Avantaje intreruptoare cu SF6.pdf

download Avantaje intreruptoare cu SF6.pdf

of 12

  • date post

    10-Aug-2015
  • Category

    Documents

  • view

    69
  • download

    2

Embed Size (px)

Transcript of Avantaje intreruptoare cu SF6.pdf

MONITORIZAREA ECHIPAMENTELOR CU SF6

Evoluia construciei de ntreruptoare pentru staiile de distribuie de medie i nalt tensiune i mare putere a avut la baz trei obiective majore: creterea capacitii de rupere, reducerea gabaritelor i fiabilitate crescut. Dezavantajele ntreruptoarelor cu ulei, cum ar fi, inflamabilitatea i costul de mentenan ridicat, au forat productorii s caute alte medii de stingere a arcului electric. Pe lng ntreruptoarele cu aer i suflaj magnetic s-au dezvoltat ntreruptoarele ce folosesc SF6 ca mediu de stingere i ntreruptoarele avnd vidul ca mediu de stingere. n consecin, avnd n vedere condiiile de funcionare ale noilor tipuri de ntreruptoare, avantajele i dezavantajele acestora, ntreruptoare cu SF6 s-au impus n staii de distribuie de nalt tensiune iar ntreruptoarele cu vid la medie tensiune. n ultimii 30 de ani, folosirea echipamentelor de comutaie cu SF6, n substaiile de nalt tensiune, a crescut considerabil, datorit duratei de via ridicate, volumului i suprafeei reduse ocupate i ciclurilor de mentenan mai mari. Echipamentele izolate cu SF6 sunt utilizate, n special, n sisteme de transmisie de nalt tensiune. Cea mai mare utilizare o au ntreruptoarele cu SF6 unde este folosit i ca mediu de stingere. Separatoarele i comutatoarele la pmnt utilizeaz SF6 doar pentru izolare. Cantiti nsemnate de SF6 conin substaiile izolate cu gaz (GIS). La ntreruptoarele cu SF6 arcul electric de deconectare apare dup separarea contactelor, prin ionizarea gazului SF6. Ct timp se dezvolt arcul electric, acesta este splat longitudinal de un flux rece de gaz SF6, care are rolul de a extrage cldura din arc producnd stingerea acestuia. Fluxul axial de gaz produce o turbulen a coloanei de arc, avnd loc o permanent interaciune ntre gaz i plasm, astfel c se ntrerupe curentul la trecerea prin zero.

Dup stingerea arcului electric, fluxul de gaz deionizeaz spaiul dintre contacte restabilind rigiditatea dielectric i prevenind reaprinderea arcului. Presiunea excedentar a fluxului de gaz SF6 se obine cu ajutorul unui piston, ataat contactului mobil, care comprim arcul ntr-un mic cilindru, la deschiderea ntreruptorului. Dezavantajul unui astfel de piston este necesitatea unui mecanism de acionare cu energie mare la deschidere. Probleme tehnologice specifice echipamentelor cu SF6 Specificul tehnologiei de construcie a echipamentelor capsulate cu SF6 este impus de problema compatibilitii dintre materialele componente i gazul SF6, problema etaneitii (meninerii presiunii) i tehnologia intervalelor de izolaie. Probleme deosebite apar n compartimentele de comutaie, sub sarcin. Sub aciunea arcului electric, SF6 se descompune parial n produi gazoi (tetrafluorura de carbon - CF4, tetrafluorura de sulf SF 4) i produi solizi (fluorura de cupru - CuF2, fluorura de aluminiu - AlF3). Tipul i concentraia produilor de descompunere depinde de prezena umiditii n gaz, a oxigenului din aerul rezidual precum i de diferite materiale de construcie. Produsele primare de descompunere (CuF2, AlF3 i CF4 - tetrafluorura de carbon) sunt stabile chimic, n timp ce altele (tetrafluorura de sulf - SF4 i hexafluorura de wolfram - WF6) sunt extrem de reactive. Acestea din urm reacioneaz cu aerul rezidual sau umiditatea i cu suprafeele materialelor de construcii care conin SiO2, aluminiu, oel. Aceste reacii secundare se produc n timpi de reacie diferii i evolueaz n funcie de cantitatea produilor de reacie prezeni. Ca rezultat se obin: oxizi de wolfram (WO3), oxifluoruri de wolfram (WOF4, WOF2), oxifluoruri de sulf (SO2F, SOF2), tetrafluorura de siliciu (SiF4) i acidul fluorhidric (HF).

Cantitatea total de gaz descompus sub aciunea arcului electric este proporional cu energia arcului electric. Experimental s-a stabilit c o energie de 1kJ descompune aproximativ 2,7cm3 de SF6 i conduce la formarea de 1,5cm3 de SOF2.

Produii de descompunere pot avea ca efect primar reducerea rigiditii dielectrice a gazului. Ca efect secundar, se subliniaz influena produilor de descompunere asupra mediului ambiant, n condiii de evacuare a gazului din echipamente. Pentru reinerea produselor toxice de descompunere, compartimentele echipamentelor capsulate sunt prevzute cu filtre de alumin activat (Al2O5) care fixeaz, n acela i timp, umezeala din gaz i contribuie la stabilizarea chimic a gazului. Msurtorile efectuate au demonstrat c 1g de alumin activat poate absorbi pn la 14cm3 de SF6. Monitorizarea gazului Dezavantajul principal al echipamentelor de nalt tensiune cu SF6 a fost lipsa dispozitivelor de monitorizare i diagnoz care s fie capabile s determine starea gazului n scopul prevenirii unor defecte majore. Prezena arcului electric n compartimentele de comutaie genereaz produse de descompunere ceea ce conduce la modificarea caracteristicilor gazului. n scopul monitorizrii calitii gazului n exploatare, firme de prestigiu au dezvoltat dispozitive bazate pe metoda spectrometriei mobilitii ionilor (IMS) Ion Mobility Spectrometry. Spectrometria mobilitii ionilor (IMS) Este o tehnic proiectat pentru detecia compuilor n gaz, de exemplu poluani gazo i n aer. Aceasta combin nalta senzitivitate i cheltuieli tehnice relativ reduse cu achiziii de date cu vitez mare. Principalul avantaj fa de alte metode de detecie este

faptul c instrumentul poate lucra on-line n mod continuu i supravegheat. Exist totu i diferene eseniale datorit aplicrii n industrie fa de funcionarea tradiional a dispozitivului IMS. Spectrul mobilitii ionilor conine informaii despre natura diferitelor componduri prezente n mostra de gaz. Pe spectru apar vrfuri, dar deplasarea poziiei vrfurilor este corelat cu numrul total de produse de descompunere. Modificarea caracteristicilor gazului datorit produilor de descompunere se obine comparnd spectrul de mobilitate al ionilor pentru gazul din exploatare cu spectrul de referin al gazului pur. Are loc, prin urmare, o deplasare a vrfului spectrului spre timpi de deviaie mai mici sau mai mari, cauzat de ioni cu mobiliti diferite. n acela i timp, lrgirea vrfului spectrului este rezultatul unei varietai mai mari de ioni formai de produsele de descompunere a SF6 n timpul descrcrilor. Deplasarea vrfului este parial dependent de energia arcului electric, sau a descrcrilor pariale. Instrumentul se bazeaz pe o deviaie a ionilor la presiune atmosferic sub influena cmpului electric. Ionii sufer un proces de separaie datorit vitezelor de deviaie diferite datorate maselor i sarcinilor diferite. n aplicaiile industriale a fost construit un IMS de rezoluie mai mic avnd locul de plecare a ionilor necunoscut. n mod normal se folose te un shutter Bradbury-Nielsen (poarta de ioni electrici)) care se deschide pentru intervale scurte de timp (ntre cteva s i 1 ms) i doar atunci le este permis ionilor intrarea n zona de deviaie. n cazul nostru, un volum de gaz SF6 contaminat va ptrunde n zona de ionizare i de deviaie. Prin urmare, reaciile de transfer de sarcin apar n zona de deviaie. Mecanismul formrii ionilor n gazul SF6 este actualmente cercetat folosind un IMS de rezoluie mare.

Rezultate

IMS a fost conectat la compartimentul de gaz printr-un tub de polietilen subire care a permis ca un mic volum de gaz s treac prin instrument, ajustabil printr-o supap. Pentru a asigura condiii comparabile, s-a obinut local un spectru de referin a gazului pur care a artat c nu exist diferene semnificative fa de spectrul obinut n laborator. Timpul de achiziie a datelor, inclusiv procesarea lor, a fost numai de cteva minute, ceea ce face ca aceast metod s fie interesant din punct de vedere al utilizatorilor. Debitul de gaz a fost ajustat la 2l/h la presiune ambiant. Timpul total de msurare a fost sub 5 minute. Valva de umplere a fost conectat la IMS (vezi figura 1) prin intermediul unui adaptor special i a unei evi de teflon cu diametrul interior de 1mm.

n mod normal spectrul mobilitii ionilor conine informaii despre natura diferitelor compounduri prezente n mostra de gaz. Pe spectru apar vrfuri, dar deplasarea poziiei vrfurilor este corelat cu numrul total de produse de descompunere.

Modificarea caracteristicilor gazului datorit produilor de descompunere se obine comparnd spectrul de mobilitate al ionilor al gazului din exploatare cu spectrul de referi al gazului pur. Are loc o deplasare a vrfului spectrului spre timpi de deviaie mai mici sau mai mari, cauzat de ioni cu mobiliti diferite. n acela i timp, lrgirea vrfului spectrului este rezultatul unei varieti mai mari de ioni formai de produsele de descompunere a SF6 n timpul descrcrilor. Deplasarea vrfului este parial dependent de energia arcului electric, sau a descrcrilor pariale. n figura 2 se observ

schimbarea poziiei vrfurilor calculate din spectrul gazului SF6 al fiecrui

compartiment de faz A, B, C (sau R, S, T).

Cele mai importante produse de decompoziie, ce apar n camerele de descrcare cu electrozi de cupru, sunt SOF2 (fluorura de tionil), SOF4 (tetrafluorura de tionil) i SO2 2

F (fluorura sulfuric).

Valorile recomandate de CIGRE pentru concentraia total a produselor de descompunere variaz ntre 500ppmv(pri pe milion din volum) i 2000ppmv. Dispozitivele de monitorizare bazate pe IMS sunt echipamente compacte i portabile, i deci, utilizabile n msurtori n exploatare. Ele se conecteaz la compartimentele de comutaie umplute cu gaz printr-un tub subire de polietilen, care limiteaz cantitatea de SF6, analizat de instrument. Se obine astfel un raport asupra strii actuale a gazului. Prin calibrarea condiiilor de funcionare i scalarea timpului de deviaie, se poate estima durata de via, rmas, a echipamentului aflat n exploatare. n baza de date a dispozitivului sunt cuprinse informaii privind: tipul productorului, presiunea gazului, frecvena de comutaie, tensiunea nominal, curentul nominal, ceea ce permite, ca la cerere s se realizeze o comparaie ntre productori

Proprietile gazului SF6

Datorit proprietilor, SF6 este mediul gazos ideal pentru st