا لأداء العزل الموثوق به وعمر خدمة المعدات والتشغيل الآمن.

من بين معلمات جودة غاز SF₆ المختلفة،يعد محتوى الرطوبة أحد أهم العوامل التي يجب مراقبتها.

الرطوبة الزائدة يمكن أن تقلل من أداء العزل الكهربائي للغاز، وفي ظل ظروف معينة، تساهم في تكوين منتجات ثانوية مرتبطة بالتآكل أو التحلل. لهذا السبب، يقوم مصنعو GIS وGIL ومهندسو التشغيل وفرق الصيانة بقياس نقطة الندى SF₆ أو تركيز الرطوبة بشكل روتيني.

ولكن كثيرا ما يطرح سؤال مهم:

إذا أبلغ محلل SF₆ عن تركيز معين للرطوبة، فما مقدار الماء الموجود فعليًا داخل حجرة GIS أو GIL؟

الجواب يتطلب فهم العلاقة بيننقطة الندى، جزء في المليون، ضغط الغاز، درجة الحرارة وحجم الغاز.

1. ماذا يعني محتوى الرطوبة SF₆؟

عندما يقوم محلل غاز SF₆ بالإبلاغ عن الرطوبة، قد يتم التعبير عن النتيجة بوحدات مختلفة، اعتمادًا على الجهاز والتطبيق.

تشمل الوحدات المشتركة ما يلي:

• نقطة الندى (درجة مئوية)
• تركيز الرطوبة (جزء في المليون)
• تركيز الرطوبة (ملجم/م3)

تصف هذه المعلمات كمية بخار الماء الموجود في الطور الغازي SF₆.

على سبيل المثال قراءة:

100 جزء في المليون H₂O

يعني أن بخار الماء يشغل حوالي 100 جزء في المليون من حجم خليط الغاز في ظل ظروف القياس المحددة.

إنه كذلكلايعني بالضرورة أن حجرة نظام المعلومات الجغرافية بأكملها تحتوي فقط على كمية ثابتة من الماء تساوي ماء الطور الغازي المحسوب.

يعد هذا التمييز مهمًا لأنه يمكن أيضًا امتصاص الرطوبة أو امتصاصها بواسطة المواد العازلة والأختام والأسطح الداخلية.

2. نقطة الندى مقابل جزء في المليون

تصف نقطة الندى وppmv الرطوبة بطرق مختلفة.

نقطة الندى

النقطة الندىهي درجة الحرارة التي يبدأ عندها بخار الماء في التكثف تحت ظروف ضغط محددة.

تشير نقطة الندى المنخفضة عمومًا إلى انخفاض مستوى الرطوبة.

على سبيل المثال، SF₆ مع نقطة ندى تبلغ -40 درجة مئوية يكون أكثر جفافًا بشكل ملحوظ من SF₆ مع نقطة ندى تبلغ -20 درجة مئوية.

ppmv

ppmv (جزء في المليون من حيث الحجم)يعبر مباشرة عن التركيز النسبي لبخار الماء في الغاز.

ومع ذلك، لا ينبغي التعامل مع نقطة الندى وppmv كقيم ثابتة قابلة للتبديل.

العلاقة بين نقطة الندى وتركيز الرطوبة تعتمد على عوامل منهاالضغط ودرجة الحرارة والخصائص الديناميكية الحرارية لخليط الغاز.

ولذلك، عند تحويل قياس نقطة الندى إلى تركيز الرطوبة، يجب تحديد شروط القياس بوضوح.

3. كيفية حساب كمية بخار الماء

إذا كان تركيز الرطوبة متاحًا بالفعل في جزء في المليون، فيمكن حساب الكمية التقريبية لبخار الماء في حجرة GIS أو GIL باستخدام معادلة الغاز المثالي.

إجمالي كمية الغاز هي:

ن = الكهروضوئية / RT

أين:

• ن= إجمالي كمية الغاز، مول
• ص= الضغط المطلق، Pa
• V= حجم الغاز م3
• ر= ثابت الغاز العالمي، 8.314 J/(mol·K)
• ت= درجة الحرارة المطلقة، K

إذا كان تركيز الرطوبةج جزء في المليون، الكمية التقريبية لبخار الماء هي:

ن(H₂O) = ن * ج / 1,000,000

كتلة الماء المقابلة هي:

م (H₂O) = ن (H₂O) * 18.015 جم / مول

يوفر هذا تقديرًا لبخار الماء الموجود في الطور الغازي.

4. مثال: مقصورة نظم المعلومات الجغرافية بمساحة 1 متر مكعب

النظر في مثال مبسط.

تحتوي حجرة نظم المعلومات الجغرافية على:

• حجم الغاز:1 م3
• SF₆ الضغط المطلق:0.6 ميجا باسكال
• درجة حرارة الغاز:20 درجة مئوية
• تركيز الرطوبة:100 جزء في المليون

أولا تحويل درجة الحرارة:

تي = 20 + 273.15 = 293.15 ك

استخدام:

ن = الكهروضوئية / RT

نحصل على ما يقرب من:

ن ≈ 246 مول

وبالتالي فإن كمية بخار الماء تساوي تقريبًا:

246 * 100 / 1000000 = 0.0246 مول

استخدام الكتلة الجزيئية للماء:

م ≈ 0.0246 * 18.015 ≈ 0.44 جم

لذلك، في ظل هذه الظروف المحددة، تحتوي الطور الغازي تقريبًا على:

0.44 جرام من بخار الماء

يوضح هذا المثال نقطة مهمة: حتى تركيز الرطوبة الصغير نسبيًا يمكن أن يتوافق مع كمية قابلة للقياس من الماء عندما يكون حجم الغاز وضغطه كبيرًا.

5. ما أهمية الضغط ودرجة الحرارة؟

لا يمكن تطبيق الحساب أعلاه بشكل عام على كل نظام GIS أو GIL.

بالنسبة لنفس حجم الغاز وتركيز الرطوبة، تؤدي زيادة الضغط المطلق إلى زيادة إجمالي كمية الغاز الموجودة في الحجرة وبالتالي زيادة الكمية المقابلة لبخار الماء.

تؤثر درجة الحرارة أيضًا على العلاقة بين خصائص الغاز وضغط البخار ونقطة الندى.

ولهذا السبب يجب أن يسجل تقييم الرطوبة المناسب ما يلي على الأقل:

• ضغط الغاز
• درجة حرارة الغاز
• حجم الغاز، عند تقدير كمية المياه الإجمالية
• تركيز الرطوبة أو نقطة الندى
• شروط القياس

في اختبار SF₆ العملي، يجب أيضًا مراعاة طريقة قياس المحلل وظروف أخذ العينات.

6. هل تمثل القيمة المحسوبة كل المياه الموجودة داخل نظم المعلومات الجغرافية؟

لا.

ربما تكون هذه هي النقطة الأكثر أهمية عند تفسير قياسات رطوبة SF₆.

تمثل القيمة المحسوبة تقديرًا لـبخار الماء الموجود في الطور الغازي.

قد يحتوي نظام GIS أو GIL أيضًا على رطوبة مرتبطة بما يلي:

• المواد العازلة الصلبة
• الأسطح المعدنية الداخلية
• مواد الختم
• رطوبة السطح الممتصة
• الرطوبة المتبقية التي يتم إدخالها أثناء التصنيع أو التثبيت

يمكن لهذه المواد إطلاق الرطوبة تدريجيًا في غاز SF₆.

ونتيجة لذلك، قد تتغير قراءات الرطوبة بعد التشغيل أو تعبئة الغاز أو الإخلاء أو عمليات التجفيف.

على سبيل المثال، قد يُظهر نظام المعلومات الجغرافية في البداية قراءة رطوبة منخفضة نسبيًا بعد التجفيف، ولكن يمكن أن تزيد القيمة لاحقًا مع هجرة الرطوبة المتبقية من المواد الداخلية إلى غاز SF₆.

ولذلك، فإن اختبار الرطوبة ليس مجرد عملية حسابية يتم إجراؤها لمرة واحدة.إن مراقبة الاتجاه وإجراءات التشغيل المناسبة لها نفس القدر من الأهمية.

7. كيف يتم قياس رطوبة SF₆ عمليًا؟

في الميدان، يستخدم المهندسون عادةً محلل غاز SF₆ لقياس المعلمات مثل:

• نقاء SF₆
• نقطة الندى / الرطوبة
• SO₂
• منتجات تحلل أخرى، اعتمادًا على تكوين المحلل

بالنسبة للتشغيل والصيانة الروتينية لنظامي GIS وGIL، تسمح أجهزة التحليل المحمولة للمهندسين بأخذ القياسات مباشرة من المعدات دون إزالة شحنة الغاز بالكامل.

يمكن أن يكون المحلل متعدد الوظائف مفيدًا بشكل خاص لأن جودة الغاز نادرًا ما يتم تحديدها بالرطوبة وحدها.

على سبيل المثال، KSTONEKS30-3 SF₆ محلل الغازتم تصميمه لإجراء اختبارات جودة غاز SF₆ الروتينية، حيث يجمع قياسات مثل نقاء SF₆ ونقطة الندى وSO₂ في جهاز واحد.

بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب معلمات مختلفة لجودة الغاز، فإنسلسلة محلل الغاز SF₆ المعيارية KS30يمكن تهيئتها وفقًا لمتطلبات الاختبار الخاصة بالعميل.

8. من قياس الرطوبة إلى إدارة جودة الغاز

ينبغي اعتبار التحكم في الرطوبة جزءًا من استراتيجية أوسع لإدارة غاز SF₆.

قد يتضمن سير العمل النموذجي لجودة الغاز GIS/GIL ما يلي:

تعبئة الغاز ← قياس التشغيل ← الفحص الدوري ← استعادة الغاز ← اختبار جودة الغاز ← المعالجة أو التنقية ← إعادة الاستخدام

خلال هذه العمليات، يساعد قياس الرطوبة الدقيق المهندسين على تحديد ما إذا كان غاز SF₆ مناسبًا للاستخدام المستمر أو يتطلب المزيد من المعالجة.

عند دمجه مع معدات استعادة SF₆ ومعالجة الغاز، يمكن أن يساعد تحليل الرطوبة أيضًا في دعم إدارة الغاز بشكل أكثر منهجية وتقليل خسائر SF₆ غير الضرورية.

خاتمة

يتطلب حساب الرطوبة في معدات GIS وGIL المملوءة بـ SF₆ أكثر من مجرد قراءة رقم من المحلل.

ترتبط نقطة الندى وجزء في المليون والضغط ودرجة الحرارة وحجم الغاز ارتباطًا وثيقًاوتوفر كل معلمة معلومات مختلفة حول حالة الغاز.

إذا كان تركيز الرطوبة معروفًا بـ ppmv، فيمكن استخدام معادلة الغاز المثالي لتقدير كمية بخار الماء في الطور الغازي. ومع ذلك، لا ينبغي الخلط بين هذه القيمة المحسوبة وبين الكمية الإجمالية للرطوبة الموجودة في نظام GIS أو GIL بأكمله.

من أجل إدارة موثوقة لغاز SF₆، يعد القياس الدقيق وظروف أخذ العينات المتسقة والتفسير المناسب للنتائج أمرًا ضروريًا.

توفر KSTONE أجهزة تحليل غاز SF₆ ومعدات معالجة الغاز لـ GIS وGIL وغيرها من المعدات الكهربائية المعزولة بـ SF₆، مما يدعم المهندسين فياختبار جودة غاز SF₆ واستعادته ومعالجته وإعادة استخدامه.