ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЪЕМА ГАЗОВОГО ПРОСТРАНСТВА

Если наблюдения за утечкой выполняются в изотермических услови­ях, выражение может быть упрощено

u = 876583 [p₀ /Z₀ – p₁ /Z₁] /[p₀ /Z₀],

а учитывая, что регистрируемые величины очень близки, значениями сжимаемости можно пренебречь

u = 876583(p₀ – p₁) /(p₀)приT = const. (4.46)

Потеря элегаза из электротехнического аппарата может происходить двумя путями: через неплотности в сварных швах, через дефекты метал­ла оболочек или неплотности прилегания уплотнительных изделий к фланцам — с одной стороны, и с другой — непосредственно через уп­лотнительные материалы. Эти два пути представляют собой различные физические явления. Первый путь характеризуется физическим процес­сом истечения через отверстия и определяется перепадом давления. Второй путь определяется газопроницаемостью материалов, обычно применяемых для уплотнения, и является следствием диффузионных процессов. В отличие от истечения диффузионный процесс зависит от градиента концентрации (или парциального давления) компонента. Так как уплотнительные изделия электроаппарата изготавливают из по­лимерных материалов, то даже при условии полной герметичности ме­таллического корпуса утечка будет существовать. Это минимальное значение утечки определяется диффузионными характеристиками и геометрией уплотнений. Как показано в примере 4.7 (пп. 4.3.4), диф­фузионная утечка элегаза составляет малую величину: порядка тысяч­ных долей процента в год. Из этого следует, что реально определяемые утечки являются следствием процесса истечения через дефекты метал­лического корпуса и по границе металл—резина в узле уплотнения. Утечка элегаза из электротехнических аппаратов не должна превышать 1 %/год. Какой же разнице плотности или давления соответствует утеч­ка в 1 %/год, если эту величину потребуется определить, например, за один час? Из уравнений (4.45) и (4.46) находим эти значения

1 = 876583(₀ – ₁) /(₀ж1);

1 = 876583(p₀ – p₁) /(p₀ж1)

при средних значениях плотности и давления 25 кг/м³ и 0,4 МПа (абс.)

₀ – ₁ = 28ж10–⁶ кг/м³ или 28 мг/м³ и

p₀ – p₁ = 0,45ж10–⁶ МПа или 45 мкм водяного столба!

Как мы видим, величины весьма деликатные, ясно показывающие, что определение утечки 1 %/год за столь короткое время с помощью из­мерения давления невозможно, и что сама величина утечки 1 %/год

не столь доступна, как кажется на первый взгляд.



В быстром определении норма­тивной утечки возникает необходи­мость при заводских испытаниях. По­скольку элегаз, заполняющий элек­троаппарат, по своим свойствам рез­ко отличается от атмосферного воз­духа, то, используя его специфиче­ские физико-химические особенно­сти, можно определить количество элегаза, покинувшего аппарат и по­павшего во внешнюю среду, по ре­зультатам анализа окружающего воздуха [4.17]. Этот вид определения может быть реализован только при наличии высокочувствительного способа детектирования шестифтористой серы, так как практическое выполнение метода связано с неизбежным разбавлением элегаза боль­шим количеством окружающего аппарат воздуха. Аппарат помещают в герметичную камеру, снабженную вентилятором для перемешивания воздуха. За пределами камеры устанавливают измерительное устройст­во для определения концентрации элегаза в воздухе камеры. В качестве измерительного устройства должно быть использовано устройство, спе­циально предназначенное для количественного определения малых кон­центраций элегаза, например хроматограф с электронозахватным детек­тором. По данным анализа определяется концентрация элегаза в возду­хе камеры, например, как масса шестифтористой серы в единице объе­ма воздуха, г/см³, и ее прирост во времени (рис. 4.7). Обработав мето­дом наименьших квадратов полученные экспериментальные точки, оп­ределяем ход прямой зависимости концентрации элегаза в объеме каме­ры от времени

= А + Вt.

Поскольку

C = mж10–⁶/V_в = В,

где m — масса элегаза, г; V_в — объем воздуха камеры, м³;  — интер­вал времени, ч, за который ведется наблюдение, а

V_в = V_к – .

где V_к — геометрический объем камеры, м³; _— объем воздуха, вы­тесняемый аппаратом, м³, то

m = C(V_к – )ж10⁶.

Используя выражение для утечки (4.45), получаем

. (4.47)

С учетом выражения для коэффициента В, определяемого методом наименьших квадратов,

, (4.48)

где n — число определений.

Анализ этого уравнения показывает, что для не слишком неблаго­приятного соотношения объема камеры и объема аппарата определение утечки на уровне 1 %/год может быть выполнено в пределах одного ча­са, благодаря тому, что электронозахватный детектор является специфи­ческим детектором на шестифтористую серу и позволяет надежно заре­гистрировать 10 –¹² г SF₆ в 1 мл пробы.

Пример 4.23. Аппарат с плотностью элегаза 25,2 кг/м³, объемом 250 л (объем вытесняе­мого воздуха ориентировочно 280 л) помещен в камеру объемом 10 м³.

Данные анализа:

текущее время, t концентрация элегаза, г/см³

12 ч 30 мин (12,5 ч) 2ж10–¹²

12 ч 42 мин (12,7 ч) 50ж10–¹²

12 ч 52 мин (12,87 ч) 95ж10–¹²

13 ч 15 мин (13,25 ч) 180ж10–¹²

Расчет: (t) = 4267,315ж10–¹²;  = 327ж10–¹²; t = 51,317; t² = 658,6622; n = 4.

По уравнению (4.48)

.

Метод определения утечки по анализу окружающего аппарат воздуха не лишен недостатков. Во-первых, необходимость организации громозд­кой герметичной камеры. Во-вторых, большой объем подготовительных работ. Наконец, обслуживание высокочувствительных аналитических систем всегда сопряжено с большими трудностями в обеспечении ста­бильной, устойчивой их работы. При этом нельзя забывать, что там, где есть необходимость определять утечку, существует определенная за­

грязненность воздуха элегазом. В таких условиях измерение утечки на уровне повышенного фона может вызвать дополнительные трудности. Но, к сожалению, в настоящее время нет другого надежного метода, по­зволяющего решать проблему определения утечки в короткое время.

В условиях эксплуатации определение утечки еще более осложняет­ся: применить метод анализа окружающего воздуха становится невоз­можным, а определение изменений плотности затрудняется дополни­тельными температурными воздействиями как внутренними (из-за про­текающего тока), так и внешними.

И тем не менее, метод оценки утечки по состоянию элегаза в аппа­рате применяется в эксплуатации, поскольку в этом случае фактор вре­мени не является существенным. Такая задача решается с помощью системы автоматического контроля (см. п. 5.1, гл. 5). Но практика пока­зывает, что истинное значение утечки на уровне 1 %/год в условиях экс­плуатации может быть получено только за 5—6 месяцев (2 %/год при­мерно за 3 месяца, 5 %/год примерно за 1 месяц и т.д.).

Косвенное указание на уровень утечки элегаза из элегазового ком­плекса, расположенного в вентилируемом помещении, может быть по­лучено посредством анализа выхлопа вентиляции (см. пп. 5.2.5, гл. 5), и это приблизительно то же самое, что вести строгий учет расхода ис­пользуемого для подпитки элегаза.

Как мы видим, получение численного значения утечки вызывает оп­ределенные трудности. В условиях эксплуатации проблема быстрого определения утечки становится нерешаемой. Поэтому к достижению стабильной и малой утечки следует идти технологическим путем, обес­печивая правильное проектирование и высокое качество изготовления уплотнительного элемента и канавки под уплотнение.

Основные конструктивные особенности проектирования канавок под полимерные уплотнительные кольца круглого сечения определены ГОСТ 9833—73. Тем не менее для достижения значений утечки на уров­не, эквивалентном 0,1—0,001 %/год, при конструировании канавки дос­таточно использовать два правила вне зависимости от формы канавки:

1) сечение канавки после соединения деталей должно составлять 0,95—1 сечения резинового кольца,

2) линейная деформация резинового кольца по диаметру сечения должна быть около 25 %.

При этом может быть использована простая форма канавки прямо­угольного сечения. Во всем диапазоне давления в элегазовых аппаратах, чем выше давление, тем меньше утечка.

Требования к полимерной основе уплотнительного элемента сле­дующие:

1) срок жизни до начала старения — не менее 30 лет,

2) влагопроницаемость — не более 2ж10⁵ см³жсм/(сжМПажм²),

3) газопроницаемость по кислороду — не более 8ж10–⁸ см³жсм//(сжМПажм²),

4) масло- и бензостойкость,

5) морозостойкость до –50 °С,

6) допустимая деформация при сжатии — не менее 40 %,

7) допустимая деформация при растяжении — не менее 10 %,

8) светостойкость,

9) кислородостойкость (воздухостойкость),

10) отсутствие отделения пластификатора при любых деформациях. Наконец, самое главное для нормальной работы уплотнения — обеспе­чение чистых поверхностей:

1) в смысле шероховатости поверхности канавки, шероховатости полимерного кольца и отсутствия механических повреждений и микро­трещин,

2) в смысле обеспечения чистоты поверхности деталей собираемого узла, отсутствия грязи, пыли, волокон.

Эти правила позволяют получать скользящие и фланцевые уплотне­ния с эквивалентной утечкой до 0,001 %/год.

жүктеу/скачать 0.85 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: