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湿度修正关于温度修正公式的意见
关于SF6电气设备中气体湿度测试偏差修正的意见
早在上世纪90年国内已提出在测试SF6电气设备中气体湿度时温度影响的偏差问题,国外部分厂家根据设备的特点提出了对应的测试温度修正曲线或方法。
GB/T8905-1996《六氟化硫电气设备中气体管理和检测导则》中也规定了SF6电气设备在20℃时气体湿度的允许值。
这样当测试环境温度偏离20℃时,就需要进行温度偏差修正,但国内至今在湿度测试规范中未提出对应的修正方法(曲线)。
当现场测试不能安排在20℃时,无法进行温度偏差的湿度修正,在判断设备中湿度是否合格带来了一定难度,同时不利于掌握设备气体湿度的变化趋势。
多年的测试和实践;认为SF6电气设备中气体湿度是随环境温度的变化而变化的,湿度变化形态基本是随温度升高而增大。
这种现象是公认的事实,湿度测试规范中应确认对测试温度偏离20℃的湿度修正公式和方法。
一.湿度修正的理论
有关湿度变化的机理,国内有多家研究结果,综合有以下几种理论;
(1)在一定的温度下,设备内部气固两相水分子运动对应一个动态平衡,不同的环境温度,会导致设备中的固体材料吸附或释放水分。
环境温度高时,固体材料吸附的水分会释放到六氟化硫气体中,即固体材料吸附的水分减少,而气体中的水分含量相应增加;反之,环境温度降低时,六氟化硫气体中的一部份水分会被固体材料吸附,即气体中的水分含量会减低,而固体材料吸附的水分会相应增加;设备内总水分越大,水分随温度变化趋势更加明显。
[1]
(2)在SF6设备中,固体有机绝缘材料、瓷套内壁、操作拉感激吸附剂中均含有微量的水分,且与SF6气体中的水分存在着分配平衡。
当这些固体材料对水分子的吸附速度大于水分子由于热运动而从固体材料释放出来的速度时,SF6气体湿度将变小,反之增大。
一定时间后两者达到平衡,气体中的温度恒定不变。
当温度发生变化时,原有的平衡被破坏,直至达到新的条件下的平衡。
[2]
(3)从分子热运动理论中得到;在一密闭容器中不同种类的气体分子,其分子热运动半径与均方根速度是不同的,它与分子量的大小有关。
随着气体温度的升高,其分压得变化速率是不同的,一般呈指数关系上升,分子量小的上升得快些。
分子量较小的水分子要比分子量大的SF6其分压随温度的上升增加得快些。
[3]
(4)认为水分子是极性分子,分子的极性作用所产生的分子间作用力使水分子总是趋向于凝聚成液态。
而温度越低,这种趋势越大,显然在25℃时比在40℃时更容易凝聚成液态水。
这种凝聚或是在容器内壁,或者形成较大的分子团使之平均运动速度减慢。
升温时,温升提供的能量破坏了分子间的作用力而使速度加快。
SF6是非极性分子,分子间作用小,因而常温下升温时,温度对水含量的影响较大。
[4]
二.湿度修正公式
(1)山东电力研究院的修正公式
X修正=7.98Xt*Tt/Pt[1]
式中:
X修正:
不同温度下水分测试值校正到20℃时的值μL/L。
Xt:
环境温度t℃时的测试值μL/L
Tt:
环境温度k
Pt:
环境温度t℃时的饱和水蒸气压Pa
(2)广东电力试验研究所的修正公式
测试温度高于20℃时,环境温度每升高1℃时,湿度测试的露点值相应加上-0.5℃露点的修正值。
[3]
(3)黑龙江电力科学研究院的修正公式
X2=
Pb2
×0.58×10-3ρT2(1+B)-ρ2A
X1
[2]
Pb1
×0.58×10-3ρT1(1+B)-ρ2A
式中:
P-SF6气体的压强,×0.1MPa
ρ-SF6气体的密度
T-SF6气体的温度k
A,B-常数
(4)佛山供电分公司的修正公式
体积比(t)
=
体积比(20℃)[a×exp(
273+t
*b)+c]
[5]
273+20
其中:
体积比(t)-在t℃时测得的湿度值μL/L
体积比(20℃)-在20℃时测得的湿度值μL/L
a=1.529*10-3,b=7.115,C=-0.862,a、b、C为拟合常数。
(5)GECALSTHOM公司的修正曲线
GECALSTHOM公司的湿度修正曲线主要用于GIS,它是用一组指数曲线来表示,只要在横坐标查出测试温度,再垂直向上与纵坐标湿度值交点,与湿度修正曲线最接近的就是20℃时的湿度值。
该组曲线使用方便,但比较粗,若交点不在曲线上只能估算修正值。
(6)GROUPESCHNEIDER公司的修正图表
GROUPESCHNEIDER公司的湿度修正采用表格,同样在测试的湿度值向右查出测试时的环境温度交点即为湿度修正值。
该表格使用比较方便,适合现场使用,但露点值只有1度,若增加0.1度的表格更适合现场应用。
(7)MERLINGERIN公司的修正曲线
MERLINGERIN公司的湿度修正曲线只有0~30℃的修正曲线。
湿度值在320~960μL/L之间修正,范围偏窄。
曲线变化与GROUPESCHNEIDER公司相似。
三.在不同湿度下的温度修正变化曲线
以下用不同的湿度修正公式在20℃时湿度为300μL/L~1000μL/L进行温度变化的修正计算,
(1)20℃时湿度为300μL/L的修正曲线:
(2)20℃时湿度为400μL/L的修正曲线:
(3)20℃时湿度为500μL/L的修正曲线:
(4)20℃时湿度为600μL/L的修正曲线:
(5)20℃时湿度为700μL/L的修正曲线:
(6)20℃时湿度为800μL/L的修正曲线:
(7)20℃时湿度为900μL/L的修正曲线:
(8)20℃时湿度为1000μL/L的修正曲线:
四.实测应用案例
山东电力研究院提供的数据
不同修正方法的修正值(20℃)
设备名称
厂家
20℃时
测试湿度
测试
温度℃
测试湿度
μL/L
GEC
ALSTHOM
GROUPE
SCHNEIDER
MERLINGERIN
广东所
山东院
佛山
分公司
5011A开关
ALSTHOM
146
31
760
450
450
480
438
410
449
5011B开关
ALSTHOM
128
32
800
450
440
480
438
409
456
5013A开关
ALSTHOM
450
33
780
450
389
-
404
378
429
35
1010
450
470
-
481
437
517
5021C开关
ALSTHOM
400
26
660
500
504
520
491
468
471
30
840
500
520
560
511
492
515
北京电力研究院提供的数据
不同修正方法的修正值(20℃)
2200甲
256
31
1049
650
600
704
612
566
620
2200丙
554
31
1446
975
960
904
857
780
854
2245甲
962
31
2050
1280
1264
/
1292
1106
1211
2245乙
740
31
1487
990
864
904
865
803
878
22甲
345
31
990
610
576
664
577
534
585
22乙
345
31
899
550
520
608
521
486
532
从以上的数据分析,不同曲线的换算结果基本一致,但与20℃下的测试值偏差太大,可能是设备内的温度与环境温度的偏差有关。
五.湿度修正的意见
(1)SF6电气设备中的气体湿度随温度升高而增大。
(2)无论国外或国内的修正曲线的变化趋势是相同的,呈正指数变化。
(3)当环境温度在20~35℃之间,不同的修正曲线偏差在25%左右,当温度高于35℃时修正曲线分散性较大,最大达50%,若在环境温度35℃下无论使用上述的任何一款修正公式都可以接受的。
(4)建议在湿度测试规范中推荐合适的修正公式(曲线),制成相应的表格(见附录),便于在实际中应用。
附录:
湿度修正表(示范表)
湿度修正值
μL/L
露点值℃
测试温度℃
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
-20
1019
972
926
882
840
800
762
725
690
657
-21
926
882
840
800
762
725
690
657
625
594
-22
840
800
762
725
690
657
625
594
656
537
-23
762
725
690
657
625
594
656
537
511
486
-24
690
657
625
594
656
537
511
486
461
438
-25
625
594
656
537
511
486
461
438
416
395
-26
656
537
511
486
461
438
416
395
375
356
-27
511
486
461
438
416
395
375
356
338
321
-28
461
438
416
395
375
356
338
321
304
289
-29
416
395
375
356
338
321
304
289
274
259
-30
375
356
338
321
304
289
274
259
246
233
引用文献:
[1]山东电力研究院于乃海《六氟化硫电气设备中气体水分控制标准的探讨》
[2]黑龙江电力科学研究院李国兴《环境温度对SF6气体湿度的影响》
[3]广东电力试验研究所钟志铿《对运行设备中SF6含水量指标与测试条件的一些看法》
[4]湖南电力试验研究所谭雪春《温度对LW7-220SF6气体断路器含水量检测的影响》
[5]佛山供电分公司赵卫民《SF6电气设备中湿度与环境温度关系的研究》
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