幾十年來，SF?（六氟化硫）一直是氣體絕緣開關設備和高壓變壓器中的絕緣和滅弧氣體----因為它具有出色的介電特性。然而，六氟化硫作為一種具有強烈溫室效應的氣體，正日益成為監管部門關注的焦點。為了減少對環境的影響，制造商越來越多地使用混合氣體，例如與氮氣（N?）或四氟化碳（CF?）的混合氣體。精確測量 SF? 的濃度對確保絕緣安全和功能至關重要。

使用純 SF6 時，通常使用 20 °C 時的理論壓力作為參考值。P?? 壓力是充氣量和報警閾值的全行業參考值： 它將每個測得的壓力/溫度對轉換為 20 °C，從而作為摩爾氣體密度的中性溫度測量值，并因此用于監測氣體的絕緣強度、液化和泄漏。然而，在有空氣進入的情況下（例如，由于供氣管線泄漏或吹掃過程不充分）或使用 SF? 混合物（通常為 N2 或 CF4）時，這個值就不夠用了，因為盡管 P??相同，但不同的混合物的介電強度會明顯降低。因此，當下的混合氣體和低GWP [1] 系統必須使用特定于混合物的密度算法或標準氣體分析來補充 P??。

1增溫潛勢（global warming potential，GWP）：GWP是一種物質產生溫室效應的一個指數。

圖1: 相對介電強度誤差 (E_rel) 和所需壓力補償 (P-系數)。

圖 1 說明了 SF6 濃度對介電強度的影響。E_rel 系數描述了在壓力 P?? 不變的情況下（1 = 純 SF?）預期的相對介電強度。P 系數表示為使混合物達到與純 SF? 相同的強度而必須增加的壓力（或指定的 P?? 值）的系數。

例如，純 P?? 繼電器的氮氣/SF6 混合比為 50/50，雖然實際強度比目標值低 35%，但仍可報告為 “綠色”。為了彌補這一缺陷并達到所需的介電強度，壓力必須增加 1.54 倍，這反過來又會對密封件、壓力設計和冷凝儲備造成壓力。

使用了哪些氣體?

密度測量

我們使用 DGF-I1 氣體密度傳感器測量密度。為此，對現有的標定過程進行了調整和擴展，以包括純 SF6 的測量。然后，利用在不同壓力和溫度條件下記錄的測量值來優化現有的濃度測量物理模型。該模型可確保今后不再需要用 SF6 進行實際氣體標定，從而使每個傳感器隨后都能輕松配置用于該應用。

我們的傳感器

DGF-I1 密度傳感器的直徑為 33.5 毫米，長度為 63 毫米，設計非常小巧，可以安裝在最小的空間內。它通過集成的連接件直接擰入氣體管道或控制柜中，以達到絕緣的目的；過濾器可防止污染。測量值通過 RS485 接口傳輸到上一級系統。傳感器的響應時間短、功耗低，可直接在生產過程中對所需的 SF6 濃度進行連續監測 - 無需中斷測量。

測量誤差:

密度:<0.1 kg/m3

溫度:<0.8 °C

壓力:<0.04 bar

現場調整密度:<0.05 kg/m3

重復性:

密度:<0.015 kg/m3

溫度:<0.06 °C

壓力:<0.005 bar

容許密度測量范圍:

0.2 ~ 19 kg/m3

容許壓力范圍:

量程:

1…10 bar

如混合氣體有氬氣壓力上限到9 bar

爆破壓力30 bar

結論

由于密度測量精度高（測量誤差小于 0.1 kg/m3），絕緣氣體的濃度和凈化過程的進度都可以輕松監控。這樣就能確保滿足所需的技術要求，并在所有工藝步驟中（例如在外殼填充或維護期間）實現高水平的安全可追溯性。

使用我們的緊湊型密度傳感器，可以在運行條件下精確、連續地監測含有 SF? 的各種混合氣體。實時監測對于確保絕緣安全和工藝質量至關重要，尤其是在逐步用對氣候破壞較小的氣體取代 SF? 時--現有系統通常不是針對混合氣體設計的。

我們的技術可同時實現:

因此，精確的密度測量是確定絕緣氣體混合物中 SF? 濃度的有力工具。根據所選氣體混合物和測量濃度，這反過來又可確保達到所需的介電強度。

在對法規和生態敏感的環境中，它能提高透明度和安全性，這一切都有利于變壓器的智能、可持續運行。