Analysis of SF6 Insulation Gas Using a GC-BID System

Význam tématu

Sulfur hexafluorid (SF6) se díky svým vynikajícím dielektrickým vlastnostem široce používá jako izolační plyn v elektrických zařízeních (rozváděče, transformátory, jističe) i jako sledovací plyn. Zároveň je však SF6 silným skleníkovým plynem a jeho úniky představují významný environmentální problém. Precizní a citlivá analytika SF6 a jeho nečistot či rozkladných produktů je klíčová pro zajištění kvality plynné izolace, prevenci emisí a diagnostiku stavu elektrických zařízení.

Cíle a přehled studie

Tento dokument představuje tři základní aplikace analytické metody GC-BID (plynové chromatografie s detekcí bariérovým výbojem) pro SF6:

• Stanovení stopových nečistot v technickém SF6 (inertní plyny, CO2, CO, nižší uhlovodíky).
• Měření nízkých koncentrací SF6 v atmosféře (0,1–50 ppm) pro detekci úniků.
• Analýzu rozkladných produktů SF6 (např. CF4, SOF2) při údržbě elektrických zařízení.

Použitá metodika a instrumentace

Pro všechny tři aplikace byl použit systém Nexis GC-2030 vybaven detektorem BID-2030. Klíčové parametry:

• Injekční režim: split (poměr 1:4 až 1:7), teplota injektoru 150 °C.
• Přenosný plyn: he­lium (průtok 7 mL/min), detekční plyn: helium (50 mL/min).
• Kolony MICROPACKED-ST (2,0 m × 1,0 mm I.D.) a SH-Rt-Msieve 5A (0,53 mm I.D. × 30 m, 50 μm) pro separaci nečistot a SF6.
• Teplotní program: od nízkých počátečních teplot (35–50 °C) po maximálně 265–270 °C podle analýzy.
• Objem vzorku: 3,0 mL plynného vzorku pro nečistoty a stopy SF6, 200 μL plynu pomocí gastěsné stříkačky pro rozkladné produkty.

Hlavní výsledky a diskuse

Analýza nečistot v technickém SF6 odhalila přítomnost H2, CO, CH4, CO2, N2O, C2-uhlovodíků a C3-uhlovodíků v koncentracích řádu 0,9–21 ppm. Použití detektoru BID zajistilo vysokou citlivost a přesnost kvantifikace i při nasyceném signálu pro samotný SF6. Při analýze stopového SF6 v syntetické atmosféře byla prokázána lineární odezva v rozsahu 0,1–50 ppm (R2 = 0,9998) a detekční limit 0,1 ppm (S/N = 24). Rozkladné produkty SF6 (CF4: 310 ppm, SOF2: 107 ppm) byly separovány a identifikovány bez nutnosti složitých příprav vzorku.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda GC-BID umožňuje:

• Rychlé a citlivé sledování kvality SF6 při výrobě, plnění a recyklaci.
• Detekci úniků SF6 v reálném čase pro ochranu životního prostředí.
• Diagnostiku stavu izolačního plynu v elektrických zařízeních na základě analýzy rozkladných produktů.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se další rozvoj GC-BID metod pro komplexní monitorování směsí plynů, rozšíření detekce na halogenované sloučeniny včetně SF6 náhrad a využití v terénních měřeních. Integrace automatizovaných vzorkovačů a dálkový přenos dat umožní efektivnější preventivní údržbu a environmentální monitoring.

Závěr

GC-BID s bariérovým výbojem představuje univerzální a vysoce citlivou platformu pro analýzu SF6, jeho nečistot i rozkladných produktů. Metoda nabízí přesnost kvantifikace za širokého rozsahu koncentrací, eliminuje komplikace spojené s radioizotopovými detektory a přispívá ke zlepšení kvality, bezpečnosti a ekologické kontroly elektrických izolací.

Reference

• Shimadzu Application Note No. G300: Analysis of SF6 Insulation Gas Using a GC-BID System, First Edition Mar. 2018.