Elegas och dess egenskaper
SF6-gas - elektrisk gas - är svavelhexafluorid SF6 (sex fluor)... SF6-gas är huvudisolatorn i SF6-isolerade cellelement.
Vid arbetstryck och normala temperaturer SF6-gas — färglös, luktfri, icke brandfarlig gas, 5 gånger tyngre än luft (densitet 6,7 mot 1,29 för luft), molekylvikt också 5 gånger luftens .
SF6-gas åldras inte, det vill säga den ändrar inte sina egenskaper över tiden; den sönderdelas under en elektrisk urladdning, men rekombineras snabbt och återfår sin ursprungliga dielektriska styrka.
Vid temperaturer upp till 1000 K är SF6-gas inert och värmebeständig, upp till temperaturer på cirka 500 K är den kemiskt inaktiv och inte aggressiv mot de metaller som används i konstruktionen av SF6-ställverk.
I ett elektriskt fält har SF6-gas förmågan att fånga elektroner, vilket resulterar i en hög dielektrisk styrka hos SF6-gas. Genom att fånga elektroner bildar SF6-gas joner med låg rörlighet som långsamt accelereras i ett elektriskt fält.
Prestanda för SF6-gas förbättras i ett enhetligt fält, därför måste designen av enskilda delar av ställverket garantera största enhetlighet och homogenitet för det elektriska fältet för driftsäkerhet.
I ett inhomogent fält uppstår lokala överspänningar i det elektriska fältet, vilket orsakar koronaurladdningar. Under påverkan av dessa utsläpp sönderfaller SF6 och bildar lägre fluorider (SF2, SF4) i miljön, som har en skadlig effekt på konstruktionsmaterial. komplett gasisolerat ställverk (GIS).
För att undvika läckor är alla ytor på enskilda delar av metalldelar och galler av celler rena och släta och bör inte ha grovhet och grader. Skyldigheten att uppfylla dessa krav dikteras av det faktum att smuts, damm, metallpartiklar också skapar lokala spänningar i det elektriska fältet och därmed försämras den dielektriska hållfastheten hos SF6-isoleringen.
Hög dielektrisk hållfasthet hos SF6-gas gör det möjligt att minska isoleringsavstånden vid lågt arbetstryck hos gasen, vilket resulterar i att vikten och dimensionerna på den elektriska utrustningen reduceras. Detta gör det i sin tur möjligt att minska storleken på ställverk, vilket är mycket viktigt till exempel för förhållandena i norr, där varje kubikmeter lokal är mycket dyr.
Hög dielektrisk hållfasthet hos SF6-gas ger en hög isoleringsgrad med minimala dimensioner och avstånd, och den goda ljusbågssläckningsförmågan och kylförmågan hos SF6 ökar brytkapaciteten hos kopplingsanordningar och minskar värma spänningsförande delar.
Användningen av SF6-gas gör det möjligt att öka den aktuella belastningen med 25 % och den tillåtna temperaturen för kopparkontakter upp till 90 ° C (i luft 75 ° C) på grund av kemisk beständighet, icke-antändlighet, brandsäkerhet. och större kylkapacitet för SF6-gas.
En nackdel med SF6 är dess övergång till flytande tillstånd vid relativt höga temperaturer, vilket ställer ytterligare krav på temperaturregimen för SF6-utrustningen i drift. Figuren visar tillståndet för SF6-gasens beroende av temperaturen.
Graf över tillståndet för SF6-gas kontra temperatur
För drift av SF6-utrustning vid negativa temperaturer minus 40 gr. Det är nödvändigt att trycket på SF6-gasen i apparaten inte överstiger 0,4 MPa vid en densitet på högst 0,03 g / cm3.
När trycket ökar kommer SF6-gasen att bli flytande vid en högre temperatur. därför, för att förbättra tillförlitligheten hos elektrisk utrustning vid temperaturer på ungefär minus 40 ° C, måste den värmas upp (till exempel värms behållaren på en SF6-strömbrytare till plus 12 ° C för att undvika att SF6-gas passerar in i en vätska stat).
Bågkapaciteten för SF6-gas är, allt annat lika, flera gånger större än luftens. Detta förklaras av plasmans sammansättning och temperaturberoendet av värmekapaciteten, värme och elektrisk konduktivitet.
I plasmatillståndet sönderfaller SF6-molekyler. Vid temperaturer i storleksordningen 2000 K ökar värmekapaciteten hos SF6-gas kraftigt på grund av molekylernas dissociation. Därför är värmeledningsförmågan för plasma i temperaturområdet 2000 - 3000 K mycket högre (med två storleksordningar) än luftens. Vid temperaturer i storleksordningen 4000 K minskar dissociationen av molekyler.
Samtidigt bidrar det atomära svavlet med låg joniseringspotential som bildas i SF6-bågen till en koncentration av elektroner som är tillräcklig för att bibehålla ljusbågen även vid temperaturer i storleksordningen 3000 K. När temperaturen ökar ytterligare minskar plasmakonduktiviteten , når luftens värmeledningsförmåga och ökar sedan igen. Sådana processer minskar spänningen och motståndet hos en brinnande båge i SF6-gas med 20 — 30 % jämfört med en båge i luft till temperaturer av storleksordningen 12 000 — 8 000 K. Som ett resultat av detta minskar plasmans elektriska ledningsförmåga.
Vid temperaturer på 6000 K reduceras graden av jonisering av atomärt svavel avsevärt och mekanismen för elektroninfångning av fritt fluor, lägre fluorider och SF6-molekyler förbättras.
Vid temperaturer på cirka 4000 K slutar dissociation av molekyler och rekombination av molekyler börjar, elektrontätheten minskar ännu mer när atomärt svavel kemiskt kombineras med fluor. I detta temperaturområde är plasmats värmeledningsförmåga fortfarande betydande, ljusbågen kyls, detta underlättas också av avlägsnandet av fria elektroner från plasman på grund av deras infångning av SF6-molekyler och atomärt fluor. Den dielektriska styrkan hos gapet ökar gradvis och återhämtar sig så småningom.
Ett kännetecken för bågsläckning i SF6-gas ligger i det faktum att vid en ström nära noll bibehålls den tunna ljusbågsstaven fortfarande och bryter av i sista ögonblicket av korsningen av strömmen genom noll.Dessutom, efter att strömmen passerat genom noll, kyls den kvarvarande bågkolonnen i SF6-gasen intensivt, inklusive på grund av den ännu större ökningen av plasmans värmekapacitet vid temperaturer i storleksordningen 2000 K, och den dielektriska styrkan ökar snabbt .
Ökningen av dielektrisk styrka för SF6-gas (1) och luft (2)
Sådan stabilitet av ljusbågsbränning i SF6-gas till lägsta strömvärden vid relativt låga temperaturer resulterar i frånvaro av strömavbrott och stora överspänningar under ljusbågssläckning.
I luft är den dielektriska styrkan för gapet i det ögonblick då bågströmmen korsar noll större, men på grund av den stora tidskonstanten för bågen i luft är ökningshastigheten för dielektrisk styrka efter att strömmen korsar noll mindre.