Comment calculer la teneur en humidité dans les équipements GIS et GIL remplis de SF₆

Comprendre le point de rosée, les ppmv, la pression, la température et la teneur en vapeur d'eau du SF₆

Dans les appareillages de commutation isolés au gaz (GIS) et les lignes de transmission isolées au gaz (GIL), l'hexafluorure de soufre (SF₆) est largement utilisé comme milieu isolant et d'extinction d'arc. Le maintien d'une qualité de gaz appropriée est essentiel pour des performances d'isolation fiables, la durée de vie des équipements et un fonctionnement sûr.

Parmi les différents paramètres de qualité du gaz SF₆,la teneur en humidité est l'un des facteurs les plus importants à surveiller.

Une humidité excessive peut réduire les performances diélectriques du gaz et, dans certaines conditions, contribuer à la formation de sous-produits corrosifs ou liés à la décomposition. Pour cette raison, les fabricants de GIS et GIL, les ingénieurs de mise en service et les équipes de maintenance mesurent régulièrement le point de rosée ou la concentration d'humidité du SF₆.

Mais une question importante se pose souvent :

Si un analyseur de SF₆ indique une certaine concentration d'humidité, quelle quantité d'eau est réellement présente à l'intérieur du compartiment GIS ou GIL ?

La réponse nécessite une compréhension de la relation entrele point de rosée, les ppmv, la pression du gaz, la température et le volume du gaz.

1. Que signifie la teneur en humidité du SF₆ ?

Lorsqu'un analyseur de gaz SF₆ indique de l'humidité, le résultat peut être exprimé dans différentes unités, en fonction de l'instrument et de l'application.

Les unités courantes comprennent :

• Point de rosée (°C)
• Concentration d'humidité (ppmv)
• Concentration d'humidité (mg/m³)

Ces paramètres décrivent la quantité de vapeur d'eau présente dans la phase gazeuse du SF₆.

Par exemple, une lecture de :

100 ppmv H₂O

signifie que la vapeur d'eau occupe environ 100 parties par million en volume du mélange gazeux dans les conditions de mesure définies.

Cela ne signifie pasnécessairementque l'ensemble du compartiment GIS ne contient qu'une quantité fixe d'eau égale à l'eau calculée en phase gazeuse.

Cette distinction est importante car l'humidité peut également être absorbée ou adsorbée par les matériaux isolants, les joints et les surfaces internes.

2. Point de rosée vs. ppmv

Le point de rosée et les ppmv décrivent l'humidité de différentes manières.

Point de rosée

Lepoint de roséeest la température à laquelle la vapeur d'eau commence à se condenser sous une condition de pression spécifiée.

Un point de rosée plus bas indique généralement un niveau d'humidité plus faible.

Par exemple, le SF₆ avec un point de rosée de −40°C est significativement plus sec que le SF₆ avec un point de rosée de −20°C.

ppmv

ppmv (parties par million en volume)exprime directement la concentration relative de vapeur d'eau dans le gaz.

Cependant, le point de rosée et les ppmv ne doivent pas être considérés comme des valeurs fixes interchangeables.

La relation entre le point de rosée et la concentration d'humidité dépend de facteurs tels quela pression, la température et les propriétés thermodynamiques du mélange gazeux.

Par conséquent, lors de la conversion d'une mesure de point de rosée en concentration d'humidité, les conditions de mesure doivent être clairement définies.

3. Comment calculer la quantité de vapeur d'eau

Si la concentration d'humidité est déjà disponible en ppmv, la quantité approximative de vapeur d'eau dans un compartiment GIS ou GIL peut être calculée à l'aide de l'équation des gaz parfaits.

La quantité totale de gaz est :

n = PV / RT

où :

• n= quantité totale de gaz, mol
• P= pression absolue, Pa
• V= volume de gaz, m³
• R= constante universelle des gaz, 8,314 J/(mol·K)
• T= température absolue, K

Si la concentration d'humidité estC ppmv, la quantité approximative de vapeur d'eau est :

n(H₂O) = n * C / 1 000 000

La masse d'eau correspondante est :

m(H₂O) = n(H₂O) * 18,015 g/mol

Cela fournit une estimation de la vapeur d'eau contenue dans la phase gazeuse.

4. Exemple : Compartiment GIS de 1 m³

Considérons un exemple simplifié.

Un compartiment GIS a :

• Volume de gaz :1 m³
• Pression absolue du SF₆ :0,6 MPa
• Température du gaz :20°C
• Concentration d'humidité :100 ppmv

Convertir d'abord la température :

T = 20 + 273,15 = 293,15 K

En utilisant :

n = PV / RT

nous obtenons approximativement :

n ≈ 246 mol

La quantité de vapeur d'eau est donc approximativement :

246 * 100 / 1 000 000 = 0,0246 mol

En utilisant la masse moléculaire de l'eau :

m ≈ 0,0246 * 18,015 ≈ 0,44 g

Par conséquent, dans ces conditions spécifiques, la phase gazeuse contient environ :

0,44 g de vapeur d'eau

Cet exemple illustre un point important : même une concentration d'humidité relativement faible peut correspondre à une quantité d'eau mesurable lorsque le volume et la pression du gaz sont importants.

5. Pourquoi la pression et la température sont importantes

Le calcul ci-dessus ne peut pas être appliqué universellement à tous les systèmes GIS ou GIL.

Pour le même volume de gaz et la même concentration d'humidité, l'augmentation de la pression absolue augmente la quantité totale de gaz contenue dans le compartiment et donc augmente la quantité correspondante de vapeur d'eau.

La température affecte également la relation entre les propriétés du gaz, la pression de vapeur et le point de rosée.

C'est pourquoi une évaluation appropriée de l'humidité devrait enregistrer au moins :

• Pression du gaz
• Température du gaz
• Volume de gaz, lorsque la quantité totale d'eau est estimée
• Concentration d'humidité ou point de rosée
• Conditions de mesure

Dans les tests pratiques de SF₆, la méthode de mesure de l'analyseur et les conditions d'échantillonnage doivent également être prises en compte.

6. La valeur calculée représente-t-elle toute l'eau à l'intérieur du GIS ?

Non.

C'est peut-être le point le plus important lors de l'interprétation des mesures d'humidité du SF₆.

La valeur calculée représente une estimation de lavapeur d'eau présente dans la phase gazeuse.

Un système GIS ou GIL peut également contenir de l'humidité associée à :

• Matériaux isolants solides
• Surfaces métalliques internes
• Matériaux d'étanchéité
• Humidité de surface adsorbée
• Humidité résiduelle introduite lors de la fabrication ou de l'installation

Ces matériaux peuvent libérer progressivement de l'humidité dans le gaz SF₆.

Par conséquent, les lectures d'humidité peuvent changer après la mise en service, le remplissage de gaz, l'évacuation ou les opérations de séchage.

Par exemple, un GIS peut initialement présenter une lecture d'humidité relativement faible après séchage, mais la valeur peut augmenter plus tard à mesure que l'humidité résiduelle migre des matériaux internes vers le gaz SF₆.

Par conséquent, le test d'humidité n'est pas simplement un calcul ponctuel.La surveillance des tendances et des procédures de mise en service appropriées sont tout aussi importantes.

7. Comment l'humidité du SF₆ est-elle mesurée en pratique ?

Sur le terrain, les ingénieurs utilisent normalement un analyseur de gaz SF₆ pour mesurer des paramètres tels que :

• Pureté du SF₆
• Point de rosée / humidité
• SO₂
• Autres produits de décomposition, en fonction de la configuration de l'analyseur

Pour la mise en service et la maintenance de routine des GIS et GIL, les analyseurs portables permettent aux ingénieurs de prendre des mesures directement sur l'équipement sans retirer toute la charge de gaz.

Un analyseur multifonctionnel peut être particulièrement utile car la qualité du gaz est rarement déterminée par la seule humidité.

Par exemple, leKS30-3 SF₆ Gas Analyzer de KSTONEest conçu pour les tests de qualité de gaz SF₆ de routine, combinant des mesures telles que la pureté du SF₆, le point de rosée et le SO₂ dans un seul instrument.

Pour les applications nécessitant différents paramètres de qualité de gaz, lasérie d'analyseurs de gaz SF₆ modulaires KS30peut être configurée en fonction des exigences de test du client.

8. De la mesure de l'humidité à la gestion de la qualité du gaz

Le contrôle de l'humidité doit être considéré comme faisant partie d'une stratégie plus large de gestion du gaz SF₆.

Un flux de travail typique de qualité de gaz GIS/GIL peut inclure :

Remplissage de gaz → mesure de mise en service → inspection périodique → récupération de gaz → test de qualité de gaz → traitement ou purification → réutilisation

Au cours de ces processus, une mesure précise de l'humidité aide les ingénieurs à déterminer si le gaz SF₆ est adapté à une utilisation continue ou s'il nécessite un traitement supplémentaire.

Combinée à des équipements de récupération et de manipulation de gaz SF₆, l'analyse d'humidité peut également aider à soutenir une gestion de gaz plus systématique et à réduire les pertes inutiles de SF₆.

Conclusion

Le calcul de l'humidité dans les équipements GIS et GIL remplis de SF₆ nécessite plus que la simple lecture d'un chiffre sur un analyseur.

Le point de rosée, les ppmv, la pression, la température et le volume de gaz sont étroitement liés, et chaque paramètre fournit des informations différentes sur l'état du gaz.

Si la concentration d'humidité est connue en ppmv, l'équation des gaz parfaits peut être utilisée pour estimer la quantité de vapeur d'eau dans la phase gazeuse. Cependant, cette valeur calculée ne doit pas être confondue avec la quantité totale d'humidité contenue dans l'ensemble du système GIS ou GIL.

Pour une gestion fiable du gaz SF₆, une mesure précise, des conditions d'échantillonnage cohérentes et une interprétation appropriée des résultats sont essentielles.

KSTONE fournit des analyseurs de gaz SF₆ et des équipements de manipulation de gaz pour les GIS, GIL et autres équipements électriques isolés au SF₆, aidant les ingénieurs dansles tests de qualité de gaz SF₆, la récupération, le traitement et la réutilisation.