วิธีการรักษาสมรรถนะฉนวนของเบรกเกอร์ SF6 มีอะไรบ้าง

การเข้าใจคุณสมบัติของก๊าซ SF6 ที่มีความสำคัญต่อความสมบูรณ์ของฉนวน

ความแข็งแรงของฉนวนและการพึ่งพาแรงดัน–อุณหภูมิของก๊าซ SF6

ซัลเฟอร์เฮกซาฟลูออไรด์ (SF6) มีคุณสมบัติเป็นฉนวนที่โดดเด่น ดีกว่าอากาศทั่วไปประมาณ 2.5 ถึง 3 เท่า เนื่องจากโมเลกุลของมันสามารถจับอิเล็กตรอนได้อย่างมีประสิทธิภาพ ประสิทธิภาพของฉนวนนี้ขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของก๊าซเป็นหลัก ซึ่งเปลี่ยนแปลงตามระดับความดันและอุณหภูมิโดยรอบ เมื่อความดันเพิ่มขึ้น ความแข็งแรงเชิงไดอิเล็กทริกก็จะเพิ่มขึ้นในลักษณะเส้นตรง แต่ต้องระวังเมื่ออุณหภูมิลดลงต่ำกว่าลบ 5 องศาเซลเซียส เพราะที่จุดนั้น SF6 จะเริ่มกลายเป็นของเหลว และความหนาแน่นจะลดลงอย่างฉับพลัน แม้จะสูญเสียความหนาแน่นของก๊าซเพียง 10% จากการรั่วไหล การหดตัวจากอากาศหนาว หรือการเติมก๊าซไม่เพียงพอ ก็สามารถทำให้แรงดันทะลุทะลายลดลงได้ประมาณ 15 ถึง 20 เปอร์เซ็นต์ ตามการวิจัยของ IEEE ในปี 2023 การรักษาระดับความดันทำงานไว้ระหว่าง 4 ถึง 6 บาร์จึงมีความสำคัญอย่างยิ่งในการป้องกันการปล่อยประจุบางส่วนที่น่ารำคาญใจ ซึ่งมักเกิดขึ้นระหว่างแรงดันไฟฟ้ากระชากอย่างฉับพลัน

ความบริสุทธิ์ของก๊าซและปริมาณความชื้นส่งผลต่อแรงดันทะลุทะลายอย่างไร

การมีสิ่งเจือปนอยู่นั้นมีผลเสียต่อคุณสมบัติการเป็นฉนวนของ SF6 อย่างมาก เมื่อระดับความชื้นเกิน 200 ส่วนในล้านส่วน (ppm) ความชื้นจะรวมตัวกับวัสดุที่สลายตัวระหว่างการเกิดอาร์กไฟฟ้า จนกลายเป็นกรดไฮโดรฟลูออริก ซึ่งนำไปสู่การกัดกร่อนของขั้วต่ออย่างรวดเร็ว และอาจทำให้แรงดันทะลุทะลวงลดลงได้ถึง 30 ถึง 40 เปอร์เซ็นต์ การปนเปื้อนของอากาศก็มีความสำคัญไม่น้อย หากปริมาณออกซิเจนและไนโตรเจนเกินครึ่งเปอร์เซ็นต์ ความแข็งแรงเชิงฉนวนจะลดลงประมาณ 15% ก๊าซเหล่านี้นำพาอนุภาคเข้ามา ทำให้จำนวนอิเล็กตรอนเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ซึ่งทุกคนทราบดีว่าไม่ใช่เรื่องดี เพื่อให้ระบบสามารถใช้งานได้อย่างยั่งยืน การตรวจสอบความบริสุทธิ์ของก๊าซอย่างสม่ำเสมอโดยใช้เทคนิคโครมาโทกราฟีก๊าซจึงเป็นสิ่งจำเป็น ความชื้นควรคงอยู่ต่ำกว่า 20 ppm ด้วยเหตุนี้จึงมีตัวดูดความชื้นในตัวติดตั้งไว้ ข้อมูลอุตสาหกรรมแสดงให้เห็นว่า ทุกๆ การเพิ่มขึ้น 50 ppm ของความชื้น จะเพิ่มโอกาสการเกิดข้อผิดพลาดถึง 18% ตามการวิจัยจาก CIGRE ในปี 2022 นั่นคือเหตุผลว่าทำไมการควบคุมความชื้นจึงไม่ใช่ทางเลือก แต่มีผลกระทบไม่เพียงแต่ต่อประสิทธิภาพในการเป็นฉนวนเท่านั้น แต่ยังส่งผลต่ออายุการใช้งานของชิ้นส่วนต่างๆ ก่อนที่จะต้องมีการเปลี่ยนใหม่

การรักษาระดับความหนาแน่นของก๊าซ SF6 และความสมบูรณ์ของการปิดผนึก

การรักษาระดับความหนาแน่นของก๊าซให้อยู่ในเกณฑ์ที่เหมาะสมในเบรกเกอร์ SF6 มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อความปลอดภัย เนื่องจากความต้านทานฉนวนจะลดลงอย่างมากเมื่อมีการสูญเสียความหนาแน่นแม้เพียงเล็กน้อย โดยเฉพาะหากลดลงเพียง 10% ก็อาจก่อให้เกิดปัญหาร้ายแรงได้ ด้วยเหตุนี้ สถานที่ส่วนใหญ่จึงเริ่มนำระบบตรวจสอบแบบเรียลไทม์มาใช้เป็นส่วนหนึ่งของขั้นตอนปกติแล้ว ระบบทันสมัยเหล่านี้มาพร้อมกับเซ็นเซอร์ที่ปรับค่าตามการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ และทำงานด้วยอัลกอริทึมที่ออกแบบมาโดยเฉพาะให้เหมาะกับสภาพแวดล้อมของแต่ละพื้นที่ โดยหลักการคือ ติดตามความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันและอุณหภูมิในช่วงเวลาหนึ่ง ตรวจจับรูปแบบการรั่วของก๊าซที่ผิดปกติ และคำนึงถึงผลกระทบของอุณหภูมิภายนอกที่มีต่อสภาพภายในเบรกเกอร์ ระบบจะอัปเดตข้อมูลโดยประมาณทุก 15 วินาที หากความหนาแน่นของก๊าซลดลงเหลือ 90% ของค่าปกติ สัญญาณเตือนจะทำงานทันที และวาล์วพิเศษจะทำงานโดยอัตโนมัติเพื่อปิดกั้นส่วนที่เกิดปัญหา โรงงานที่ติดตั้งโซลูชันการตรวจสอบประเภทนี้ โดยทั่วไปจะพบว่าการหยุดทำงานที่ไม่คาดคิดลดลงประมาณ 72% เมื่อเทียบกับโรงงานรุ่นเก่าที่ยังคงดำเนินการตรวจสอบรายไตรมาสด้วยมือ

การตรวจสอบความหนาแน่นแบบเรียลไทม์เพื่อป้องกันการเสื่อมสภาพของฉนวน

ระบบตรวจสอบความหนาแน่นมักใช้เซ็นเซอร์หลายตัวทำงานร่วมกัน โดยมีระดับความแม่นยำประมาณบวกหรือลบครึ่งเปอร์เซ็นต์ตลอดช่วงการปฏิบัติงานทั้งหมด สิ่งที่ทำให้ระบบนี้มีคุณค่าไม่ได้อยู่แค่การบันทึกตัวเลขเท่านั้น แต่ยังวิเคราะห์รูปแบบแรงดันในอดีตและสามารถตรวจจับการรั่วซึมที่อาจเกิดขึ้นได้ล่วงหน้าหลายสัปดาห์ การแจ้งเตือนล่วงหน้านี้ช่วยให้ทีมบำรุงรักษาสามารถแก้ไขปัญหาก่อนที่จะเกิดความเสียหายต่อชั้นฉนวน ระบบจะส่งสัญญาณแจ้งเตือนทันทีที่ค่าที่อ่านได้เบี่ยงเบนจากค่าปกติเกินกว่า 2 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งทำให้ผู้ปฏิบัติงานในโรงงานมีเวลาเพียงพอในการสอบสวนปัญหาโดยไม่จำเป็นต้องหยุดการดำเนินงานหรือเสี่ยงต่อการทำให้ระบบโดยรวมไม่เสถียร

การตรวจจับการรั่วซึมขั้นสูงและการวิเคราะห์ต้นเหตุสำหรับเปลือกปิดสนิท

การตรวจจับการรั่วสมัยใหม่รวมการสแกนอัลตราโซนิกกับวิธีการใช้ก๊าซติดตามฮีเลียม เผยพิกัดการรั่วได้อย่างเชื่อถือได้ขนาดเล็กถึง 10 ไมโครบาร์·ลิตร/วินาที ระหว่างการบำรุงรักษาตามปกติ การวิเคราะห์หาสาเหตุหลักจะทำตามระเบียบวิธีสามขั้นตอนอย่างเข้มงวด:

แนวทางนี้เปลี่ยนการบำรุงรักษาจากการแก้ไขแบบตอบสนองไปสู่ความทนทานที่ได้รับการออกแบบอย่างมีวิศวกรรม—ยืดอายุการใช้งานอุปกรณ์เพิ่มขึ้น 8–12 ปี และลดการรั่วซ้ำได้ถึง 95% ผ่านโซลูชัน เช่น จอยต์เคลือบฟลูออรีโพลีเมอร์ และการออกแบบรอยเชื่อมที่ทนต่อการสั่นสะเทือน

กลยุทธ์การควบคุมความชื้นเพื่อความน่าเชื่อถือระยะยาวของเบรกเกอร์ SF6

กลไกการเสื่อมสภาพของซีลและจอยต์ กับผลกระทบต่อการซึมเข้าของความชื้น

ซีลและจอยต์เสื่อมสภาพจากกระบวนการชราภาพ การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ และการสัมผัสสารเคมี—ทำให้เกิดทางเล็กๆ ที่ความชื้นจากบรรยากาศสามารถแทรกซึมเข้าไปในช่องปิดผนึก SF6 ได้ เนื่องจากความชื้นที่สูงกว่า 200 ppm สามารถลดความแข็งแรงของฉนวนไฟฟ้าได้ถึง 30% และส่งเสริมการเกิดผลพลอยได้ที่นำไฟฟ้าระหว่างการอาร์ก การควบคุมการซึมเข้าจึงเป็นพื้นฐานสำคัญต่อความสมบูรณ์ของฉนวน โหมดการเสื่อมสภาพหลัก ได้แก่:

• ความล้มเหลวจากชุดอัดแน่น : อีลาสโตเมอร์จะเกิดการเปลี่ยนรูปอย่างถาวรภายใต้แรงที่กระทำต่อเนื่อง ทำให้สูญเสียแรงยึดแน่นในการปิดผนึก
• การแตกร้าวจากโอโซน : โอโซนในบรรยากาศทำปฏิกิริยากับสายพอลิเมอร์ในชิ้นส่วนยาง ส่งผลให้เกิดความเสียหาย
• การเปราะตัวจากความร้อน : การขยายและหดตัวซ้ำๆ จากการให้ความร้อนและระบายความร้อน ทำให้ความยืดหยุ่นลดลง และก่อให้เกิดรอยแตกร้าวจุลภาค
• การบวมจากสารเคมี : การสัมผัสกับน้ำมัน ตัวทำละลาย หรือสารทำความสะอาด ทำให้ขนาดของชิ้นส่วนเปลี่ยนไปและส่งผลต่อความพอดี

ข้อมูลอุตสาหกรรมระบุว่า 62% ของเหตุการณ์รั่วของก๊าซ SF6 เกิดจากการเสียหายของซีล และพบว่าความต้านทานการแตกตัวทางไฟฟ้าลดลงอย่างต่อเนื่องถึง 15% ต่อการเพิ่มขึ้นของความชื้น 100 ppm การเปลี่ยนซีลที่เริ่มเสื่อมสภาพอย่างทันท่วงทีในช่วงการบำรุงรักษาตามแผน สามารถลดความเสี่ยงจากสาเหตุหลักของการเสียหายนี้ได้ ช่วยรักษาความมั่นคงของฉนวนและสนับสนุนการใช้งานที่เชื่อถือได้นานหลายทศวรรษ

คำถามที่พบบ่อย

อุณหภูมิต่ำมีผลต่อก๊าซ SF6 อย่างไร

อุณหภูมิต่ำสามารถทำให้ก๊าซ SF6 เปลี่ยนสถานะเป็นของเหลว ซึ่งจะลดความหนาแน่นและความสามารถในการเป็นฉนวนไฟฟ้าอย่างมีนัยสำคัญ ส่งผลให้ประสิทธิภาพในการเป็นฉนวนลดลง

ทำไมการตรวจสอบความหนาแน่นของก๊าซ SF6 ในเบรกเกอร์จึงมีความสำคัญ

การตรวจสอบมีความสำคัญเนื่องจากการลดลงของความหนาแน่นก๊าซ SF6 อาจนำไปสู่การเสื่อมสภาพของการเป็นฉนวน ระบบตรวจสอบแบบเรียลไทม์ช่วยป้องกันเหตุการณ์ดังกล่าวโดยการตรวจจับการรั่วไหลในระยะเริ่มต้น

ความชื้นมีผลต่อคุณสมบัติการเป็นฉนวนของ SF6 อย่างไร

ระดับความชื้นที่สูงจะทำให้เกิดกรดไฮโดรฟลูออริก ซึ่งกัดกร่อนขั้วไฟฟ้าและลดแรงดันทะลุทะลายลงอย่างมีนัยสำคัญ

สาเหตุหลักของการรั่วไหลของก๊าซ SF6 คืออะไร

สาเหตุสำคัญ ได้แก่ การเสื่อมสภาพของซีลและปะเก็นอันเนื่องมาจากการใช้งานมานาน การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ สารเคมี และการติดตั้งที่ไม่ถูกต้อง ซึ่งนำไปสู่การเข้าของความชื้นจากบรรยากาศ