一、简介

由于对环境保护的要求越来越高，在电力输送过程中要求向大容量、远距离和超高压方向发展，同时，电气设备的发展又依赖于优良的绝缘介质和灭弧介质。传统的绝缘介质和灭弧介质是绝缘油，但绝缘油最明显的缺陷是具有可燃性，如果电气设备发生损坏短路，就有可能出现电弧，引发火灾。在城市电网中，要求供电功率大，并且连续送电，最重要的是要保证用电安全。自20世纪六氟化硫被人们合成出来以后，这种不燃烧、抗老化的新型绝缘介质逐渐引起世人的关注。

在通常状态下，六氟化硫(SF6)是一种无味、无色、无毒的不可燃性气体，密度约为空气的5倍，无毒性和腐蚀性，但在有水分存在的情况下，可能发生分解反应，六氟化硫的一级或二级分解产物都具有毒性和腐蚀性。危害最大的分解产物是氢氟酸(HF)，它对人体具有明显的危害性，还会腐蚀电气设备的材质(如陶瓷、玻璃以及其他绝缘材料)。氢氟酸的含量越高，危害性越大，对设备的腐蚀速度越快。而氢氟酸的浓度取决于六氟化硫中水分的含量，水分的增加会导致氢氟酸的比例增大，同时可能导致电气性能下降。

二、六氟化硫水分含量标准

为了保证电气设备的安全运行，世界上很多国家或组织对六氟化硫气体的水分含量限值作了具体规定。我国针对不同行业的具体要求分别发布了《电子工业用六氟化硫》、《工业用六氟化硫》以及气体管理和检测导则等国家标准。电力部门出台了更为详细的六氟化硫电气设备气体监督检测、实验项目和检测周期等行业标准。表1为不同国家或组织对六氟化硫新气的水分含量的规定。

表1 不同国家或组织对于六氟化硫新气的水分含量标准

我国电力行业相关标准对运行中的六氟化硫气体质量的水分监督检测作了更具体的规定，在20℃条件下，对于断路器灭弧室的六氟化硫，运行中水分含量不大于37.0(质量分数，PPMw，以下同)，大修后不大于18.5。对于其他气室，运行中六氟化硫水分含量不大于62.0，大修后不大于31.0。

三、六氟化硫气体中湿度的测量

现在有多种成熟的方法和仪器可以测量六氟化硫的湿度，工作原理不同，测量范围和准确度也不相同。

1.露点法

冷镜式露点仪是目前准确度最高的湿度测量设备，其测量可靠性、重复性、稳定性和方便程度均远远高于其他原理的测湿仪器，目前可能是电力部门使用最多的湿度测量设备。

冷镜式露点仪的工作原理是基于测量气体中水蒸气的分压。当被测气体以一定的流量通过露点仪的传感器时，半导体制冷器会冷却传感器的镜面。当镜面降到一定温度时，气体中的水蒸气会在镜面的表面结露或结霜，在达到热力学相平衡状态时测得的镜面温度，就是被测气体的露点或霜点值。整个测量过程由光电平衡系统自动控制。这种方法建立在可靠的理论基础上，是一种通用的湿度标准测量方法。

早期的冷镜式露点仪采用手动制冷技术，使用干冰(液态CO2)或液氮作为冷却剂。由于制冷速度不易控制，容易造成结露过冲现象，所以测量准确度不高、重复性差，现在基本上不再使用。

在使用露点仪测量六氟化硫的湿度时，需要注意六氟化硫的液化现象。当露点低于-50℃时，六氟化硫也有可能在露点仪的镜面上变成液态，而露点仪本身是不能区分液态水和液态六氟化硫的。这种情况下会造成测量结果出现误差，可以考虑使用其他测量方法。

2.电解法

电解法湿度仪也是一种使用比较广泛的仪器，测量原理基于法拉第定律，属于一种绝对测量方法，测量范围通常在1000μL/L(体积分数)以下。

仪器的核心部件是电解池，当被测气体流经电解池时，水蒸气被电极表面的五氧化二磷(P2O5)薄膜完全吸收，并被电解为氢和氧，被电解水的量与通过电解池的电量成正比。在一定的水蒸气浓度和气体流速范围内，水分被吸收的速度和电解的速度是相同的，即水分被连续地吸收和电解。当吸收和电解过程达到平衡时，电解电流正比于气体湿度，瞬时的电解电流可以认为是气体含水量的电信号。电解电流是与气体流速有关的，因此，在测量时必须保证气体有固定的流速(一般为100mL/min)并保持恒定。反应结束时五氧化二磷再生。若已知环境温度、压力和被测气体流量，根据法拉第电解定律和气体状态方程式，可导出电解电流与被测气体含水量之间的关系式。根据电解电流的大小，仪器可以直接显示气体含水量

电解法湿度仪最明显的使用不便之处是要测定本底值。根据JJG500-2005《电解法湿度仪》检定规程，仪器在使用前需要用高纯气体(一般为高纯氮气)对管路和仪器进行干燥，正常情况下，仪器的本底值应该在6μL/L以下。这一过程可能需要几个小时甚至更长，会给现场检测带来一些不便。

3.阻容法

阻容法露点湿度仪一般是指以湿敏电容或湿敏电阻为感湿元件、测量气体中水蒸气含量的仪器仪表，常用于低湿范围的测量。

湿度传感器主要由电极、感湿材料和电极基底等部分组成。其中，上层电极由特殊的传导材料制造，能保证水分子通过，同时又可保护湿敏材料不受灰尘、油污或导电粒子的影响。电极的基底材料常见为玻璃或硅，主要用来支撑传感器的结构。感湿材料一般为高分子活性聚合物薄膜，能够吸收水蒸气，其电参数(如电容、电阻、介电常数或频率等)与周围环境的水蒸气含量具有某种函数关系。测量电路测量湿敏元件电参数的改变，并换算成相应的露点值。在通常工作环境中，其他极性分子即使能够穿过上层电极到达湿敏材料薄膜，其所引起的介电常数变化量仍可以忽略不计。

阻容法露点湿度仪比较明显的缺点是容易发生漂移，所以最好一年校准一次，或者重新修正仪器的工作曲线。这类露点仪可以制作成便携式或防爆型，适合于现场检测或长时间在线监测。

4.其他方法

湿度测量还有一些方法，如重量法和色谱法。由于操作步骤的繁琐和影响测量准确度的因素较多，无论是在实验室或现场检测，都已经很少使用。

5.结论

不同原理的六氟化硫湿度测量仪器，其测量准确度、使用范围、长期稳定性和适用场合均有所不同，应该根据工作环境选择使用，并依据相应的检定规程或校准规范按时对仪器进行检定或校准。