Elegas și proprietățile sale
Gazul SF6 - gazul electric - este hexafluorura de sulf SF6 (șase fluor)... Gazul SF6 este principalul izolator în elementele celulelor izolate cu SF6.
La presiunea de lucru și la temperaturi normale, gazul SF6 — gaz incolor, inodor, neinflamabil, de 5 ori mai greu decât aerul (densitate 6,7 față de 1,29 pentru aer), greutate moleculară de 5 ori mai mare decât aerul.
Gazul SF6 nu îmbătrânește, adică nu își schimbă proprietățile în timp; se descompune în timpul unei descărcări electrice, dar se recombină rapid, recâștigându-și rezistența dielectrică inițială.
La temperaturi de până la 1000 K, gazul SF6 este inert și rezistent la căldură, până la temperaturi de aproximativ 500 K este inactiv din punct de vedere chimic și nu este agresiv față de metalele utilizate în construcția tablourilor de distribuție SF6.
Într-un câmp electric, gazul SF6 are capacitatea de a capta electroni, rezultând o rigiditate dielectrică ridicată a gazului SF6. Prin captarea electronilor, gazul SF6 formează ioni cu mobilitate redusă care sunt accelerați lent într-un câmp electric.
Performanța gazului SF6 se îmbunătățește într-un câmp uniform, prin urmare, pentru fiabilitatea operațională, proiectarea elementelor individuale ale tabloului de distribuție trebuie să garanteze cea mai mare uniformitate și omogenitate a câmpului electric.
Într-un câmp neomogen apar supratensiuni locale ale câmpului electric, care provoacă descărcări corona. Sub influența acestor descărcări, SF6 se descompune, formând fluoruri inferioare (SF2, SF4) în mediu, care au un efect nociv asupra materialelor structurale. aparataj complet izolat cu gaz (GIS).
Pentru a evita scurgerile, toate suprafețele elementelor individuale ale pieselor metalice și grilele celulelor sunt curate și netede și nu ar trebui să aibă rugozitate și bavuri. Obligația de a îndeplini aceste cerințe este dictată de faptul că murdăria, praful, particulele de metal creează și tensiuni locale în câmpul electric și astfel rigiditatea dielectrică a izolației SF6 se deteriorează.
Rigiditatea dielectrică ridicată a gazului SF6 permite reducerea distanțelor de izolare la presiunea de lucru scăzută a gazului, ca urmare a reducerii greutății și dimensiunilor echipamentului electric. Acest lucru, la rândul său, face posibilă reducerea dimensiunii aparatului de comutare, ceea ce este foarte important, de exemplu, pentru condițiile din nord, unde fiecare metru cub de încăpere este foarte scump.
Rigiditatea dielectrică ridicată a gazului SF6 asigură un grad ridicat de izolare cu dimensiuni și distanțe minime, iar capacitatea bună de stingere a arcului și capacitatea de răcire a SF6 măresc capacitatea de rupere a dispozitivelor de comutare și reduc încălzirea pieselor sub tensiune.
Utilizarea gazului SF6 permite, în condiții egale, creșterea sarcinii curente cu 25% și a temperaturii admisibile a contactelor de cupru până la 90 ° C (în aer 75 ° C) datorită rezistenței chimice, neinflamabilității, siguranței la incendiu și o capacitate mai mare de răcire a gazului SF6.
Un dezavantaj al SF6 este trecerea sa la o stare lichidă la temperaturi relativ ridicate, ceea ce stabilește cerințe suplimentare pentru regimul de temperatură al echipamentului SF6 în funcțiune. Figura arată dependența stării gazului SF6 de temperatură.
Graficul stării gazului SF6 în funcție de temperatură
Pentru funcționarea echipamentelor SF6 la temperaturi negative minus 40 gr. Este necesar ca presiunea gazului SF6 din aparat să nu depășească 0,4 MPa la o densitate de cel mult 0,03 g / cm3.
Pe măsură ce presiunea crește, gazul SF6 se va lichefia la o temperatură mai mare. prin urmare, pentru a îmbunătăți fiabilitatea echipamentului electric la temperaturi de aproximativ minus 40 ° C, acesta trebuie încălzit (de exemplu, rezervorul unui întrerupător SF6 este încălzit la plus 12 ° C pentru a evita trecerea gazului SF6 într-un lichid stat).
Capacitatea de arc a gazului SF6, celelalte lucruri fiind egale, este de câteva ori mai mare decât cea a aerului. Acest lucru se explică prin compoziția plasmei și dependența de temperatură a capacității de căldură, căldură și conductivitate electrică.
În starea de plasmă, moleculele de SF6 se dezintegrează. La temperaturi de ordinul a 2000 K, capacitatea termică a gazului SF6 crește brusc datorită disocierii moleculelor. Prin urmare, conductivitatea termică a plasmei în intervalul de temperatură 2000 - 3000 K este mult mai mare (cu două ordine de mărime) decât cea a aerului. La temperaturi de ordinul a 4000 K, disocierea moleculelor scade.
În același timp, sulful atomic cu potențial de ionizare scăzut format în arcul SF6 contribuie la o concentrație de electroni care este suficientă pentru a menține arcul chiar și la temperaturi de ordinul a 3000 K. Pe măsură ce temperatura crește în continuare, conductivitatea plasmei scade, ajungând la conductibilitatea termică a aerului și apoi crește din nou. Astfel de procese reduc tensiunea și rezistența unui arc de ardere în gaz SF6 cu 20 — 30% față de un arc în aer la temperaturi de ordinul a 12.000 — 8.000 K. Ca urmare, conductivitatea electrică a plasmei scade.
La temperaturi de 6000 K, gradul de ionizare a sulfului atomic este redus semnificativ și mecanismul de captare a electronilor prin fluor liber, fluoruri inferioare și molecule de SF6 este îmbunătățit.
La temperaturi de aproximativ 4000 K, se termină disociarea moleculelor și începe recombinarea moleculelor, densitatea electronilor scade și mai mult pe măsură ce sulful atomic se combină chimic cu fluorul. În acest interval de temperatură, conductivitatea termică a plasmei este încă semnificativă, arcul este răcit, acest lucru fiind facilitat și de îndepărtarea electronilor liberi din plasmă datorită captării acestora de către moleculele SF6 și fluorul atomic. Rigiditatea dielectrică a golului crește treptat și în cele din urmă își revine.
O caracteristică a stingerii arcului în gazul SF6 constă în faptul că la un curent apropiat de zero, tija arcului subțire este încă menținută și se rupe în ultimul moment al trecerii curentului prin zero.În plus, după trecerea curentului prin zero, coloana arcului rezidual din gazul SF6 se răcește intens, inclusiv datorită creșterii și mai mari a capacității termice a plasmei la temperaturi de ordinul a 2000 K, iar rigiditatea dielectrică crește rapid. .
Creșterea rigidității dielectrice a gazului SF6 (1) și a aerului (2)
O astfel de stabilitate a arderii arcului în gaz SF6 la valorile minime ale curentului la temperaturi relativ scăzute are ca rezultat absența întreruperilor de curent și a supratensiunilor mari în timpul stingerii arcului.
În aer, rezistența dielectrică a golului în momentul în care curentul arcului trece de zero este mai mare, dar din cauza constantei de timp mari a arcului în aer, rata de creștere a rezistenței dielectrice după ce curentul trece de zero este mai mică.