Eine SF6-gasisolierte Schaltanlage wurde für Wartungsarbeiten geöffnet. Das Gas wurde zuvor abgesaugt, der betreffende Gasraum belüftet und anschließend wurden Dichtungen oder interne Komponenten überprüft beziehungsweise ersetzt. Nach Abschluss der Arbeiten wird der Gasraum evakuiert und wieder mit trockenem SF6 befüllt.
Der Gasdruck stimmt, die Gasdichte liegt im vorgesehenen Bereich und die Anlage scheint damit grundsätzlich wieder betriebsbereit zu sein. Trotzdem bleibt eine wichtige Frage offen: Wie viel Feuchtigkeit befindet sich tatsächlich im Gasraum?
Gerade nach Wartungsarbeiten kann diese Frage wichtiger sein als im normalen stationären Betrieb. Während der geöffneten Phase kommt das Innere der Anlage mit Umgebungsluft in Kontakt. Feuchtigkeit kann sich auf Metalloberflächen, an Isolierstoffen, in Toträumen, Schläuchen und Servicekomponenten anlagern. Wird anschließend trockenes SF6 eingefüllt, bedeutet dies deshalb nicht automatisch, dass auch der komplette Gasraum unmittelbar trocken ist.
Ein Teil der Restfeuchte kann erst nach und nach aus den Oberflächen und Materialien in das Gas übergehen. Der gemessene Feuchtewert kann sich deshalb nach dem Befüllen noch verändern, obwohl weder zusätzliches Wasser eingebracht noch SF6 nachgefüllt wurde.
Für die Wiederinbetriebnahme ist daher nicht nur entscheidend, welches Gas aus der Flasche oder dem Servicegerät eingefüllt wurde. Bewertet werden muss der tatsächliche Zustand des Gases im Betriebsmittel.
Die wichtigste Regel lautet deshalb: Nach Wartungsarbeiten sollten Tau-/Frostpunkt beziehungsweise Feuchte erst dann bewertet werden, wenn Messgasweg, Analysegerät und Gasraum einen für die vorgesehene Prüfstrategie ausreichend stabilen Zustand erreicht haben. Ein einzelner früher Messwert direkt nach dem Befüllen kann die Restfeuchte des gesamten Systems unter Umständen noch nicht vollständig beschreiben.
Warum Feuchte nach Wartungsarbeiten besonders relevant ist
SF6 wird in gasisolierten Mittel- und Hochspannungsanlagen eingesetzt, weil es sehr gute elektrische Isolations- und Lichtbogenlöscheigenschaften besitzt. Damit diese Eigenschaften zuverlässig genutzt werden können, muss nicht nur die richtige Gasmenge im Betriebsmittel vorhanden sein. Auch die Gasqualität gehört zum Anlagenzustand.
Feuchtigkeit ist dabei ein besonders wichtiger Parameter. Wasser kann die elektrischen Eigenschaften des Isolationssystems beeinflussen und unter ungünstigen Bedingungen mit Zersetzungsprodukten reagieren. Dadurch können aggressive und korrosive Reaktionsprodukte entstehen, die interne Oberflächen und Isoliermaterialien belasten.
Im normalen Betrieb ist ein SF6-Gasraum weitgehend geschlossen. Der Feuchtegehalt verändert sich dann typischerweise langsam, beispielsweise durch langfristige Permeation oder Alterung von Dichtsystemen.
Während einer Wartung ist die Situation anders. Sobald ein Gasraum geöffnet oder mit Umgebungsluft belüftet wird, kann Feuchtigkeit in das System gelangen. Selbst wenn anschließend sorgfältig evakuiert und mit trockenem Gas gefüllt wird, können Restmengen an Oberflächen oder in Materialien verbleiben.
Die Feuchtemessung vor der Wiederinbetriebnahme beantwortet deshalb eine andere Frage als eine routinemäßige Gasqualitätsanalyse während des normalen Anlagenbetriebs. Sie soll insbesondere zeigen, ob der Wartungs- und Wiederbefüllungsprozess einen ausreichend trockenen Gasraum hergestellt hat.
Woher Restfeuchte im Gasraum kommen kann
Restfeuchte muss nicht zwangsläufig durch feuchtes SF6 verursacht werden.
Während eines geöffneten Wartungsvorgangs gelangt Umgebungsluft in den Gasraum. Abhängig von Temperatur und relativer Luftfeuchtigkeit enthält diese Luft eine bestimmte Menge Wasserdampf. Dieser Wasserdampf kann sich an inneren Bauteilen anlagern.
Metallische Oberflächen besitzen zwar selbst keine große Wasseraufnahmefähigkeit, können aber einen dünnen Feuchtefilm tragen. Isolierstoffe, Oberflächenbeschichtungen und bestimmte polymere Materialien können Feuchtigkeit wesentlich stärker aufnehmen und später wieder abgeben.
Auch Serviceequipment ist Teil dieses Systems. Ein nicht ausreichend trockener Füllschlauch, ein zuvor offen gelagerter Adapter oder ein Servicegerät mit Feuchtigkeit im internen Gasweg kann den Gasraum erneut mit Wasser belasten.
Ein weiterer wichtiger Punkt ist die Evakuierung. Ein ausreichendes Vakuum dient nicht nur dazu, Luft vor dem Befüllen zu entfernen. Durch die Druckabsenkung wird auch das Austreten von Feuchtigkeit aus Oberflächen und Materialien unterstützt.
War die Evakuierung zu kurz, wurde das erforderliche Vakuumniveau nicht erreicht oder war der Gasraum noch vergleichsweise feucht, kann nach dem Befüllen weiterhin Restfeuchte vorhanden sein.
Deshalb ist die spätere Feuchtemessung immer auch eine indirekte Kontrolle der Qualität des gesamten Wartungs-, Evakuierungs- und Füllprozesses.
Taupunkt und Frostpunkt richtig verstehen
Feuchtigkeit in einem Gas kann auf unterschiedliche Weise angegeben werden. Bei SF6 wird häufig der Tau- beziehungsweise Frostpunkt verwendet.
Der Taupunkt ist vereinfacht die Temperatur, auf die ein Gas bei konstantem Feuchtegehalt abgekühlt werden müsste, bis Wasserdampf zu kondensieren beginnt.
Liegt diese Temperatur unterhalb des Gefrierpunktes, wird physikalisch genauer vom Frostpunkt gesprochen, weil sich unter den entsprechenden Bedingungen Eis beziehungsweise eine feste Wasserphase bilden kann.
In der praktischen SF6-Technik wird der Begriff Taupunkt häufig auch für sehr niedrige negative Temperaturen verwendet. Moderne Analysegeräte können deshalb je nach Konfiguration Tau- und Frostpunktwerte getrennt beziehungsweise mit entsprechender Berechnung ausgeben.
Für die Interpretation gilt:
Je niedriger beziehungsweise negativer der Tau- oder Frostpunkt, desto trockener ist das Gas.
Ein Wert von −45 °C beschreibt daher trockeneres Gas als ein Wert von −20 °C, sofern beide Werte unter vergleichbaren Referenzbedingungen angegeben werden.
Genau diese Einschränkung ist wichtig. Ein Taupunktwert ist nur dann sinnvoll vergleichbar, wenn klar ist, auf welchen Druckzustand er bezogen wurde.
Atmosphärischen und druckbezogenen Taupunkt unterscheiden
Bei SF6-Anlagen kann Feuchte sowohl als atmosphärischer Tau-/Frostpunkt als auch als Tau-/Frostpunkt bei aktuellem Gasraumdruck angegeben werden.
Diese Werte sind nicht identisch.
Wird ein Gas komprimiert, steigt bei unveränderter absoluter Wassermenge der Wasserdampf-Partialdruck. Damit verändert sich auch die Temperatur, bei der Sättigung und Kondensation erreicht werden.
Ein Taupunkt bei mehreren bar Gasraumdruck kann deshalb deutlich anders aussehen als ein auf Atmosphärendruck umgerechneter Wert desselben Gaszustandes.
Für die Bewertung von Norm- oder Herstellergrenzwerten muss deshalb genau dieselbe Bezugsgröße verwendet werden.
Steht in einer Vorgabe beispielsweise:
atmosphärischer Frostpunkt ≤ −36 °C
darf dieser Wert nicht direkt mit einem am aktuellen Gasraumdruck angezeigten Drucktaupunkt verglichen werden.
Moderne SF6-Analysegeräte ermöglichen deshalb die Ausgabe unterschiedlicher Feuchtegrößen. Für eine nachvollziehbare Wartungsdokumentation sollte neben dem Zahlenwert immer auch die verwendete Einheit beziehungsweise Bezugsart gespeichert werden.
Taupunkt, ppmv und ppmw nicht ungeprüft vermischen
Neben Tau- und Frostpunkt kann der Wasseranteil auch in ppm angegeben werden.
ppmv beschreibt einen volumen- beziehungsweise stoffmengenbezogenen Anteil, während ppmw einen massenbezogenen Anteil beschreibt.
Diese beiden Werte sind bei SF6 nicht numerisch identisch, weil Wasser und SF6 sehr unterschiedliche molare Massen besitzen.
Ein Wert von beispielsweise 100 ppmv darf deshalb nicht einfach als 100 ppmw interpretiert werden.
Dasselbe gilt für den Vergleich mit Taupunktwerten. Zwischen ppm und Taupunkt besteht ein physikalischer Zusammenhang, dieser hängt jedoch unter anderem von Druck, Gasart und Bezugsbedingungen ab.
Für Wartungsprotokolle ist deshalb eine konsequente Einheit entscheidend.
Wird bei einer Wartung ein Wert als atmosphärischer Frostpunkt dokumentiert und beim nächsten Termin nur ppmv angegeben, wird die Trendbewertung unnötig erschwert.
Für wiederkehrende Prüfungen sollte deshalb möglichst dieselbe Messgröße und dieselbe Bezugsbedingung verwendet werden.
Welche Rolle Temperatur und Druck spielen
Die tatsächlich vorhandene Wassermenge im SF6 und die Gefahr einer Kondensation sind zwei miteinander verbundene, aber nicht identische Betrachtungen.
Ein Gas kann bei warmer Umgebung eine bestimmte Feuchtemenge problemlos gasförmig halten. Kühlt das Gas beziehungsweise eine innere Oberfläche stark ab, nähert sich das System dem Sättigungszustand.
Genau deshalb ist der Taupunkt so hilfreich: Er beschreibt, wie weit die aktuelle Feuchte vom Kondensationszustand entfernt ist.
Bei einer Außenanlage ist nicht nur die Temperatur während der Wartung relevant. Entscheidend ist auch, welchen Temperaturen die Schaltanlage später im Betrieb ausgesetzt sein kann.
Ein Gasraum, der bei +25 °C problemlos trocken erscheint, kann bei sehr tiefen Wintertemperaturen wesentlich näher an die Kondensationsgrenze gelangen.
Der Gasdruck spielt ebenfalls eine Rolle. SF6 wird in Schaltanlagen unter einem definierten Betriebsdruck beziehungsweise einer definierten Gasdichte betrieben. Für die Feuchtebewertung sollte deshalb bekannt sein, ob ein atmosphärischer Referenzwert oder ein auf den tatsächlichen Gasraumdruck bezogener Wert betrachtet wird.
Temperatur, Druck und Feuchtegröße müssen somit gemeinsam interpretiert werden.
Warum trockenes Füllgas allein nicht genügt
Bei einer Neubefüllung wird üblicherweise trockenes SF6 beziehungsweise entsprechend aufbereitetes Gas verwendet.
Wird dieses Gas unmittelbar am Ausgang des Servicegerätes gemessen, kann der Feuchtewert ausgezeichnet sein.
Dieser Wert beschreibt jedoch zunächst das Füllgas und nicht automatisch den Zustand des vollständigen Betriebsmittels.
Nach dem Eintritt in den Gasraum kommt das trockene Gas mit allen internen Oberflächen und Materialien in Kontakt. Ist dort noch Restfeuchte vorhanden, beginnt sich ein neues Gleichgewicht einzustellen.
Wasser, das zuvor an Oberflächen oder in Materialien gebunden war, kann in das trockene Gas übergehen.
Dadurch kann der Feuchtewert des Gasraums nach dem Befüllen höher sein als der Wert des ursprünglich eingefüllten Gases.
Das ist kein Widerspruch. Das Gas hat die Feuchtigkeit aus dem Betriebsmittel aufgenommen.
Genau deshalb ist eine Feuchtemessung am Gasraum für die Wiederinbetriebnahme wesentlich aussagekräftiger als allein das Zertifikat beziehungsweise die Qualität des verwendeten Füllgases.
Evakuierung und Trocknung richtig bewerten
Die Evakuierung vor der Befüllung erfüllt mehrere Aufgaben.
Zunächst wird Luft aus dem Gasraum entfernt. Gleichzeitig sinkt der Partialdruck von Wasserdampf, wodurch Feuchtigkeit aus Oberflächen und Materialien leichter austreten kann.
Wie wirksam dieser Prozess ist, hängt nicht ausschließlich vom am Vakuummeter angezeigten Enddruck ab.
Auch die Dauer der Evakuierung, Temperatur des Betriebsmittels, Größe des Gasraums, innere Oberflächen und vorhandene hygroskopische Materialien spielen eine Rolle.
Ein sehr niedriger Druck, der nur kurzzeitig erreicht wurde, beweist deshalb nicht automatisch, dass sämtliche relevanten Bauteile vollständig getrocknet sind.
Bei stärker feuchtebelasteten Betriebsmitteln kann ein definierter Trocknungsprozess erforderlich sein.
Entscheidend bleiben dabei die Hersteller- und Wartungsvorgaben der jeweiligen Schaltanlage. Eine pauschale Mindestzeit für alle GIS-Anlagen wäre technisch nicht sinnvoll.
Die anschließende Feuchtemessung liefert jedoch eine wertvolle Rückmeldung darüber, ob das Ergebnis des Trocknungs- und Evakuierungsprozesses tatsächlich ausreichend war.
Warum sich der Feuchtewert nach dem Befüllen noch verändern kann
Nach dem Befüllen ist der Gasraum nicht zwangsläufig sofort in einem vollständigen Feuchtegleichgewicht.
Das eingefüllte trockene Gas beginnt Feuchtigkeit von inneren Oberflächen beziehungsweise aus Isolierstoffen aufzunehmen. Dieser Stofftransport benötigt Zeit.
Eine Messung unmittelbar nach dem Füllvorgang kann deshalb zunächst einen sehr niedrigen Feuchtewert ergeben.
Nach einer gewissen Zeit kann der Wert ansteigen, obwohl die Anlage vollkommen geschlossen und dicht ist.
Das bedeutet nicht automatisch, dass eine neue Leckage entstanden ist. Die Feuchte kann aus dem Inneren des Betriebsmittels stammen.
Umgekehrt kann ein stabil niedriger Wert nach ausreichender Angleichung ein deutlich besserer Hinweis auf einen trockenen Gasraum sein als ein einzelner unmittelbar nach dem Befüllen aufgenommener Messwert.
Wie lange vor der endgültigen Bewertung gewartet werden muss, hängt von Betriebsmittel, Wartungsverfahren und Herstellervorgaben ab.
Deshalb sollte keine pauschale Wartezeit für jede SF6-Anlage angesetzt werden.
Wichtig ist vielmehr, die zeitliche Entwicklung zu verstehen und bei kritischen Messstellen gegebenenfalls eine Kontrollmessung vorzusehen.
Messschlauch und Probenahme als Fehlerquelle vermeiden
Bei sehr trockenen Gasen wird bereits eine kleine Menge Fremdfeuchte im Messweg relevant.
Ein Messschlauch, der längere Zeit offen in feuchter Umgebung lag, kann Wasser an seiner Innenoberfläche aufgenommen haben.
Wird anschließend sehr trockenes SF6 durch diesen Schlauch geführt, nimmt das Gas zunächst einen Teil dieser Feuchtigkeit auf. Das Analysegerät zeigt dann möglicherweise einen höheren Feuchtewert als tatsächlich im Gasraum vorhanden ist.
Auch Adapter und Kupplungen können den Messwert beeinflussen, wenn sie geöffnet gelagert oder unmittelbar vor der Messung mit feuchter Umgebungsluft beaufschlagt wurden.
Die Probenahmestrecke sollte deshalb möglichst kurz, sauber, trocken und für SF6 geeignet sein.
Vor der eigentlichen Bewertung muss der Messweg entsprechend dem vorgesehenen Geräteverfahren ausreichend mit Messgas beaufschlagt sein.
Das andere Extrem ist ebenfalls möglich. Wurde der Schlauch zuvor intensiv mit sehr trockenem Gas gespült, kann seine Oberfläche zunächst Wasser aus der Probe aufnehmen und dadurch den Messwert vorübergehend in Richtung „zu trocken“ verschieben.
Bei sehr niedrigen Feuchtewerten ist deshalb die Stabilisierung des Messsignals besonders wichtig.
Stabilisierung des Analysegeräts berücksichtigen
Eine Feuchtemessung im sehr trockenen Bereich benötigt mehr Aufmerksamkeit als eine einfache Druckmessung.
Der Feuchtesensor selbst, interne Leitungen und Messkammern müssen einen stabilen Zustand erreichen.
Wurde ein Analysegerät beispielsweise aus einem kalten Fahrzeug in einen warmen Schaltanlagenraum gebracht, bestehen zunächst deutliche Temperaturunterschiede innerhalb des Gerätes.
Auch nach längerer Lagerung kann die Feuchtesensorik eine Stabilisierungsphase benötigen.
Das Messverfahren sollte deshalb nicht abgebrochen werden, sobald erstmals ein plausibler Zahlenwert erscheint.
Geräte wie der GA11 bewerten die Stabilität der Sensorwerte und können die Messung entsprechend der erreichten Stabilitätskriterien abschließen.
Gerade bei sehr trockenem Gas sollte zusätzlich auf die vom Gerätehersteller vorgesehene Aufwärm- und Rekalibrierungsphase geachtet werden.
Ein stabiler Endwert ist für die Wartungsentscheidung wesentlich aussagekräftiger als ein früher Zwischenwert.
Grenzwerte richtig anwenden
Bei der Frage nach dem maximal zulässigen Feuchtegehalt wird häufig nach einer einzigen allgemeinen Taupunktgrenze gesucht.
Für die Praxis ist diese Betrachtung zu einfach.
Es existieren normative Grenzwerte für bestimmte Gasqualitäten und Anwendungsfälle. Zusätzlich können Schaltanlagenhersteller und Betreiber eigene Anforderungen für Neubefüllung, Wiederverwendung oder Wiederinbetriebnahme festlegen.
Ein Grenzwert für wiederverwendetes SF6 ist deshalb nicht automatisch identisch mit dem Abnahmekriterium einer frisch gewarteten bestimmten GIS.
Auch die Bezugsgröße muss übereinstimmen. Ein atmosphärischer Tau- beziehungsweise Frostpunkt kann nicht direkt mit einem druckbezogenen Wert verglichen werden.
Vor der Freigabe sollte deshalb geklärt sein:
Welche Norm bzw. Herstellervorgabe gilt?
Welche Feuchtegröße wird verwendet?
Auf welchen Druckzustand ist der Wert bezogen?
Welche Grenzwerte gelten für genau diesen Anlagenzustand?
Nur dann ist eine eindeutige Gut-/Schlechtbewertung möglich.
Feuchte nicht mit Reinheit verwechseln
Ein sehr trockener Taupunkt bestätigt nicht automatisch, dass das SF6 insgesamt eine einwandfreie Qualität besitzt.
Feuchte ist nur ein Gasqualitätsparameter.
Während Wartungsarbeiten kann beispielsweise Luft in den Gasraum gelangen. Nach unzureichender Evakuierung kann dadurch die SF6-Konzentration beziehungsweise Gasreinheit beeinträchtigt sein, obwohl der Wassergehalt relativ niedrig ist.
Umgekehrt kann SF6 eine hohe Reinheit besitzen und trotzdem zu feucht sein.
Die Fragen unterscheiden sich:
Feuchte: Wie viel Wasser befindet sich im Gas?
Reinheit: Wie hoch ist der tatsächliche SF6-Anteil beziehungsweise wie groß ist der Anteil anderer Gase?
Bei einer vollständigen Gasqualitätsprüfung werden deshalb mehrere Messgrößen betrachtet.
Nach umfangreichen Wartungsarbeiten kann es sinnvoll sein, Feuchte und Reinheit gemeinsam zu dokumentieren, anstatt aus einem einzelnen Taupunktwert auf die gesamte Gasqualität zu schließen.
Feuchte und Zersetzungsprodukte gemeinsam einordnen
Bei bereits betriebenen SF6-Anlagen können neben Feuchte und Fremdgasen auch Zersetzungsprodukte relevant sein.
Bei Schaltvorgängen und elektrischen Entladungen wird SF6 teilweise zerlegt. Unter idealen Bedingungen rekombinieren die Bestandteile anschließend weitgehend wieder.
Sind Wasser und andere Reaktionspartner vorhanden, können jedoch unerwünschte Nebenprodukte entstehen.
Ein erhöhter Feuchtewert nach Wartungsarbeiten ist deshalb nicht nur wegen einer möglichen Kondensation relevant.
Er kann auch die chemischen Bedingungen innerhalb des Betriebsmittels ungünstiger machen.
Bei einem Gasraum, der bereits Zersetzungsprodukte enthält oder in dem entsprechende Schaltvorgänge stattgefunden haben, kann deshalb eine umfassendere Gasanalyse sinnvoll sein.
Der Taupunkt beschreibt dann nur einen Teil des Zustandsbildes.
Praxisbeispiel nach einer GIS-Wartung
An einem SF6-gasisolierten Schaltfeld werden Dichtungen und ein interner Anlagenteil überprüft. Das SF6 wird zuvor mit einem Servicegerät zurückgewonnen und der betreffende Gasraum anschließend belüftet.
Nach Abschluss der mechanischen Arbeiten wird die Anlage wieder geschlossen. Der Gasraum wird entsprechend dem vorgegebenen Verfahren evakuiert und anschließend mit aufbereitetem trockenem SF6 auf den vorgesehenen Füllzustand gebracht.
Unmittelbar nach dem Füllvorgang wird eine Feuchtemessung durchgeführt.
Das Analysegerät zeigt beispielsweise:
atmosphärischer Frostpunkt: −43 °C
Der Wert wirkt sehr gut.
Nach der für das Betriebsmittel vorgesehenen Angleichzeit wird die Messung wiederholt. Nun werden beispielsweise:
−35 °C
gemessen.
Eine solche Veränderung kann darauf hinweisen, dass das zunächst sehr trockene SF6 Restfeuchte von inneren Oberflächen beziehungsweise Isolierstoffen aufgenommen hat.
Die zweite Messung beschreibt damit den tatsächlichen Feuchtezustand des Gasraums möglicherweise besser als der unmittelbar nach der Befüllung gemessene Wert.
Nun muss der Wert mit dem für dieses Betriebsmittel geltenden Abnahmekriterium verglichen werden.
Liegt er außerhalb des zulässigen Bereiches, sollte die Anlage nicht einfach freigegeben werden, nur weil das ursprünglich eingefüllte SF6 trocken war.
Stattdessen ist zu prüfen, ob weitere Evakuierung, Trocknung, Gasaufbereitung oder eine andere Maßnahme entsprechend der Herstellervorgabe erforderlich ist.
Die Zahlen in diesem Beispiel dienen der Veranschaulichung und sind keine allgemeingültigen Freigabegrenzen.
Warum eine zweite Messung wertvoll sein kann
Eine Kontrollmessung ist besonders dann hilfreich, wenn nach einer Wartung relevante Teile des Gasraums längere Zeit Umgebungsluft ausgesetzt waren oder wenn während der ersten Messung noch kein stabiler Zustand angenommen werden kann.
Der Vergleich zweier Messungen zeigt nicht nur einen absoluten Taupunktwert, sondern auch dessen Entwicklung.
Bleibt der Feuchtewert stabil, spricht dies für einen weitgehend eingestellten Zustand.
Steigt die Feuchte dagegen deutlich an, obwohl der Gasraum geschlossen und der Druck stabil ist, kann dies auf Feuchteabgabe aus den inneren Materialien hindeuten.
Ein fortlaufender Anstieg über einen längeren Zeitraum kann andere Ursachen haben und sollte entsprechend untersucht werden.
Dazu gehören beispielsweise Feuchteeintrag über Dichtsysteme oder ein Problem im Gasraum.
Eine Trendbewertung ist deshalb häufig aussagekräftiger als ein einzelner isolierter Wert.
Bei Anlagen mit kontinuierlichem Feuchtemonitoring kann diese Entwicklung besonders gut verfolgt werden.
Unplausible Feuchtewerte systematisch diagnostizieren
Ein auffälliger Taupunktwert sollte nicht sofort ausschließlich dem SF6 im Gasraum zugeschrieben werden.
Bei sehr trockenen Gasen beeinflusst die komplette Messkette das Ergebnis.
| Beobachtung | Mögliche Ursache | Sinnvoller Prüfschritt |
|---|---|---|
| Feuchtewert beginnt hoch und sinkt während der Messung | Feuchte im Messschlauch oder Analysegerät | Messweg stabilisieren und Messung bis zum stabilen Wert fortsetzen |
| Feuchtewert beginnt sehr niedrig und steigt später an | Restfeuchte aus Gasraum oder Materialien wird aufgenommen | Nach vorgesehener Angleichzeit erneut prüfen |
| Wert schwankt stark | Instabile Probenahme, Temperaturunterschiede oder nicht stabilisierte Sensorik | Messaufbau und Gerätezustand kontrollieren |
| Taupunkt gut, Gasqualität trotzdem fraglich | Fremdgase oder Zersetzungsprodukte | Reinheit und gegebenenfalls Zersetzungsprodukte zusätzlich messen |
| Feuchte bleibt auch nach Trocknung zu hoch | Restfeuchte im Betriebsmittel oder unzureichender Trocknungsprozess | Wartungs- und Evakuierungsprozess prüfen |
| Feuchte steigt über längere Zeit im Betrieb | Permeation, Dichtungseinfluss oder Feuchteeintrag | Trend, Dichtheit und Anlagenzustand untersuchen |
Bei der Diagnose sollte möglichst immer nur eine Einflussgröße verändert werden.
Wer gleichzeitig einen neuen Messschlauch verwendet, das Analysegerät austauscht und den Gasraum nachfüllt, kann anschließend kaum noch erkennen, welche Veränderung den neuen Messwert verursacht hat.
Was tun, wenn der Feuchtewert zu hoch ist?
Wird der zulässige Feuchtewert nach einer Wartung überschritten, sollte zunächst ausgeschlossen werden, dass es sich um einen Probenahme- oder Messfehler handelt.
Ist der erhöhte Wassergehalt bestätigt, hängt die weitere Vorgehensweise von Anlage und Servicekonzept ab.
Eine Möglichkeit besteht darin, SF6 zurückzugewinnen, über geeignete Filter beziehungsweise Gastrocknung aufzubereiten und den Gasraum nach entsprechender Vorbereitung erneut zu befüllen.
Je nach Anlagenzustand kann auch eine erneute beziehungsweise verlängerte Evakuierungs- und Trocknungsphase erforderlich sein.
Für bereits in Betrieb befindliche Anlagen existieren darüber hinaus Systeme zur Gastrocknung während des Betriebs.
Wichtig ist, nicht lediglich besonders trockenes Gas nachzufüllen und daraus automatisch eine dauerhafte Lösung abzuleiten.
Wenn die eigentliche Feuchtequelle im Betriebsmittel verbleibt, kann der zunächst verbesserte Taupunkt später wieder ansteigen.
Die Ursache und nicht nur der momentane Messwert sollte deshalb betrachtet werden.
Messgas emissionsarm behandeln
Für eine Feuchtemessung muss dem Betriebsmittel eine bestimmte Menge SF6 als Messgas entnommen werden.
Dieses Gas sollte nicht unnötig in die Atmosphäre abgegeben werden.
Moderne Analysegeräte ermöglichen deshalb geschlossene beziehungsweise emissionsarme Messgasverfahren.
Je nach System kann das entnommene Gas direkt in den geprüften Gasraum zurückgepumpt, in einen externen Gasbehälter gefördert oder in einem geeigneten Gasauffangbeutel gesammelt werden.
Dadurch wird nicht nur der SF6-Verlust reduziert. Auch wiederholte Messungen lassen sich durchführen, ohne bei jeder Analyse unnötig Gas aus der Anlage zu verlieren.
Gerade bei Wartungen mit mehreren Messpunkten beziehungsweise Kontrollmessungen sollte die Messgasbehandlung deshalb bereits vor Beginn der Analyse geplant werden.
Passende SF6-Messtechnik bei ICS Schneider
ICS Schneider Messtechnik bietet innerhalb der SF6-Gas-Lösungen Geräte für Analyse, Überwachung, Handling, Befüllung, Gasrückgewinnung und Gastrocknung an.
Für die mobile Gasqualitätsprüfung ist insbesondere der WIKA GA11 interessant. Das Analysegerät ermittelt standardmäßig Feuchte und Gaszusammensetzung beziehungsweise Reinheit und kann je nach Ausstattung zusätzlich Zersetzungsprodukte erfassen.
Damit eignet sich das Gerät besonders für die Bewertung nach Wartungs-, Befüll- und Servicearbeiten, wenn nicht nur der Gasdruck, sondern die tatsächliche Gasqualität vor der Wiederinbetriebnahme überprüft werden soll.
Der Feuchtesensor kann verschiedene Darstellungsgrößen bereitstellen, darunter Tau- beziehungsweise Frostpunkt, druckbezogene Feuchtewerte sowie ppm-Angaben. Dadurch lässt sich die Ausgabe an die jeweilige Prüfvorschrift beziehungsweise Dokumentation anpassen.
Ein weiterer Vorteil liegt in der Messgasbehandlung. Das entnommene Gas kann je nach Messaufbau wieder in den Gasraum zurückgepumpt, in einen externen Behälter gefördert oder in einem geeigneten Auffangsystem gesammelt werden.
SF6-Analysegeräte bei ICS Schneider
Für eine permanente Zustandsüberwachung ist der WIKA GDHT-20 verfügbar. Der Messumformer erfasst Druck, Temperatur und Feuchte und stellt daraus unter anderem Gasdichte- und Tau-/Frostpunktinformationen bereit.
Damit lässt sich die Feuchteentwicklung auch nach Wiederinbetriebnahme kontinuierlich beobachten. Besonders bei Anlagen, bei denen Feuchteeintrag beziehungsweise langfristige Gasqualität kritisch sind, ermöglicht dies eine Trendbewertung statt einzelner Stichproben.
Wenn ein zu hoher Feuchtegehalt bestätigt wurde, kann abhängig von Anlagenzustand und Servicekonzept eine Gastrocknung erforderlich werden. Der WIKA GAD-2000 ist für die Reduzierung des Feuchtegehalts in SF6-gasgefüllten Betriebsmitteln während des Betriebs vorgesehen.
Für Füllen, Reinigen, Absaugen und Evakuieren stehen zusätzlich entsprechende SF6-Servicegeräte zur Verfügung. Damit können Gasrückgewinnung, Aufbereitung und Wiederbefüllung als geschlossener Serviceprozess umgesetzt werden.
Für eine passende Geräteauswahl sollten möglichst Anlagentyp, Gasraumvolumen, Fülldruck beziehungsweise Gasdichte, verwendetes Isoliergas, erwarteter Feuchtebereich, gewünschte Ausgabeeinheit, erforderliche Gasqualitätsparameter und das vorgesehene Messgas-Handling bekannt sein.
SF6-Gas-Lösungen bei ICS Schneider
Weiterführend: SF6-Gasqualität prüfen – Feuchte, Reinheit und Zersetzungsprodukte richtig bewerten
Weiterführend: SF6-Gasdichte und Gasdruck beim Befüllen unterscheiden
Fazit
Nach Wartungsarbeiten an einer SF6-gasisolierten Anlage reicht es nicht aus, ausschließlich Fülldruck beziehungsweise Gasdichte zu kontrollieren.
Der Gasraum kann den richtigen Füllzustand besitzen und trotzdem zu viel Restfeuchte enthalten.
Die Ursache muss dabei nicht im eingefüllten SF6 liegen. Feuchtigkeit kann während der geöffneten Wartungsphase an Oberflächen und Isolierstoffen aufgenommen worden sein oder über Schläuche, Adapter und Serviceequipment in den Gasraum gelangen.
Eine sorgfältige Evakuierung reduziert diese Restfeuchte, kann sie aber nur dann zuverlässig entfernen, wenn Vakuumniveau, Dauer und Anlagenzustand zum konkreten Betriebsmittel passen.
Nach dem Befüllen kann sich die Feuchte außerdem noch zwischen trockenem SF6 und den inneren Materialien verteilen. Ein unmittelbar nach dem Füllvorgang gemessener sehr niedriger Taupunkt ist deshalb nicht in jedem Fall der endgültige Gleichgewichtswert des Gasraums.
Für eine belastbare Bewertung müssen außerdem atmosphärischer und druckbezogener Tau-/Frostpunkt unterschieden werden. ppmv, ppmw und Taupunkt dürfen ebenfalls nicht ohne Kenntnis ihrer Bezugsbedingungen direkt miteinander verglichen werden.
Die zulässige Feuchte richtet sich nach der für das Betriebsmittel geltenden Norm, Herstellervorgabe und Wartungsanweisung. Eine einzelne allgemeine Taupunktzahl ist deshalb kein Ersatz für die konkrete Anlagenfreigabe.
Wer Gasraum, Messweg, Stabilisierung des Analysegerätes und zeitliche Entwicklung gemeinsam betrachtet, erhält einen wesentlich aussagekräftigeren Feuchtewert. Damit wird die Gasanalyse zu einer direkten Qualitätskontrolle des Wartungs-, Evakuierungs- und Befüllprozesses – und nicht lediglich zu einer Messung des zuvor eingefüllten Gases.
FAQ zur Feuchtemessung in SF6 nach Wartungsarbeiten
Warum sollte SF6 nach Wartungsarbeiten auf Feuchte geprüft werden?
Beim Öffnen des Gasraums kann feuchte Umgebungsluft in die Anlage gelangen. Wasser kann an Oberflächen und in Isoliermaterialien verbleiben und nach dem Befüllen wieder in das SF6 übergehen.
Reicht es aus, trockenes SF6 einzufüllen?
Nein. Trockenes Füllgas garantiert nicht automatisch einen trockenen Gasraum. Restfeuchte im Betriebsmittel kann anschließend in das Gas übergehen.
Was ist der Taupunkt?
Der Taupunkt beschreibt die Temperatur, bei der der im Gas enthaltene Wasserdampf unter den jeweiligen Bedingungen zu kondensieren beginnt.
Was ist der Frostpunkt?
Bei sehr niedrigen Temperaturen wird physikalisch genauer der Frostpunkt betrachtet, wenn sich statt flüssigem Wasser eine feste Wasserphase bildet. In der SF6-Praxis werden Tau- und Frostpunktbegriffe häufig gemeinsam verwendet.
Bedeutet ein stärker negativer Taupunkt trockeneres Gas?
Ja, sofern die Werte unter denselben Referenzbedingungen angegeben werden. Ein atmosphärischer Taupunkt von −45 °C beschreibt trockeneres Gas als −25 °C.
Warum muss zwischen atmosphärischem und druckbezogenem Taupunkt unterschieden werden?
Der Kondensationspunkt verändert sich mit dem Gasdruck. Derselbe Wassergehalt kann deshalb bei Atmosphärendruck und bei Gasraumdruck unterschiedliche Taupunktwerte ergeben.
Was bedeutet ppmv?
ppmv beschreibt den volumen- beziehungsweise stoffmengenbezogenen Anteil des Wassers im Gas.
Was bedeutet ppmw?
ppmw beschreibt den massenbezogenen Wasseranteil. Wegen der unterschiedlichen molaren Massen von Wasser und SF6 sind ppmv und ppmw numerisch nicht identisch.
Kann der Feuchtewert nach dem Befüllen wieder ansteigen?
Ja. Trockenes SF6 kann Restfeuchte aus inneren Oberflächen und Isoliermaterialien aufnehmen. Dadurch kann sich der gemessene Wert während der Angleichphase verändern.
Wie lange muss nach dem Befüllen bis zur Messung gewartet werden?
Eine universelle Zeit gibt es nicht. Die erforderliche Angleichzeit hängt von Betriebsmittel, Wartungsprozess und Herstellervorgaben ab.
Kann ein feuchter Messschlauch den Wert verfälschen?
Ja. Bei sehr trockenem SF6 kann bereits Feuchtigkeit aus Schlauch, Adapter oder Kupplungen den Messwert deutlich beeinflussen.
Warum muss das Analysegerät stabilisiert sein?
Feuchtesensor und interne Gaswege benötigen insbesondere bei sehr niedrigen Wassergehalten einen stabilen thermischen und feuchtetechnischen Zustand. Ein zu früh abgelesener Wert kann deshalb irreführend sein.
Ist −36 °C immer die Freigabegrenze für SF6?
Nein. Dieser Wert wird in bestimmten normativen Zusammenhängen verwendet, ist aber keine universelle Freigabegrenze für jede Schaltanlage und jeden Anlagenzustand. Maßgeblich sind die konkret anzuwendende Norm sowie Hersteller- und Betreibervorgaben.
Kann der Taupunkt gut sein und die SF6-Reinheit trotzdem schlecht?
Ja. Feuchte und Gasreinheit sind unterschiedliche Qualitätsparameter. Fremdgase können vorhanden sein, obwohl das SF6 sehr trocken ist.
Warum sind Zersetzungsprodukte ebenfalls relevant?
Bei elektrischen Schalt- und Entladungsprozessen können SF6-Zersetzungsprodukte entstehen. In Verbindung mit Feuchtigkeit können daraus zusätzliche aggressive beziehungsweise korrosive Verbindungen entstehen.
Was sollte dokumentiert werden?
Mindestens Messgerät, Messzeitpunkt, Gasraum, Feuchtegröße und Einheit, Bezugsdruck, Gasdruck beziehungsweise Anlagenzustand sowie das zugrunde gelegte Freigabekriterium sollten nachvollziehbar sein.
Was kann bei zu hoher Restfeuchte getan werden?
Abhängig vom Anlagen- und Servicekonzept kommen erneute Evakuierung, Gasaufbereitung, Trocknung oder Rückgewinnung und Wiederbefüllung infrage. Die genaue Maßnahme richtet sich nach Hersteller- und Betriebsvorgaben.
Kann SF6 auch während des Betriebs getrocknet werden?
Für bestimmte Anlagen existieren Gastrocknungssysteme, mit denen Feuchtigkeit aus dem SF6-Gasraum während des Betriebs reduziert werden kann.
Welches Gerät eignet sich zur mobilen SF6-Feuchtemessung?
Der WIKA GA11 ist für die Gasqualitätsanalyse ausgelegt und misst standardmäßig unter anderem die Feuchte. Je nach Ausstattung können zusätzlich Reinheit und Zersetzungsprodukte bestimmt werden.
Wie kann SF6-Feuchte kontinuierlich überwacht werden?
Der WIKA GDHT-20 ist für die permanente Überwachung von Druck, Temperatur, Gasdichte und Feuchte beziehungsweise Tau-/Frostpunkt in SF6-gasgefüllten Betriebsmitteln vorgesehen.
Welche Angaben sind für die Auswahl eines SF6-Analysegerätes wichtig?
Wichtig sind unter anderem verwendetes Isoliergas beziehungsweise Gasgemisch, erwarteter Feuchtebereich, gewünschte Ausgabeeinheiten, zusätzlich benötigte Qualitätsparameter, Gasraumdruck, Messgasrückführung und Anforderungen an mobile oder kontinuierliche Überwachung.