Cara Menghitung Kadar Air pada Peralatan GIS dan GIL Berisi SF₆

Pengertian SF₆ Titik Embun, ppmv, Tekanan, Suhu dan Kandungan Uap Air

Dalam switchgear berinsulasi gas (GIS) dan saluran transmisi berinsulasi gas (GIL), sulfur heksafluorida (SF₆) banyak digunakan sebagai media isolasi dan pendinginan busur. Mempertahankan kualitas gas yang sesuai sangat penting untuk kinerja insulasi yang andal, masa pakai peralatan, dan pengoperasian yang aman.

Di antara parameter kualitas gas SF₆ yang berbeda,kadar air adalah salah satu faktor terpenting yang harus dipantau.

Kelembapan yang berlebihan dapat mengurangi kinerja dielektrik gas dan, dalam kondisi tertentu, berkontribusi pada pembentukan produk sampingan yang bersifat korosif atau dekomposisi. Oleh karena itu, produsen GIS dan GIL, teknisi komisioning, dan tim pemeliharaan secara rutin mengukur titik embun SF₆ atau konsentrasi kelembapan.

Namun pertanyaan penting sering muncul:

Jika alat analisa SF₆ melaporkan konsentrasi kelembapan tertentu, berapa banyak air sebenarnya yang ada di dalam kompartemen GIS atau GIL?

Jawabannya memerlukan pemahaman tentang hubungan antara keduanyatitik embun, ppmv, tekanan gas, suhu dan volume gas.

1. Apa Arti Kadar Air SF₆?

Saat penganalisis gas SF₆ melaporkan kelembapan, hasilnya dapat dinyatakan dalam satuan berbeda, bergantung pada instrumen dan aplikasinya.

Unit umum meliputi:

• Titik embun (°C)
• Konsentrasi kelembaban (ppmv)
• Konsentrasi kelembaban (mg/m³)

Parameter ini menggambarkan jumlah uap air yang ada dalam fase gas SF₆.

Misalnya pembacaan:

100 ppmv H₂O

berarti bahwa uap air menempati sekitar 100 bagian per juta volume campuran gas pada kondisi pengukuran yang ditentukan.

Memang benarbukanberarti seluruh kompartemen GIS hanya berisi air dalam jumlah tetap yang sama dengan air fase gas yang dihitung.

Perbedaan ini penting karena kelembapan juga dapat diserap atau diserap oleh bahan isolasi, segel, dan permukaan internal.

2. Titik Embun vs. ppmv

Titik embun dan ppmv menggambarkan kelembapan dengan cara yang berbeda.

Titik Embun

Itutitik embunadalah suhu di mana uap air mulai mengembun pada kondisi tekanan tertentu.

Titik embun yang lebih rendah umumnya menunjukkan tingkat kelembapan yang lebih rendah.

Misalnya, SF₆ dengan titik embun −40°C jauh lebih kering dibandingkan SF₆ dengan titik embun −20°C.

ppmv

ppmv (bagian per juta berdasarkan volume)secara langsung menyatakan konsentrasi relatif uap air dalam gas.

Namun, titik embun dan ppmv tidak boleh diperlakukan sebagai nilai tetap yang dapat dipertukarkan.

Hubungan antara titik embun dan konsentrasi kelembapan bergantung pada faktor-faktor termasuktekanan, suhu dan sifat termodinamika campuran gas.

Oleh karena itu, ketika mengubah pengukuran titik embun menjadi konsentrasi kelembaban, kondisi pengukuran harus ditentukan dengan jelas.

3. Cara Menghitung Banyaknya Uap Air

Jika konsentrasi uap air sudah tersedia dalam ppmv, perkiraan jumlah uap air dalam kompartemen GIS atau GIL dapat dihitung menggunakan persamaan gas ideal.

Jumlah total gas adalah:

n = PV/RT

Di mana:

• N= jumlah total gas, mol
• P= tekanan absolut, Pa
• V= volume gas, m³
• R= konstanta gas universal, 8,314 J/(mol·K)
• T= suhu absolut, K

Jika konsentrasi kelembabannya adalahC ppmv, perkiraan jumlah uap air adalah:

n(H₂O) = n * C / 1.000.000

Massa air yang sesuai adalah:

m(H₂O) = n(H₂O) * 18,015 g/mol

Ini memberikan perkiraan uap air yang terkandung dalam fase gas.

4. Contoh: 1 m³ Kompartemen GIS

Perhatikan contoh sederhana.

Kompartemen GIS memiliki:

• Volume gas:1m³
• Tekanan absolut SF₆:0,6 MPa
• Suhu gas:20°C
• Konsentrasi kelembaban:100 ppmv

Konversi dulu suhunya:

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

Menggunakan:

n = PV/RT

kami memperoleh kira-kira:

n ≈ 246 mol

Oleh karena itu, jumlah uap air kira-kira:

246 * 100 / 1.000.000 = 0,0246 mol

Menggunakan massa molekul air:

m ≈ 0,0246 * 18,015 ≈ 0,44 gram

Oleh karena itu, pada kondisi spesifik ini, fase gas mengandung kira-kira:

0,44 g uap air

Contoh ini mengilustrasikan poin penting: bahkan konsentrasi uap air yang relatif kecil pun dapat setara dengan kuantitas air yang dapat diukur ketika volume dan tekanan gasnya signifikan.

5. Mengapa Tekanan dan Suhu Penting

Perhitungan di atas tidak dapat diterapkan secara universal pada setiap sistem GIS atau GIL.

Untuk volume gas dan konsentrasi uap air yang sama, peningkatan tekanan absolut akan meningkatkan jumlah total gas yang terkandung dalam kompartemen dan karenanya meningkatkan jumlah uap air.

Suhu juga mempengaruhi hubungan antara sifat gas, tekanan uap dan titik embun.

Inilah sebabnya mengapa penilaian kelembaban yang tepat harus mencatat setidaknya:

• Tekanan gas
• Suhu gas
• Volume gas, ketika jumlah total air diperkirakan
• Konsentrasi kelembaban atau titik embun
• Kondisi pengukuran

Dalam pengujian praktis SF₆, metode pengukuran alat analisa dan kondisi pengambilan sampel juga harus dipertimbangkan.

6. Apakah Nilai yang Dihitung Mewakili Seluruh Air di Dalam GIS?

TIDAK.

Ini mungkin poin paling penting ketika menafsirkan pengukuran kelembaban SF₆.

Nilai yang dihitung mewakili perkiraanuap air yang ada dalam fasa gas.

Sistem GIS atau GIL juga mungkin mengandung uap air yang terkait dengan:

• Bahan isolasi padat
• Permukaan logam bagian dalam
• Bahan penyegel
• Kelembaban permukaan yang teradsorpsi
• Kelembapan sisa yang timbul selama pembuatan atau pemasangan

Bahan-bahan ini secara bertahap dapat melepaskan uap air ke dalam gas SF₆.

Akibatnya, pembacaan kelembaban dapat berubah setelah operasi commissioning, pengisian gas, evakuasi atau pengeringan.

Misalnya, GIS pada awalnya mungkin menunjukkan pembacaan kadar air yang relatif rendah setelah pengeringan, namun nilainya dapat meningkat kemudian seiring dengan berpindahnya sisa uap air dari bahan internal ke dalam gas SF₆.

Oleh karena itu, pengujian kelembapan bukan sekadar perhitungan satu kali saja.Pemantauan tren dan prosedur commissioning yang tepat juga sama pentingnya.

7. Bagaimana Kelembaban SF₆ Diukur dalam Prakteknya?

Di lapangan, para insinyur biasanya menggunakan alat analisa gas SF₆ untuk mengukur parameter seperti:

• kemurnian SF₆
• Titik embun/kelembaban
• JADI₂
• Produk dekomposisi lainnya, bergantung pada konfigurasi penganalisis

Untuk commissioning dan pemeliharaan rutin GIS dan GIL, alat analisa portabel memungkinkan para insinyur melakukan pengukuran langsung dari peralatan tanpa menghilangkan seluruh muatan gas.

Alat analisa multifungsi bisa sangat berguna karena kualitas gas jarang ditentukan oleh kelembapan saja.

Misalnya, KSTONEPenganalisis Gas KS30-3 SF₆dirancang untuk pengujian kualitas gas SF₆ rutin, menggabungkan pengukuran seperti kemurnian SF₆, titik embun, dan SO₂ dalam satu instrumen.

Untuk aplikasi yang memerlukan parameter kualitas gas yang berbeda, theSeri penganalisis gas SF₆ modular KS30dapat dikonfigurasi sesuai dengan kebutuhan pengujian pelanggan.

8. Dari Pengukuran Kelembaban hingga Manajemen Kualitas Gas

Pengendalian kelembapan harus dipertimbangkan sebagai bagian dari strategi pengelolaan gas SF₆ yang lebih luas.

Alur kerja kualitas gas GIS/GIL yang umum dapat mencakup:

Pengisian gas → pengukuran commissioning → inspeksi berkala → pemulihan gas → pengujian kualitas gas → pengolahan atau pemurnian → penggunaan kembali

Selama proses ini, pengukuran kelembapan yang akurat membantu para insinyur menentukan apakah gas SF₆ cocok untuk digunakan terus-menerus atau memerlukan pengolahan lebih lanjut.

Jika digabungkan dengan peralatan pemulihan SF₆ dan penanganan gas, analisis kelembapan juga dapat membantu mendukung pengelolaan gas yang lebih sistematis dan mengurangi kehilangan SF₆ yang tidak perlu.

Kesimpulan

Menghitung kelembapan pada peralatan GIS dan GIL yang berisi SF₆ memerlukan lebih dari sekadar membaca angka dari alat analisa.

Titik embun, ppmv, tekanan, suhu dan volume gas berkaitan erat, dan setiap parameter memberikan informasi berbeda tentang kondisi gas.

Jika konsentrasi uap air diketahui dalam ppmv, persamaan gas ideal dapat digunakan untuk memperkirakan jumlah uap air dalam fasa gas. Namun, nilai perhitungan ini tidak boleh disamakan dengan jumlah total kelembapan yang terkandung dalam keseluruhan sistem GIS atau GIL.

Untuk pengelolaan gas SF₆ yang andal, pengukuran yang akurat, kondisi pengambilan sampel yang konsisten, dan interpretasi hasil yang tepat sangatlah penting.

KSTONE menyediakan penganalisis gas SF₆ dan peralatan penanganan gas untuk GIS, GIL, dan peralatan listrik berinsulasi SF₆ lainnya, mendukung para insinyur dalamPengujian kualitas gas SF₆, pemulihan, pengolahan dan penggunaan kembali.