SF₆封入GISおよびGIL機器における水分含有量の計算方法

SF₆の露点、ppmv、圧力、温度、水蒸気含有量の理解

ガス絶縁開閉装置（GIS）およびガス絶縁送電線（GIL）では、六フッ化硫黄（SF₆）が絶縁およびアーク消弧媒体として広く使用されています。適切なガス品質を維持することは、信頼性の高い絶縁性能、機器の耐用年数、および安全な運用に不可欠です。

SF₆ガス品質パラメータの中で、水分含有量は監視すべき最も重要な要因の1つです。

しかし、重要な疑問がしばしば生じます。

SF₆アナライザーが特定の水分濃度を示した場合、GISまたはGILコンパートメント内に実際にどれだけの水が存在するのでしょうか？

その答えは、

露点、ppmv、ガス圧力、温度、ガス体積の関係を理解することにかかっています。

SF₆ガスアナライザーが水分を示した場合、結果は機器や用途に応じて異なる単位で表されることがあります。

一般的な単位は次のとおりです。

露点（℃）

• 水分濃度（ppmv）
• 水分濃度（mg/m³）
• これらのパラメータは、SF₆ガス相中に存在する水蒸気の量を示します。

例えば、

100 ppmv H₂O

という読み取り値は、

定義された測定条件下で、水蒸気がガス混合物の体積の約100万分の100を占めることを意味します。

これは、GISコンパートメント全体に、計算されたガス相の水と同量の水が含まれていることを必ずしも意味するものではありません。この区別は重要です。なぜなら、水分は絶縁材料、シール、内部表面に吸収または吸着されることもあるからです。

2. 露点 vs. ppmv

露点とppmvは、水分を異なる方法で示します。

露点

露点

とは、特定の圧力条件下で水蒸気が凝縮し始める温度です。露点が低いほど、一般的に水分レベルは低くなります。例えば、露点が-40℃のSF₆は、露点が-20℃のSF₆よりも大幅に乾燥しています。

ppmv

ppmv（体積百万分率）

は、ガス中の水蒸気の相対濃度を直接表します。

ただし、露点とppmvは相互に交換可能な固定値として扱われるべきではありません。露点と水分濃度の関係は、

圧力、温度、ガス混合物の熱力学的特性

などの要因に依存します。したがって、露点測定値を水分濃度に変換する場合、測定条件を明確に定義する必要があります。

水分濃度がすでにppmvで利用可能な場合、GISまたはGILコンパートメント内の水蒸気の概算量は、理想気体の法則を使用して計算できます。

ガスの総量は次のとおりです。

n = PV / RT

ここで：

n ≈ 246 mol

= ガスの総量、mol

• P = 絶対圧力、Pa
• V = ガス体積、m³
• R = 万国共通気体定数、8.314 J/(mol·K)
• T = 絶対温度、K
• 水分濃度がC ppmv

の場合、水蒸気の概算量は次のようになります。n(H₂O) = n * C / 1,000,000対応する水の質量は次のとおりです。

m(H₂O) = n(H₂O) * 18.015 g/mol

これにより、ガス相に含まれる水蒸量の推定値が得られます。

4. 例：1 m³ GISコンパートメント

簡単な例を考えてみましょう。

GISコンパートメントには次のものがあります。

ガス体積：

1 m³

• SF₆絶対圧力：0.6 MPa
• ガス温度：20℃
• 水分濃度：100 ppmv
• まず、温度を変換します。T = 20 + 273.15 = 293.15 K

次を使用して：

n = PV / RT

約次のようになります。

n ≈ 246 mol

したがって、水蒸気の量は約次のようになります。

246 * 100 / 1,000,000 = 0.0246 mol

水の分子量を使用して：

m ≈ 0.0246 * 18.015 ≈ 0.44 g

したがって、これらの特定の条件下では、ガス相には約

0.44 g の水蒸気

が含まれています。

この例は重要な点を強調しています。ガス体積と圧力が大きい場合、比較的低い水分濃度でも測定可能な量の水に対応することがあります。

5. 圧力と温度が重要な理由

上記の計算は、すべてのGISまたはGILシステムに普遍的に適用できるわけではありません。

同じガス体積と水分濃度の場合、絶対圧力を上げると、コンパートメントに含まれるガスの総量が増加し、したがって対応する水蒸気の量も増加します。

温度も、ガス特性、蒸気圧、露点の関係に影響を与えます。

このため、適切な水分評価では、少なくとも次の項目を記録する必要があります。

ガス圧力

• ガス温度
• ガス体積（総水量が推定される場合）
• 水分濃度または露点
• 測定条件
• 実際のSF₆試験では、アナライザーの測定方法とサンプリング条件も考慮する必要があります。

6. 計算値はGIS内のすべての水を表しますか？

いいえ。

これは、SF₆水分測定値を解釈する上で最も重要な点かもしれません。

計算値は、

ガス相中に存在する水蒸気の推定値を示します。

固体絶縁材料

• 内部金属表面
• シーリング材料
• 吸着された表面水分
• 製造または設置中に導入された残留水分
• これらの材料は、SF₆ガスに徐々に水分を放出する可能性があります。

その結果、試運転、ガス充填、真空引き、または乾燥作業後に水分測定値が変化することがあります。

例えば、GISは乾燥後に比較的低い水分測定値を示すことがありますが、内部材料からSF₆ガスに残留水分が移行すると、後で値が増加する可能性があります。

したがって、水分試験は単なる一度限りの計算ではありません。

トレンド監視と適切な試運転手順も同様に重要です。7. 実際にはどのようにSF₆水分を測定しますか？

現場では、エンジニアは通常、SF₆ガスアナライザーを使用して、次のようなパラメータを測定します。

SF₆純度

• 露点/水分
• SO₂
• アナライザー構成に応じて、その他の分解生成物
• 定期的なGISおよびGILの試運転および保守では、ポータブルアナライザーにより、エンジニアはガス全体を取り外すことなく機器から直接測定を行うことができます。

ガス品質は水分だけで決まることはめったにないため、多機能アナライザーは特に役立ちます。

例えば、KSTONEの

KS30-3 SF₆ガスアナライザーは、SF₆純度、露点、SO₂などの測定値を1台の機器に統合し、定期的なSF₆ガス品質試験用に設計されています。異なるガス品質パラメータを必要とするアプリケーションの場合、

KS30モジュラーSF₆ガスアナライザーシリーズは、顧客の試験要件に応じて構成できます。8. 水分測定からガス品質管理へ

水分管理は、より広範なSF₆ガス管理戦略の一部として考慮されるべきです。

典型的なGIS/GILガス品質ワークフローには、次のものが含まれる場合があります。

ガス充填 → 試運転測定 → 定期検査 → ガス回収 → ガス品質試験 → 処理または精製 → 再利用

これらのプロセス中に、正確な水分測定は、エンジニアがSF₆ガスが継続的な使用に適しているかどうか、またはさらなる処理が必要かどうかを判断するのに役立ちます。

SF₆回収およびガスハンドリング機器と組み合わせることで、水分分析は、より体系的なガス管理をサポートし、不必要なSF₆損失を削減するのに役立ちます。

結論

SF₆封入GISおよびGIL機器の水分計算には、アナライザーから数値を読み取る以上のことが必要です。

露点、ppmv、圧力、温度、ガス体積は密接に関連しており、各パラメータはガスの状態に関する異なる情報を提供します。

水分濃度がppmvでわかっている場合、理想気体の法則を使用してガス相中の水蒸気の量を推定できます。ただし、この計算値は、GISまたはGILシステム全体の総水分量と混同してはなりません。信頼性の高いSF₆ガス管理のためには、正確な測定、一貫したサンプリング条件、および結果の適切な解釈が不可欠です。

KSTONEは、GIS、GIL、その他のSF₆絶縁電気機器向けのSF₆ガスアナライザーおよびガスハンドリング機器を提供し、エンジニアを

SF₆ガス品質試験、回収、処理、再利用

でサポートしています。