Neues Referenzkammersystem der 87x9-Gasdichtewächter-Generation

Neben den eben genannten Vorteilen kann das Referenzkammer-Messwerk der 87x9-Generation neben dem Betriebsbereich neu auch den Niederdruckbereich bis zum Vakuum anzeigen und zwischen dem tiefsten und dem höchsten Schaltpunkt einen grösseren Bereich mit bis zu fünf Schaltern abdecken.

SF₆-freie Gasdichtewächter

Das neue Messsystem der 87x9-Generation basiert auf dem gleichen Referenzkammerprinzip wie die Modelle der bewährten 87x6-Generation (siehe Bild unten). Sowohl die Fertigungsprozesse als auch die zentralen, kritischen Elemente der Auslegung wurden beibehalten. Somit garantiert das Messsystem der neuen Generation die gleiche, unübertroffene Zuverlässigkeit und Robustheit wie die seit über 20 Jahren bewährten Systeme. Neu wird die Referenzkammer nicht mehr mit dem gleichen Isoliergas wie die Schaltanlage befüllt, sondern mit einer Mischung aus Stickstoff und CO₂, die das isochore (volumenkonstante) Verhalten des Anlagengases abbildet. Bei der Kalibrierung des Messsystems werden die Schaltpunkte und die Skalierung der Anzeige exakt auf die Werte des effektiven Isoliergases in der Anlage abgestimmt.

Im Hinblick auf die kommenden alternativen Isoliergase hat dies den Vorteil, dass nicht mehr das genaue Gasgemisch bereitgestellt werden muss, sondern dass die Referenzkammerfüllung aufgrund der physikalischen Daten (Isochorenwerte) des spezifischen Isoliergasgemisches in der Anlage rein mathematisch ausgelegt und darauf basierend produziert werden kann.

Im Fall von Anlagen mit Schwefelhexafluorid als Isoliergas bieten die SF₆-freien Messsysteme der neuen Generation vor allem Vorteile bei der Entsorgung am Ende der Lebensdauer: Trotz der sehr geringen Menge von weniger als 1 g SF₆ pro Gasdichtewächter müssen herkömmliche Gasdichtewächter mit SF₆-gefüllter Referenzkammer je nach nationaler Gesetzgebung speziell entsorgt werden. Und es ist zu erwarten, dass sich die Entsorgungsvorschriften für SF₆ weiter verschärfen werden. Das neue Referenzkammer-Messsystem der 87x9-Generation ist unabhängig vom anlagenseitigen Isoliergas mit einem Gas gefüllt, das sich bedenkenlos ohne weitere Massnahmen entsorgen lässt. Gerade bei Anlagen mit Schwefelhexafluorid, die mittelfristig auf alternative Isoliergase umgerüstet werden sollen, sollte bereits heute die Entsorgung der auf SF₆ ausgelegten Gasdichtewächter bedacht werden.

Referenzkammerbasierte Vollbereichsanzeige

Ein grosser Vorteil der referenzkammerbasierten Trafag-Gasdichtewächter ist die gezoomte Anzeige. Im Gegensatz zu manometerbasierten Gasdichtewächtern erfolgt die Skalierung nicht linear über den gesamten Bereich, sondern der für die Anlagensicherheit entscheidende Betriebsbereich (etwas unterhalb des tiefsten Alarmschaltpunktes bis über den Überdruckalarmschaltpunkt) wird deutlich grösser angezeigt. Der unterhalb des Betriebsbereiches liegende Niederdruckbereich, der vom Vakuum bis ca. 400 mbar unter den tiefsten Schaltpunkt reicht und für die Überwachung bei Lagerung, Transport und Inbetriebnahme zum Einsatz kommt, wurde bisher von der optionalen Niederdruckanzeige abgedeckt.

Wenn man die Anzeige der neuen 87x9-Generation mit jener der bisherigen 87x6-basierten Generation vergleicht, so stechen zwei wesentliche Unterschiede ins Auge: Einerseits ist die Anzeige der neuen Generation grundsätzlich deutlich grösser und orientiert sich optisch an traditionellen Manometern; andererseits befindet sich der Niederdruckbereich nicht mehr auf einer separaten Skala mit eigenem Zeiger, sondern ist direkt in die Vollbereichsanzeige integriert. Die Vollbereichsanzeige besteht aus dem Betriebsbereich, dem Niederdruckbereich und dem Übergangsbereich dazwischen.

Der Unterschied in der Darstellung des Niederdruckbereiches ist nicht nur rein optisch; auch die Messprinzipien unterscheiden sich: Die separate Niederdruckanzeige der 87x6-Generation baut auf einem separaten Bourdonrohr-Manometer-Messwerk auf; die neue, integrierte Niederdruckanzeige der 87x9-Generation basiert direkt auf der Referenzkammer. Deren Messbereich konnte so erweitert werden, dass er auch den Niederdruckbereich bis zum Vakuum abdeckt.

Verhalten im Niederdruckbereich

Die Gerättypen 87x9 und 87x6 unterscheiden sich durch das Messprinzip im Niederdruckbereich. Dies führt zu einer Anzeigendifferenz, wenn der Gasdichtewächter gegen den Umgebungsdruck betrachtet wird: Das Bourdonrohr-Manometer misst den Druck relativ zur Umgebung; die Referenzkammer hingegen – prinzipbedingt ein absolutes Messsystem – misst nicht den Druck, sondern die Gasdichte, angezeigt als der auf 20 °C umgerechnete Druck des Anlagengases.

Wird bei 20 °C die Anzeige beider Gasdichtewächter-Generationen mit einem Manometer verglichen, zeigen alle drei Geräte innerhalb der Messunsicherheit fast die gleichen Werte an. Die relativen Messsysteme von Manometer und Niederdruckanzeige der 87x6-Generation zeigen im nicht angeschlossenen, drucklosen Zustand 0 bar relativ an, während das Referenzkammersystem den aktuellen barometrischen Druck (absolut) anzeigt. Dieser beträgt je nach Höhe über Meer und Wetter meist zwischen 0,96 und 1,02 bar, beispielsweise 0,98 bar absolut. Das Gleiche würde auch ein Absolutdruck-Manometer anzeigen.

Bei identischen Bedingungen, aber einer Umgebungstemperatur von lediglich 5 °C unterscheiden sich die angezeigten Werte deutlich: Die relativen Messsysteme zeigen noch immer 0 bar relativ an, und auch das Absolutdruck-Manometer zeigt noch immer 0,98 bar absolut an; doch der Zeiger des referenzkammerbasierten, absoluten Messwerkes steht deutlich höher, auf ca. 1,4 bar absolut. Allerdings ist auch die Anzeige nicht auf Absolut- oder Relativdruck in bar skaliert, sondern auf die (isochore) Gasdichte bei 20 °C, z.B. von SF₆. Die Dichte von SF₆, die in einem abgeschlossenen Volumen bei 5 °C einen Druck von 0,98 bar absolut erzeugt (der barometrische Druck, der auf dem Gasdichtewächter anliegt), würde einen Druck von 1,4 bar absolut erzeugen, wenn das abgeschlossene Volumen auf 20 °C erwärmt würde.

Wenn nun bei Wartungsarbeiten oder Befüllung mit Druckmesssystemen wie Manometern (Absolut- oder Relativdruck) gearbeitet wird, muss die Niederdruckanzeige des 87x9-Gasdichtewächters zum Vergleich mit dem Manometer umgerechnet werden. Diese Umrechnung ist bei der Niederdruckanzeige der 87x6-Gasdichtewächter nicht nötig, da sie bereits auf einem Relativdruck-Manometer basiert. Wenn die Dichte, die als Druck des auf der Anzeige des Gasdichtewächters angegebenen Referenzkammergases bei 20 °C angezeigt wird, in Druck konvertiert wird, muss bei der Umrechnung die isochore Temperaturänderung entsprechend berücksichtigt werden.

Erweiterter Betriebsbereich mit bis zu fünf Schaltern

Der Betriebsbereich zwischen dem tiefsten und dem höchsten Schaltpunkt ist bei der neuen Generation 87x9 deutlich grösser: Beider Teilbereichsanzeige beträgt er 250 kPa@20°C, bei der Vollbereichsanzeige ist er leicht eingeschränkt und beträgt 180 kPa@20°C, wobei die Schaltpunktgenauigkeit mit 10 kPa@20°C am Markt nach wie vor unübertroffen ist. Ebenfalls erweitert wurde die Anzahl möglicher Schalter: Neu sind fünf statt vier Mikroschalter jeweils als Öffner und Schliesser integrierbar. Damit können beispielsweise sowohl der erste Alarmpunkt als auch der Lock-out mit redundanten Schaltern für noch mehr Sicherheit betrieben werden, und zusätzlich lässt sich der fünfte Schalter als Hochdruckalarm gegen Überfüllung nutzen.

Messsystem basierend auf Referenzkammerprinzip

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