变压器绝缘混合气体中 SF₆ 的浓度测量-感算商城

几十年来，SF₆（六氟化硫）一直是气体绝缘开关设备和高压变压器中首选的绝缘和灭弧气体--因为它具有出色的介电特性。然而，六氟化硫作为一种具有强烈温室效应的气体，正日益成为监管部门关注的焦点。为了减少对环境的影响，制造商越来越多地使用混合气体，例如与氮气（N₂）或四氟化碳（CF₄）的混合气体。精确测量 SF₆ 的浓度对确保绝缘安全和功能至关重要。

使用纯 SF6 时，通常使用 20 °C 时的理论压力作为参考值。P₂₀ 压力是充气量和报警阈值的全行业参考值：它将每个测得的压力/温度对转换为 20 °C，从而作为摩尔气体密度的中性温度测量值，并因此用于监测气体的绝缘强度、液化和泄漏。然而，在有空气进入的情况下（例如，由于供气管线泄漏或吹扫过程不充分）或使用 SF₆ 混合物（通常为 N2 或 CF4）时，这个值就不够用了，因为尽管 P₂₀相同，但不同的混合物的介电强度会明显降低。因此，当下的混合气体和低GWP [1] 系统必须使用特定于混合物的密度算法或标准气体分析来补充 P₂₀。

1全球增温潜势（global warming potential，GWP）：GWP是一种物质产生温室效应的一个指数。

图1: 相对介电强度误差 (E_rel) 和所需压力补偿 (P-系数)。

图 1 说明了 SF6 浓度对介电强度的影响。E_rel 系数描述了在压力 P₂₀ 不变的情况下（1 = 纯 SF₆）预期的相对介电强度。P 系数表示为使混合物达到与纯 SF₆ 相同的强度而必须增加的压力（或指定的 P₂₀ 值）的系数。

例如，纯 P₂₀ 继电器的氮气/SF6 混合比为 50/50，虽然实际强度比目标值低 35%，但仍可报告为 “绿色”。为了弥补这一缺陷并达到所需的介电强度，压力必须增加 1.54 倍，这反过来又会对密封件、压力设计和冷凝储备造成压力。

使用了哪些气体?

SF₆ (六氟化硫)

6.616 kg/m³

在 0 °C, 1.01325 bar 绝对压

N₂ (氮气)

1.2503 kg/m³
在 0 °C, 1.01325 bar 绝对压

CF₄ (四氟化碳)

3.947 kg/m³

在 0 °C, 1.01325 bar 绝对压

密度测量

我们使用 DGF-I1 气体密度传感器测量密度。为此，对现有的标定过程进行了调整和扩展，以包括纯 SF6 的测量。然后，利用在不同压力和温度条件下记录的测量值来优化现有的浓度测量物理模型。该模型可确保今后不再需要用 SF6 进行实际气体标定，从而使每个传感器随后都能轻松配置用于该应用。

我们的传感器

DGF-I1 密度传感器的直径为 33.5 毫米，长度为 63 毫米，设计非常小巧，可以安装在最小的空间内。它通过集成的连接件直接拧入气体管道或控制柜中，以达到绝缘的目的；过滤器可防止污染。测量值通过 RS485 接口传输到上一级系统。传感器的响应时间短、功耗低，可直接在生产过程中对所需的 SF6 浓度进行连续监测 - 无需中断测量。

【最大测量误差】

密度: <0.1 kg/m³
温度: <0.8 °C
压力: <0.04 bar
现场调整密度: <0.05 kg/m³

【重复性】

密度: <0.015 kg/m³
温度: <0.06 °C
压力: <0.005 bar

【容许密度测量范围】

0.2~ 19 kg/m³

【容许压力范围】

最大量程:
1…10 bar (绝对压)
如混合气体有氩气压力上限到9 bar (绝对压)
爆破压力30 bar

结论

由于密度测量精度高（最大测量误差小于 0.1 kg/m3），绝缘气体的浓度和净化过程的进度都可以轻松监控。这样就能确保满足所需的技术要求，并在所有工艺步骤中（例如在外壳填充或维护期间）实现高水平的安全可追溯性。

使用我们的紧凑型密度传感器，可以在运行条件下精确、连续地监测含有 SF₆ 的各种混合气体。实时监测对于确保绝缘安全和工艺质量至关重要，尤其是在逐步用对气候破坏较小的气体取代 SF₆ 时--现有系统通常不是针对混合气体设计的。

我们的技术可同时实现:

· 灌装、运行和维护期间的连续在线监测

· 质量管理中的可追溯性

· 通过减少实验室分析降低成本

· 校正工作压力，确保绝缘强度

因此，精确的密度测量是确定绝缘气体混合物中 SF₆ 浓度的有力工具。根据所选气体混合物和测量浓度，这反过来又可确保达到所需的介电强度。

在对法规和生态敏感的环境中，它能提高透明度和安全性，这一切都有利于变压器的智能、可持续运行。

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