Abb2_smartGAS_SF6-Sensor_100vol

(Bild: Smartgas)

| von Dipl.-Ing. (FH) Volker Huelsekopf

Gasisolierte Schaltanlagen mit Hochspannungsschaltern, die das Schutzgas SF6 enthalten, kommen weltweit zum Einsatz. Sie sind erheblich kompakter als luftisolierte Anlagen. Da das Schutzgas SF6 eine drei- bis vierfach höhere Durchschlagsfestigkeit als Luft aufweist und damit Funkenschlag oder die Bildung eines Lichtbogens effektiv verhindert, finden sonst fußballfeldgroße luftisolierte Anlagen mittels SF6-Isolation nun theoretisch im Keller eines Einfamilienhauses Platz. Zudem verlöschen Funkenstrecken in einer SF6-Atmosphäre wesentlich schneller als an Luft. Damit ist das Schutzgas speziell in Ballungsgebieten mit hoher Elektrifizierung auf engstem Raum unverzichtbar, um einen sicheren Betrieb elektrischer Hoch- und Mittelspannungsanlagen sowie eine stabile Versorgung der urbanen Infrastruktur zu garantieren.

Abb3_SF6_Isolierung

Dank SF6-Isolierung lassen sich Hoch- und Mittelspannungsanlagen auf kleinem Raum sicher betreiben. Smartgas

Während des Betriebs nimmt die Reinheit und damit die Schutzfunktion des Gases im Schalter ab. Ursache sind die aufgrund der Schaltvorgänge im Schalter entstehenden Lichtbögen, die Teile des SF6 chemisch umwandeln. Daher muss das Gas in regelmäßigen Abständen recycelt werden. Zur Reinheitsmessung wird aus dem Schalter ein möglichst geringes Gasvolumen entnommen, das dann sehr schnell und vor allem zuverlässig analysiert werden muss. Schließlich können Fehlmessungen zu einem unnötigen Austausch der Gasfüllung und damit zu eigentlich vermeidbaren Kosten führen. Im Zuge der Reinheitsmessung (100 Volumenprozent) ist damit eine eindeutige Messung mit kleinsten Gasmengen gefordert.

Gasisolierte Schaltanlagen sind niemals absolut dicht. Durch Leckagen an Dichtungen, Flanschen und Ähnlichem tritt SF6 aus und gleichzeitig Luft ein. Die Verlustrate aufgrund solcher Lecks liegt in der Praxis bei zirka 0,5 Volumenprozent pro Jahr. Die Leckagen müssen umgehend beseitigt werden, weil SF6 zwar ungiftig und nicht brennbar, aber mit einem GWP von knapp 24.000 das klimaschädlichste aller Treibhausgase ist. Gasisolierte Schaltanlagen können deshalb mit stationären Gaswarnanlagen ausgestattet werden, die Alarm schlagen, sobald eine kritische SF6-Konzentration in der Raumluft überschritten wird. Die Messbereiche solcher Gaswarnanlagen liegen üblicherweise bei 1000 ppm. Überdies kommen bei regelmäßigen Wartungsarbeiten mobile SF6-Lecksuchgeräte zum Einsatz.

NDIR-Gas-Sensoren

Der NDIR-Gassensor Flowevo SF6-Sensor (1000 ppm) kommt in tragbaren Gasmessgeräten oder stationären SFT-Detektionsgeräten zur Messung der SF6-MAK-Werte zum Einsatz. Smartgas

Der NDIR-Gassensor Flowevo SF6-Sensor (1000 ppm) kommt in tragbaren Gasmessgeräten oder stationären SF6-Detektionsgeräten zur Messung der SF6-MAK-Werte zum Einsatz. Smartgas

Sowohl für die Reinheitsmessung als auch für die Lecksuche bieten sich verschiedene Messverfahren an. Dabei sind optische Verfahren anderen Messverfahren hinsichtlich Lebensdauer, Selektivität und Wartungsarmut überlegen. Zu den optischen Verfahren zählt auch die Detektion mit Sensoren, die auf dem NDIR-Prinzip beruhen. Die optischen Sensoren arbeiten mit einem rein physikalischen Verfahren und messen die Konzentration des zu bestimmenden Gases über das Maß der Absorption seiner spezifischen Wellenlänge im Infrarotspektrum. Hintergrundgase wie Reinigungs- oder Lösemittel beeinflussen die Messung nicht. NDIR-Gas-Sensoren garantieren damit auch in anspruchsvollen Umgebungen eine zuverlässige Funktion sowie präzise Messwerte.

Gegenüber Sensortechnologien, die auf chemischen Reaktionen basieren, können NDIR-Gas-Sensoren ebenfalls punkten, denn im Gegensatz zu den chemischen Verfahren verbrauchen sich optische Messverfahren nicht. Sie sind damit wesentlich wartungsärmer und langlebiger. Der geringere Wartungsaufwand und die zuverlässigen Messungen gehen mit geringen Stillstandzeiten der Anlagen beziehungsweise einer hohen Anlagenverfügbarkeit einher. Zudem zeichnen sie sich durch niedrige Detektionsgrenzen, einen weiten Temperaturbereich, kurze Response-Zeiten und eine geringe Drift aus. Daher kommen sie immer häufiger in Applikationen zum Einsatz, für die früher andere Verfahren genutzt oder Kompromisse gemacht wurden.

 

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SF6-NDIR-Sensoren für jeden Anwendungsfall

Die Heilbronner Smartgas Mikroelektronik GmbH hat sich auf die Entwicklung und Fertigung besonders kompakter NDIR-Gas-Sensoren spezialisiert. Mit den SF6-Sensoren der neuen Baureihe EVO Flow, die mit Messbereichen von wahlweise 100 Volumenprozent, 1500 ppm, 1000 ppm und 50 ppm arbeiten, bietet das Unternehmen Technologien für die Qualitätsüberwachung, die Raumluftüberwachung und die Lecksuche an. Die Sensoren der EVO-Line sind eine Weiterentwicklung der Vorgängerbaureihe und damit kompatibel.

Der SF6-Sensor (100 Volumenprozent) Flowevo zur präzisen Messung der Reinheit beziehungsweise der Qualität der SF6-Gasfüllung in gasisolierten Schaltanlagen und -transformatoren oder -kabeln nutzt wie alle Smartgas-Sensoren die Technologie der dualen Wellenlänge. Anhand der Messung gemäß Richtlinie IEC 60480 für die Prüfung von SF6 nach Entnahme aus elektrischen Betriebsmitteln wird entschieden, ob das SF6 recycelt werden muss oder noch im Schalter verbleiben kann. Der weite Messbereich von 0 bis 100 Volumenprozent und die spezielle Abstimmung auf den Arbeitsbereich zwischen 80 bis 100 Volumenprozent qualifizieren den SF6-Sensor (100 Volumenprozent) Flowevo für kontinuierliche und diskontinuierliche Überwachungsmaßnahmen in hochwertigen SF6-isolierten Mittel- und Hochspannungsschaltanlagen. Dabei bietet der 100- Volumenprozent-Sensor nicht nur diese typischen Vorteile eines NDIR-Gas-Sensors sondern auch ein besonders kleines internes Volumen von weniger als 1 cm3, sodass im Rahmen der Probenentnahme nur eine kleine SF6-Menge erforderlich ist.

Für die Kontrolle der Einhaltung der maximalen SF6-Konzentration in der Umgebungsluft (MAK-Wert = 1000 ppm) in Schaltanlagen aber auch in Gaslagern, Kraft- und Umspannwerken sowie in Anlagen zur Halbleiterherstellung bieten sich die SF6-Sensoren des Typs Flowevo mit einem Messbereich von 1000 oder 1500 ppm an. Sie kommen typischerweise in tragbaren Gasmessgeräten oder stationären SF6-Detektionsgeräten zum Einsatz. Da SF6 eine wesentlich höhere Dichte als Luft aufweist und sich am tiefsten Punkt eines Raumes sammelt, bewahrt der SF6-Sensor Flowevo das Wartungspersonal insbesondere beim Einsatz in tieferliegenden Räumen vor der Gefahr durch Ersticken.

Eckdaten

Flowevo-SF6-Sensoren im Überblick:

  • vorkalibriert
  • langzeitstabil
  • zuverlässig
  • kompaktes Design
  • Spannungsversorgung 3,3 bis
    6 VDC
  • Modbus ASCII oder RTU selbsteinstellend
  • LED-Statusanzeige

Der kompakte und leichte SF6-Sensor Flowevo mit einem Messbereich von 50 ppm wird in tragbaren Gasmessgeräten oder stationären SF6-Detektionsgeräten zur diskontinuierlichen oder kontinuierlichen Messung kleinster SF6-Leckagen verbaut. Aufgrund seiner hohen Empfindlichkeit und der niedrigen unteren Detektionsgrenze erkennt der 50-ppm-Sensor selbst minimale SF6-Leckagen zuverlässig. Daher kommt er immer dann zum Einsatz, wenn beispielsweise die Qualitätsmessung einen negativen Befund ergab und/oder die Gaswarnanlage aufgrund erhöhter SF6-Konzentrationen in der Raumluft angeschlagen hat. Mit einem tragbaren Gasmessgerät wird in der Folge das Leck aufgespürt und umgehend repariert.

Eine weitere typische Anwendung des FLOWEVO SF6-Sensor (50 ppm) ist das Aufspüren von SF6 im Rahmen von Umweltsimulationen. Da SF6 nicht brennt und ungiftig ist, kommt es auch als Tracergas für Untersuchungen über die Ausbreitung von Brandgasen oder Gefahrstoffen in Tunneln, U-Bahnen, Gebäuden oder Schiffen zum Einsatz. Das Gas wird dabei in sehr kleinen Konzentrationen freigesetzt und kann dann mit hochsensiblen Sensoren an verschiedenen Orten in Echtzeit gemessen werden. Diese niedrigen Konzentrationen und Hintergrundgase stellen für gängige Messverfahren Probleme dar oder waren beispielsweise beim Einsatz optischer Verfahren bislang mit hohen Kosten verbunden. Auch sind die Geräte häufig zu groß für eine portable Nutzung am Messort. Der kompakte Der SF6-Sensor Flowevo (50 ppm) ist so klein, dass er auch in tragbaren Gasmessgeräten Platz findet.

Ready-to-use

Alle beschriebenen Sensoren eignen sich darüber hinaus auch für den Einsatz in anspruchsvollen Laboranwendungen mit hohen Anforderungen an Leistung, Selektivität und Zuverlässigkeit. Sie lassen sich direkt in OEM-Systeme integrieren. Für die Verbindung zur Systemsteuerung verfügen die Sensoren wahlweise über Modbus ASCII- oder RTU-Schnittstellen. Da die NDIR-Gas-Sensoren auf einer Plattform aufbauen, lassen sich anwendungsspezifische Anpassungen leicht vornehmen, und weil alle Smartgas-Sensoren über die gleiche Datenschnittstelle verfügen, lassen sie sich parallel betreiben. Kunden können die Sensoren daher auch gegeneinander austauschen, ohne Änderungen an der Software oder der Datenschnittstelle vornehmen zu müssen. Smartgas liefert seine Sensoren ab Werk temperaturkompensiert und kalibriert aus. Auf Kundenwunsch nehmen die Heilbronner auch eine Druckkompensation der Sensoren vor. Dies ist beispielsweise dann erforderlich, wenn sich wetterabhängige Luftdruckschwankungen oder die Nutzung der Sensoren in großen Höhen auf die Dichte des Gases und damit auf die Anzahl der Moleküle im gleichen Volumen auswirken. Schließlich beruht das Messverfahren auf der Messung dieser Anzahl über die Absorption der IR-Strahlung.

Dipl.-Ing. (FH) Volker Huelsekopf

Geschäftsführer, Vertrieb international, Smartgas Mikrosensorik

(av)

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