一、簡介
由于對環(huán)境保護的要求越來越高，在電力輸送過程中要求向大容量、遠距離和超高壓方向發(fā)展，同時，電氣設(shè)備的發(fā)展又依賴于優(yōu)良的絕緣介質(zhì)和滅弧介質(zhì)。傳統(tǒng)的絕緣介質(zhì)和滅弧介質(zhì)是絕緣油，但絕緣油最明顯的缺陷是具有可燃性，如果電氣設(shè)備發(fā)生損壞短路，就有可能出現(xiàn)電弧，引發(fā)火災。在城市電網(wǎng)中，要求供電功率大，并且連續(xù)送電，最重要的是要保證用電安全。自20世紀六氟化硫被人們合成出來以后，這種不燃燒、抗老化的新型絕緣介質(zhì)逐漸引起世人的關(guān)注。
在通常狀態(tài)下，六氟化硫(SF6)是一種無味、無色、無毒的不可燃性氣體，密度約為空氣的5倍，無毒性和腐蝕性，但在有水分存在的情況下，可能發(fā)生分解反應，六氟化硫的一級或二級分解產(chǎn)物都具有毒性和腐蝕性。危害最大的分解產(chǎn)物是氫氟酸(HF)，它對人體具有明顯的危害性，還會腐蝕電氣設(shè)備的材質(zhì)(如陶瓷、玻璃以及其他絕緣材料)。氫氟酸的含量越高，危害性越大，對設(shè)備的腐蝕速度越快。而氫氟酸的濃度取決于六氟化硫中水分的含量，水分的增加會導致氫氟酸的比例增大，同時可能導致電氣性能下降。
二、六氟化硫水分含量標準
為了保證電氣設(shè)備的安全運行，世界上很多國家或組織對六氟化硫氣體的水分含量限值作了具體規(guī)定。我國針對不同行業(yè)的具體要求分別發(fā)布了《電子工業(yè)用六氟化硫》、《工業(yè)用六氟化硫》以及氣體管理和檢測導則等國家標準。電力部門出臺了更為詳細的六氟化硫電氣設(shè)備氣體監(jiān)督檢測、實驗項目和檢測周期等行業(yè)標準。表1為不同國家或組織對六氟化硫新氣的水分含量的規(guī)定。
<CTSM>表1不同國家或組織對于六氟化硫新氣的水分含量標準</CTSM>
我國電力行業(yè)相關(guān)標準對運行中的六氟化硫氣體質(zhì)量的水分監(jiān)督檢測作了更具體的規(guī)定，在20℃條件下，對于斷路器滅弧室的六氟化硫，運行中水分含量不大于37.0(質(zhì)量分數(shù)，PPMw，以下同)，大修后不大于18.5。對于其他氣室，運行中六氟化硫水分含量不大于62.0，大修后不大于31.0。
三、六氟化硫氣體中濕度的測量
現(xiàn)在有多種成熟的方法和儀器可以測量六氟化硫的濕度，工作原理不同，測量范圍和準確度也不相同。
1.露點法
冷鏡式露點儀是目前準確度最高的濕度測量設(shè)備，其測量可靠性、重復性、穩(wěn)定性和方便程度均遠遠高于其他原理的測濕儀器，目前可能是電力部門使用最多的濕度測量設(shè)備。
冷鏡式露點儀的工作原理是基于測量氣體中水蒸氣的分壓。當被測氣體以一定的流量通過露點儀的傳感器時，半導體制冷器會冷卻傳感器的鏡面。當鏡面降到一定溫度時，氣體中的水蒸氣會在鏡面的表面結(jié)露或結(jié)霜，在達到熱力學相平衡狀態(tài)時測得的鏡面溫度，就是被測氣體的露點或霜點值。整個測量過程由光電平衡系統(tǒng)自動控制。這種方法建立在可靠的理論基礎(chǔ)上，是一種通用的濕度標準測量方法。
早期的冷鏡式露點儀采用手動制冷技術(shù)，使用干冰(液態(tài)CO2)或液氮作為冷卻劑。由于制冷速度不易控制，容易造成結(jié)露過沖現(xiàn)象，所以測量準確度不高、重復性差，現(xiàn)在基本上不再使用。
在使用露點儀測量六氟化硫的濕度時，需要注意六氟化硫的液化現(xiàn)象。當露點低于-50℃時，六氟化硫也有可能在露點儀的鏡面上變成液態(tài)，而露點儀本身是不能區(qū)分液態(tài)水和液態(tài)六氟化硫的。這種情況下會造成測量結(jié)果出現(xiàn)誤差，可以考慮使用其他測量方法。
2.電解法
電解法濕度儀也是一種使用比較廣泛的儀器，測量原理基于法拉第定律，屬于一種絕對測量方法，測量范圍通常在1000μL/L(體積分數(shù))以下。
儀器的核心部件是電解池，當被測氣體流經(jīng)電解池時，水蒸氣被電極表面的五氧化二磷(P2O5)薄膜完全吸收，并被電解為氫和氧，被電解水的量與通過電解池的電量成正比。在一定的水蒸氣濃度和氣體流速范圍內(nèi)，水分被吸收的速度和電解的速度是相同的，即水分被連續(xù)地吸收和電解。當吸收和電解過程達到平衡時，電解電流正比于氣體濕度，瞬時的電解電流可以認為是氣體含水量的電信號。電解電流是與氣體流速有關(guān)的，因此，在測量時必須保證氣體有固定的流速(一般為100mL/min)并保持恒定。反應結(jié)束時五氧化二磷再生。若已知環(huán)境溫度、壓力和被測氣體流量，根據(jù)法拉第電解定律和氣體狀態(tài)方程式，可導出電解電流與被測氣體含水量之間的關(guān)系式。根據(jù)電解電流的大小，儀器可以直接顯示氣體含水量。
電解法濕度儀最明顯的使用不便之處是要測定本底值。根據(jù)JJG500-2005《電解法濕度儀》檢定規(guī)程，儀器在使用前需要用高純氣體(一般為高純氮氣)對管路和儀器進行干燥，正常情況下，儀器的本底值應該在6μL/L以下。這一過程可能需要幾個小時甚至更長，會給現(xiàn)場檢測帶來一些不便。
3.阻容法
阻容法露點濕度儀一般是指以濕敏電容或濕敏電阻為感濕元件、測量氣體中水蒸氣含量的儀器儀表，常用于低濕范圍的測量。
濕度傳感器主要由電極、感濕材料和電極基底等部分組成。其中，上層電極由特殊的傳導材料制造，能保證水分子通過，同時又可保護濕敏材料不受灰塵、油污或?qū)щ娏Ｗ拥挠绊?。電極的基底材料常見為玻璃或硅，主要用來支撐傳感器的結(jié)構(gòu)。感濕材料一般為高分子活性聚合物薄膜，能夠吸收水蒸氣，其電參數(shù)(如電容、電阻、介電常數(shù)或頻率等)與周圍環(huán)境的水蒸氣含量具有某種函數(shù)關(guān)系。測量電路測量濕敏元件電參數(shù)的改變，并換算成相應的露點值。在通常工作環(huán)境中，其他極性分子即使能夠穿過上層電極到達濕敏材料薄膜，其所引起的介電常數(shù)變化量仍可以忽略不計。
阻容法露點濕度儀比較明顯的缺點是容易發(fā)生漂移，所以最好一年校準一次，或者重新修正儀器的工作曲線。這類露點儀可以制作成便攜式或防爆型，適合于現(xiàn)場檢測或長時間在線監(jiān)測。
4.其他方法
濕度測量還有一些方法，如重量法和色譜法。由于操作步驟的繁瑣和影響測量準確度的因素較多，無論是在實驗室或現(xiàn)場檢測，都已經(jīng)很少使用。
5.結(jié)論
不同原理的六氟化硫濕度測量儀器，其測量準確度、使用范圍、長期穩(wěn)定性和適用場合均有所不同，應該根據(jù)工作環(huán)境選擇使用，并依據(jù)相應的檢定規(guī)程或校準規(guī)范按時對儀器進行檢定或校準。
