Pomiar jakości i wilgotności gazu SF₆

Część powstających produktów rozkładu gazu SF6 jest bardzo toksyczna. Ze względu na właściwości żrące mogą one korozyjnie oddziaływać na powierzchnie i materiały w komorach gazowych. Z tego względu należy unikać zanieczyszczeń, które powodują powstawanie produktów rozkładu albo przynajmniej je ograniczać.

Wilgotność a ciśnienie

Im wyższe ciśnienie w zbiorniku gazu, tym większa bezwzględna ilość wilgoci w porównaniu ze stanem początkowym. Wilgotność jest więc wartością zależną od ciśnienia, a zatem istotne jest dobre zrozumienie zakresu ciśnienia, w którym pomiar był dokonywany. Z tego względu wilgotność jest mierzona pod ciśnieniem panującym wewnątrz komory lub standardowym ciśnieniem atmosferycznym (100 kPa absolutne). Pomiar wilgotności w standardowym ciśnieniu atmosferycznym może być wykorzystany do porównania jakości gazów w stanie początkowym, jednak to pomiar punktu rosy/szronu pod ciśnieniem w komorze odzwierciedla rzeczywistą jakość gazu, w realnych warunkach otoczenia. Jest to szczególnie istotne dla pomiarów gazu w urządzeniach wysokiego napięcia, gdzie ciśnienie w komorze ma znacznie wyższą wartość niż ciśnienie atmosferyczne. Multianalizator WIKA, model GA11, pozwala na przełączanie jednostek pomiaru. W celu pomiaru punktu rosy/szronu względem ciśnienia w komorze należy wybrać °Ctdpr. Pomiar względem ciśnienia atmosferycznego jest możliwy przy wybraniu jednostki °Ctd.

W celu zlikwidowania wpływu ciśnienia na wskazanie punktu rosy lub szronu zaleca się wyrażenie wilgotności w μl/l (ppmv). Ponieważ należy unikać formowania się produktów rozkładu, trzeba dodatkowo wyróżnić układy z przełączaniem i bez. Komory nieprzełączające są mniej wrażliwe na formowanie się produktów rozkładu, ale nadal wymagają punktu rosy/szronu poniżej –5 °C dla ciśnienia w zbiorniku, aby zapewnić ponowną sublimację (lód nie przewodzi prądu). Maksymalna dopuszczalna zawartość wody w komorach rozdzielczych jest określona przez producentów rozdzielnic, a wartości graniczne są ogólnie niższe. Wynika to z tego, że przełączanie powoduje powstawanie łuku elektrycznego, a ilość niepożądanych produktów rozkładu zależy bezpośrednio od ilości cząsteczek wody, które mogą uczestniczyć w reakcji.

Wpływ wilgoci na właściwości termofizyczne

W przypadku gazów dominujący charakter mają zjawiska adsorpcji, absorpcji i desorpcji. Wynika to z dążenia do stanu równowagi zwanego ciśnieniem pary nasyconej. Jeżeli powierzchnie materiałów konstrukcji zbiorników gazu charakteryzują się znacznie większą wilgotnością niż sam gaz, proces dążenia do równowagi spowoduje dalsze zwiększenie wilgotności gazu, co może mieć krytyczne znaczenie dla właściwości izolacyjnych medium. W warunkach stabilnej temperatury procesy adsorpcji i desorpcji się równoważą, jednak podwyższenie temperatury powoduje zwiększenie prędkości desorpcji, do momentu ponownego uzyskania równowagi. W związku z tym punkt rosy lub szronu dla gazu będzie wyższy. Obniżenie temperatury powoduje zjawisko odwrotne.

W praktyce pomiary mogą być wykonywane w niskiej temperaturze. Analiza gazu wykaże wówczas małą wilgotność. Po uzyskaniu wyższej temperatury zbiornika gazu poziom wilgotności wzrośnie, co może prowadzić do błędnej interpretacji wyników pomiaru.

Jeszcze inne problemy pomiarowe występują podczas badania komór gazowych z różnymi konfiguracjami połączeń rurowych. Długość rur ma kluczowe znaczenie dla pomiaru. Po pierwsze, niektóre analizatory nie pozwalają użytkownikowi zmieniać czasu trwania pomiaru. Powoduje to uzyskanie wskazania znacznie lepszej jakości, co jest oczywiste, gdyż większość gazu pobrana została z układu rur. Ponieważ rury są wykonane przede wszystkim z miedzi lub stali nierdzewnej, jakość znajdującego się w nich gazu będzie prawdopodobnie lepsza niż w zbiornikach wykonanych z odlewów aluminiowych lub z izolacją z żywicy epoksydowej – ze względu na właściwości absorpcji, adsorpcji i desorpcji tych materiałów. Po drugie, dodatkowe błędy pomiaru powstają, gdy operatorzy przeprowadzają proces pompowania wstecznego zaraz po pomiarze. Każdy układ pomiarowy powoduje niewielkie zwiększenie wilgotności gazu, na co wpływają również zjawiska fizyczne wynikające ze sprężania i rozprężania gazu. W komorach gazowych zwiększenie to można zignorować ze względu na to, że w procesie pomiaru pobierana jest niewielka ilość gazu. Jeżeli jednak po pierwszym pomiarze ten sam gaz jest pobierany z orurowania, przyrząd pomiarowy wskaże wyższą wartość wilgotności.

WIKA POLSKA Sp. z o.o. sp. k.
tel. 508 108 169, fax 54 23 01 105
e-mail: tomasz.cwiklinski@wika.com
www.wikapolska.pl

źródło: Automatyka 4/2019