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发表于 2008-5-5 20:49:32
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来自： 中国福建厦门
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环境温度对六氟化硫气体湿度的影响* m m/ e* X) l8 Q
Effect of Ambient Temperature on Humidity of SF6 Gas
" g3 a7 _2 ]0 J$ Y7 _李国兴
{# O/ A5 w& s) y6 O5 n(黑龙江省电力科学研究院 , 黑龙江 哈尔滨 150030)
4 h0 U# S P- A2 k8 b5 e: G( I摘 要: 分析了SF6 电气设备中气体湿度受运行环境4 m* o5 S8 k8 u/ J3 o6 f2 }1 V
1 SF6 电气设备中水分的来源! d! G3 p0 L. z+ m) X0 z' ~
温度影响所遵循的变化规律,解决了由于测试温度与
7 i4 n3 B" N- M" [7 W9 a7 I( e标准温度(20℃)不同而使测试值与标准值无法比较这 由于 SF6 新气中含有水分 ,在充气时由钢瓶9 C, |, C$ p6 S' u& `, b
一难题,从而为SF6 电气设备的监督检测提供了可靠 直接充入设备中。2 N3 z1 _3 s, V8 t- |
依据。 在 SF6 电气设备中 ,特别是组合电器 ,在安装
, ~( z# c3 E# |' ?1 I1 T关键词: SF6 电气设备; 环境温度; 湿度 过程中将空气中的水分带入设备中 ,通常在装配: N, k' q+ @+ x) d" b9 `* d
中图分类号: TM415 文献标识码: A 完设备后要立即进行抽真空 ,但并不能把设备中4 R% `2 q) y1 K3 l$ s
文 章 编 号: 1002 - 1663(2000)0120033204 的水分完全清除。2 {+ X! w5 J# c4 w
Abstract: The problem of temperature measured in2 在充气过程中 ,充气管道和减压阀门中带有4 @; Y: G4 L5 b! d! c- q
comparable with standard temperature (20 ℃) due to 的水分均有可能被充入设备。
% }+ Q/ X C6 @the difference between the temperature measured and 设备中的固体材料含有的水分随时间的延长. a' T- z, t t3 ]
the standard temperature (20 ℃) is solved through the 而逐渐释放出来。
. T7 `5 P$ M4 q0 L! R5 |/ ranalysis of the effect of ambient temperature on the gas9 f' L1 W0 u% @2 D; F
2 SF6 电气设备中气体湿度受运行
4 F2 c3 G! v8 B/ K+ a9 s6 Mtemperature in the SF6 electric equipment , and reliable/ ] l8 \, P S, E
环境温度的影响* q% F" D" o" I4 z
data is thus made available for monitoring the SF6 elec2
, `3 l0 O/ P$ Ntric equipment. 在 SF6 电气设备中 ,固体有机绝缘材料、瓷套* O$ ^( u9 n( T) q1 X: ]
Key words: SF6 electric equipment; ambient tempera2 内壁、操作拉杆以及吸附剂中均含有微量的水分 ,6 i: D2 w* P! _. [
ture; humidity 且与 SF6 气体中的水分存在着动态平衡。当这些$ \- c8 M4 F9 i, M
固体材料对水分子的吸附速度大于水分子由于热
; I* u$ |) A! F$ J4 n% f0 前 言
8 z- W9 A8 o' B ^! y$ p6 \4 q c. W运动而从固体材料中释放出来的速度时 ,SF6 气
3 V7 i- i7 n/ t; o! i# j1 {在 SF6 电气设备中 ,SF6 气体湿度是监督设备6 X' |/ i7 }) J
体湿度将变小 ,反之增大 ,一定时间后两者达到动" V8 i/ y7 n2 g0 w
安全运行的一项重要指标。SF6 气体中水分含量
$ y9 ~4 R" D0 y. _9 Z3 m态平衡 ,气体中的湿度将恒定不变。当温度发生
1 F# I F$ }3 ~9 _7 f过高 ,不仅严重降低设备的绝缘强度 ,而且水分的
7 r$ k7 n! L+ ?% k4 P变化时 ,原有的平衡被破坏 ,直至达到新的条件下
3 B# t- d0 u# ?% D' M* k# d存在还会促进 SF6 在电弧作用下的分解 ,以及分7 G& W- r5 {7 C$ A: D
的平衡。
x F; e( I# |/ c解产物的水解 ,这是构成设备内部绝缘性能劣化( U) b' v7 l: O% U7 a# d9 H" a
假使在温度 T1 , T2 时,设备中气固两相水分
4 l, u0 G3 u7 a, V和设备腐蚀的主要原因。此外 ,若 SF6 中含的水# u1 k3 `6 r# L
子运动达到平衡,SF6气体中水蒸汽的分压分别是0 a& x6 O" j) z& e/ j
分较多 ,当温度降低时水分可能会在绝缘表面凝
0 P3 \4 U7 C0 H, h! f' cP1 和 P2 ,根据克劳修斯 —克拉贝龙方程可以导
! N1 \( I0 }6 T/ b结成露水 ,降低设备绝缘 ,所以必须严格控制 SF6$ b) p! t. o# W" b
出:
# I+ {, E" N, F8 K1 y3 ]* s) Y电气设备内的气体湿度。在多年的气体湿度监测 \* V* C8 X$ b1 T
P - ΔH ( T - T ). |) S1 _+ |" E4 _
中 ,发现设备内 SF6 气体湿度受运行环境温度影 1 S1 2 1, u9 p) ?. U" |3 \7 f( }
= (1)9 _5 k0 ?/ x7 P" e7 a! u; P+ t
P2 RT1 T2
0 b) Z' l- l- T) I; f& Z' q% B响很大 ,而 GB/ T8905 - 1996 中 SF6 的湿度标准是
" w; b! c: L- M; Y7 h式中ΔHS1 ———固相吸附热;
0 q& G5 L% a, \, G% q! q20 ℃的值 ,但测试温度往往不是 20 ℃,有的甚至, p9 y) j# V8 w. N3 B% H; T. T# p
R ———摩尔气体常数。) s' e! P z' `1 T$ O7 t: o3 W) t
与20 ℃相差很大 ,这就给 SF6 电气设备的监督和
) [& O! ^- u L' W0 Q5 A若固相中含有的水分足够多时 ,SF6 气体中) u( G2 r3 i% ]" F1 e( O, E
验收带来了困难。本文就设备中 SF6 气体湿度受3 G; V- U' b; M
水的分压可以分别达到该温度下水的饱和蒸汽
$ ]/ l4 y9 b! G) V运行环境温度影响的情况进行了分析。
1 z* ^5 N* C/ Q4 r+ ^3 t& _压 P1B 和 P2B , 则根据式(1)得 1B - ΔHS2 ( T2 - T1) P1B , P2B 可以从饱和蒸汽压的参数表中查到。表
9 B- g1 T+ Y, B8 X% b= (2)
3 M. l8 V4 E: ?& y( U, ?P2B RT1 T2
; X1 |( ]% z {7 [- g3 n1 C1 中列举了0～41 ℃范围内水的饱和蒸汽压。
; p [- t3 H! p4 y: x D 在较小的温度变化范围内 ,ΔHS1 与ΔHS2 可
& ]7 u4 x% e/ B9 w( g4 i$ y以近似相等,则由(1) 、(2) 两式得:
. N" M9 m7 x0 XP1 P1B$ l( i" Q0 x1 l; A2 i& X- Y
= (3)5 Q' a( N/ P( M/ o
P2 P2B# D- d' r2 T6 d1 ^
对于 SF6 电气设备 ,由于水蒸汽的分压 Pw 相* H9 Q% s0 X8 F# b6 u0 a
对于 SF6 气体的分压 PL 要小得多 ,所以有:/ h. ]/ ^. J- ]/ n" O. I' o
PG = Pw + PL ≈ PL' x$ K: P" [, O- C0 c! O4 ?* H$ |
P1 P2! o, x5 d; n. P9 z. C
则由 X1 = , X2 = 得:
0 _5 [* M, ]/ l! ^8 K6 EPG PG1 L/ G: `- D- c1 X. O1 V1 R
P1 P2
* u) f# D: B7 i4 ZX1 = , X2 =
( m; M$ [& k1 w' `/ \& e, q3 bP1L P2L
3 z) f7 {$ m3 vX1 P1 P2L0 ` c: G5 P8 o8 x% _2 A
则有: = · (4)% _' r; N2 h" d, }* i- u7 j( n
X2 P2 P1L
! _% q8 r, ^5 ]将(3)带入(4)式得:8 X/ X5 B( n* S# Y p1 x
X1 P1B P2L3 {9 w% ]7 [' K
= · (5)0 [! w% T$ _1 U8 I1 g5 e' t S
X2 P2B P1L+ D- |5 i4 x" j4 p0 G7 @
式中 X1 , X2 ———T1 , T2 温度下 SF6 气体的湿度) V( H; o" C. u& v
(体积比) ;
5 g9 N$ g9 _. e" |1 h$ K图1 SF6 的状态参数曲线4 |$ o7 t4 X- J- s% c
P1G, P2G ———T1 , T2 温度下设备内气体的. h+ O% E+ k0 I2 o0 L$ w1 Z
工作压力;
* t$ f, e' O' x 对于有压力表的电气设备 ,(8)式可简化为:9 | J7 l6 z o' ^: T& t. N
P1L , P2L ———T1 , T2 温度下 SF6 气体的绝对
2 ]. A/ |& I ^6 F: r! ^P2B P1Y
# g, |: n' u; t6 d6 u· · ( )0 w5 l; \* O" a0 u
分压力。 X2 = X1 9
3 ^2 Q) L& J* o! p% L% A9 Q5 uP1B P2Y
6 M) O: _) u* x 因为一般 SF6 电气设备中 SF6 气体的压力为
' B% P. D( K6 a$ T+ Y式中 P1Y, P2Y ———T1 , T2 温度下 SF6 电气设备上* p0 @& O1 E! O& o$ D/ w
0152 MPa ,密度较大 ,所以不能视为理想气体 ,在 压力表的读数。
5 J8 k5 G7 x1 ~- c; [5 n实际应用中只能采用实际气体状态方程来进行计* u% H% O4 i$ Y, S
从(9)式中可以看出 ,温度对设备中 SF6 气体7 ~9 N. H3 ?. [0 C) D
算 ,比较实用的是Beattie —Bridgman公式:1 f1 |0 G- g$ N# o# S( a
湿度的影响情况与设备的技术参数和产品质量有
; l, [) e6 F; M! F P7 J$ p/ \- 3 2& n6 L5 Z r$ j1 L5 D4 _
P = 0.58 ×10 ρT(1 + B) - ρA (6)
+ I. J7 C: N. E2 c' R% ?5 n密切的关系。设备中 SF6 气体的额定压力越大 ,
6 l" t2 X% D. d H7 N& C* P% L- 1
0 f' a2 F( T% q# `+ A$ p式中 P———SF6 气体的压力 , ×10 MPa;' @8 ?$ {4 _, _- d9 z
固体材料的含水量越小 ,运行环境温度对设备中
$ q+ K# T) w! Q9 s0 [3- d+ n- n, |+ h/ O6 y; B3 O3 J
ρ ———SF6 气体的密度 ,kg/m ; 气体湿度的影响就越小 ,反之则越大。
6 {6 P7 F) F+ z! FT ———SF6 气体的温度 , K;
: L2 C0 K3 Y- r" Y* Y5 r, @: o 电气设备中气体湿度受运行环境8 m3 X1 Y- j5 D
- 3 - 3 3
- z# o& H( J& {. x6 T! CA ———01764 ×10 (1 - 0.727 ×10 ρ) ;: B4 P% V6 [) u
- 3 - 3 温度影响的特性曲线, \: d6 M/ }8 K# N4 A
B ———2151 ×10 ρ(1 - 0.864 ×10 ρ) ;; Q; a8 x5 H- L, e4 m
将(6)式带入(5)式得: 根据公式(8) ,将温度与湿度之间的关系绘制
# V+ w3 ~) B! w) ? B6 S- 3 2
# [. {* C) ^1 |3 hX1 P1B 0.58 ×10 ρT2(1 + B) - ρA 成一组温度 —湿度曲线 ,如图2、图3 ,在实际应用
! V1 r1 x, Y6 T7 l4 M= · (7)- Y5 k; P$ ?5 t. ]1 F, e S; M+ ]
- 3 2% |4 C' @, R+ y) D7 U; f
X2 P2B 0.58 ×10 ρT1(1 + B) - ρA 中可以根据该组曲线查得不同温度下 SF6 电气设0 r% J4 ` [5 @" Q# r
- 3 2
) H1 R" n8 P/ g3 |$ @' Q2 FP2B 0.58 ×10 ρT2(1 + B) - ρA 备中气体的湿度。: f3 B4 B3 R3 Q7 f
即 X2 = · - 3 2 ·X16 Z# P6 J7 m9 p3 N
P1B 0.58 ×10 ρT1(1 + B) - ρA0 b& U+ L! e, g( r' o5 C# t
(8) 4 计算值与实测值的比较3 O6 v, k t# O) D _# b
此式即为在运行环境温度下 ,SF6 电气设备
; ^+ n, C& _9 {$ D5 V哈三电厂5 组 SF6 断路器的气体湿度测试结
( X2 B7 S* w$ D* e内气体湿度所遵循的变化公式。. F, r5 X. r) w* a9 L
果见表2 ,表3 是以表2 的测试结果作为 X1 ,根据; A* P9 e+ Y& _5 y! e g% \* h
在工程应用中 ,我们可以根据 SF6 的状态参
0 L% e- S4 U: `) L$ R0 }公式(8) 计算1998 年5 月测试条件下的气体湿度8 g$ Z9 S5 h0 M: g8 _" G S& k2 P
数曲线(图 1) ,查得某一运行条件下设备内气体
5 C( P4 E5 e5 H: F* _, I, ?7 t: YX2 ,并与实测值进行比较。
' y( b9 _ C& c3 X- x8 |的密度 ,并依据该运行温度下气体湿度测试值 ,计
/ w( k; H# r' I- p$ C. ?算出设备在不同温度作用下的气体湿度。公式中表1 水的饱和蒸汽压(0～41 ℃)
/ ^; @6 y' g* IPa
. U6 N: }. g( p( F8 J 从表3 结果可见 ,测试对比的 5 组断路器当: r9 e6 G, H+ w) U! u# H
中 ,测试值与计算值之间的偏差均小于 15 %,说明
% l' G& c/ x5 f! @; ]; X2 ]测试值与计算值是基本相符的 ,同时证明设备内
! g( u/ @: L6 bSF6 气体湿度与运行环境之间的关系是遵循公式
. p3 \7 L, j' D) M; v(8)的。在试验中可根据此变化规律来监测设备
# e. N3 m2 a @# P1 F' k中的气体湿度 ,以保证设备的安全运行。6 z% l) p5 b1 x3 @' w9 _
测试值与计算值存在偏差的原因 ,一是设备2 |1 V( R A6 W0 v9 }0 t u" B$ X/ L
图3 温度—湿度曲线8 S/ r6 ], g/ r$ D, R P" J
内气固两相中的水分子分配不能达到完全平衡;
! ]5 V$ Z, M9 O! D表2 1997 - 06 SF6 气体湿度测试结果
3 v# P/ z- i* O1 ?, l3 q, U1 X: n二是不同设备当中的固体材料不完全相同 ,对水
/ }! d1 W& w3 `8 p0 gμ3 z% ^5 @+ t: l. B% j8 I4 R
设备编号 相别 环境温度 t ( ℃) 气体湿度 Vr ( L/L)4 Y0 G1 N7 d& o% v0 ]0 ]
分子的吸附能力不同;三是存在着测试误差。9 P5 G j( M! T$ B
A 2210 6214
- Q1 x K" X9 E/ S& n& p2230 B 2210 8616 5 结论3 [8 F5 U+ A6 V5 B* c
C 2210 4719
% S8 `3 \9 S$ @经过以上分析 ,我们得到了 SF6 电气设备内; y9 h" B8 J$ u6 y
A 2710 6312 气体湿度受运行环境温度影响所遵循的变化公
* { g& O$ R& W Y2240 B 2710 6117 式
" e, _1 x c3 D3 p,并通过现场实验得到了验证。将测试值换算( G6 R8 k2 x( s' h _: g& ]
C 2710 5417
8 ]. E( y% D4 y# u4 ] D4 m到20 ℃的值后 ,与标准值相比较 ,可以判断出设# H" a% s, `2 _' K1 n1 R* v% S
A 2510 7915 备内气体湿度的真实情况 ,这在 SF 电气设备的- m6 v- M; D! D, b( ~6 c* _
68 w" n- m! i9 J% Z% G1 {2 @
2242 B 2710 12216 交接验收及监督检测工作当中具有重要的意义。
" O. X% ?/ d- w& `C 2710 7812 |
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