Elegas og dens egenskaper

SF6-gass – elektrisk gass – er svovelheksafluorid SF6 (seks fluor)... SF6-gass er hovedisolatoren i SF6-isolerte celleelementer.

Ved arbeidstrykk og normale temperaturer SF6-gass — fargeløs, luktfri, ikke-brennbar gass, 5 ganger tyngre enn luft (tetthet 6,7 vs. 1,29 for luft), molekylvekt også 5 ganger luftens .

SF6-gass eldes ikke, det vil si at den ikke endrer egenskapene over tid; den brytes ned under en elektrisk utladning, men rekombinerer raskt og gjenvinner sin opprinnelige dielektriske styrke.

Ved temperaturer opp til 1000 K er SF6-gass inert og varmebestandig, opp til temperaturer på ca. 500 K er den kjemisk inaktiv og ikke aggressiv mot metallene som brukes i konstruksjonen av SF6-koblingsanlegg.

I et elektrisk felt har SF6-gass evnen til å fange opp elektroner, noe som resulterer i en høy dielektrisk styrke av SF6-gass. Ved å fange elektroner danner SF6-gass lavmobilitetsioner som sakte akselereres i et elektrisk felt.

Ytelsen til SF6-gass forbedres i et ensartet felt, derfor, for driftssikkerhet, må utformingen av individuelle elementer i bryterutstyret garantere den største jevnheten og homogeniteten til det elektriske feltet.

I et inhomogent felt oppstår lokale overspenninger av det elektriske feltet, som forårsaker koronautladninger. Under påvirkning av disse utslippene brytes SF6 ned og danner lavere fluorider (SF2, SF4) i miljøet, som har en skadelig effekt på konstruksjonsmaterialer. komplett gassisolert bryterutstyr (GIS).

For å unngå lekkasjer er alle overflater av individuelle elementer av metalldeler og gitter av celler rene og glatte og bør ikke ha ruhet og grader. Plikten til å oppfylle disse kravene er diktert av det faktum at smuss, støv, metallpartikler også skaper lokale påkjenninger i det elektriske feltet og dermed forringes den dielektriske styrken til SF6-isolasjonen.

Høy dielektrisk styrke av SF6-gass gjør det mulig å redusere isolasjonsavstandene ved lavt arbeidstrykk av gassen, som et resultat av at vekten og dimensjonene til det elektriske utstyret reduseres. Dette gjør det igjen mulig å redusere størrelsen på koblingsanlegg, noe som er svært viktig for eksempel for forholdene i nord, hvor hver kubikkmeter lokaler er svært kostbare.

Høy dielektrisk styrke av SF6-gass gir høy isolasjonsgrad med minimumsdimensjoner og avstander, og den gode lysbueslukkingsevnen og kjøleevnen til SF6 øker brytekapasiteten til bryterenheter og reduserer oppvarming av strømførende deler.

Bruken av SF6-gass gjør det mulig å øke strømbelastningen med 25 % og den tillatte temperaturen på kobberkontakter opp til 90 °C (i luft 75 °C) på grunn av kjemisk motstand, ikke-brennbarhet, brannsikkerhet, og større kjølekapasitet for SF6-gass.

En ulempe med SF6 er overgangen til flytende tilstand ved relativt høye temperaturer, noe som stiller ytterligere krav til temperaturregimet til SF6-utstyret i drift. Figuren viser avhengigheten av tilstanden til SF6-gass av temperaturen.

Graf over tilstanden til SF6-gass mot temperatur

For drift av SF6-utstyr ved negative temperaturer minus 40 gr. Det er nødvendig at trykket på SF6-gassen i apparatet ikke overstiger 0,4 MPa ved en tetthet på ikke mer enn 0,03 g / cm3.

Når trykket øker, vil SF6-gassen bli flytende ved høyere temperatur. derfor, for å forbedre påliteligheten til elektrisk utstyr ved temperaturer på omtrent minus 40 ° C, må det varmes opp (for eksempel varmes reservoaret til en SF6-kretsbryter opp til pluss 12 ° C for å unngå å føre SF6-gass inn i en væske stat).

Buekapasiteten til SF6-gass er, alt annet likt, flere ganger større enn luftens. Dette forklares av plasmaets sammensetning og temperaturavhengigheten til varmekapasiteten, varme og elektrisk Strømføringsevne.

I plasmatilstanden desintegrerer SF6-molekyler. Ved temperaturer i størrelsesorden 2000 K øker varmekapasiteten til SF6-gass kraftig på grunn av dissosiasjonen av molekylene. Derfor er den termiske ledningsevnen til plasma i temperaturområdet 2000 - 3000 K mye høyere (med to størrelsesordener) enn luftens. Ved temperaturer i størrelsesorden 4000 K avtar dissosiasjonen av molekyler.

Samtidig bidrar det lave ioniseringspotensialet atomære svovel dannet i SF6-buen til en konsentrasjon av elektroner som er tilstrekkelig til å opprettholde lysbuen selv ved temperaturer i størrelsesorden 3000 K. Når temperaturen øker ytterligere, synker plasmaledningsevnen , når luftens varmeledningsevne og øker deretter igjen. Slike prosesser reduserer spenningen og motstanden til en brennende lysbue i SF6-gass med 20 — 30 % sammenlignet med en lysbue i luft til temperaturer i størrelsesorden 12.000 — 8.000 K. Som et resultat avtar plasmaets elektriske ledningsevne.

Ved temperaturer på 6000 K reduseres graden av ionisering av atomisk svovel betydelig og mekanismen for elektronfangst av fritt fluor, lavere fluorider og SF6-molekyler forbedres.

Ved temperaturer på rundt 4000 K slutter dissosiasjon av molekyler og rekombinasjon av molekyler begynner, elektrontettheten avtar enda mer ettersom atomisk svovel kjemisk kombineres med fluor. I dette temperaturområdet er den termiske ledningsevnen til plasmaet fortsatt betydelig, lysbuen avkjøles, dette forenkles også ved fjerning av frie elektroner fra plasmaet på grunn av at de fanges opp av SF6-molekyler og atomisk fluor. Den dielektriske styrken til gapet øker gradvis og gjenoppretter seg til slutt.

Et trekk ved bueslukking i SF6-gass ligger i det faktum at ved en strøm nær null opprettholdes fortsatt den tynne buestangen og bryter av i siste øyeblikk av kryssingen av strømmen gjennom null.I tillegg, etter at strømmen går gjennom null, avkjøles gjenværende buesøyle i SF6-gassen intensivt, inkludert på grunn av den enda større økningen i varmekapasiteten til plasmaet ved temperaturer i størrelsesorden 2000 K, og den dielektriske styrken øker raskt .

Økningen i dielektrisk styrke til SF6-gass (1) og luft (2)

Slik stabilitet av lysbuebrenning i SF6-gass til minimumsstrømverdier ved relativt lave temperaturer resulterer i fravær av strømavbrudd og store overspenninger under bueslukking.

I luft er den dielektriske styrken til gapet i det øyeblikket buestrømmen krysser null større, men på grunn av den store tidskonstanten til lysbuen i luft, er økningen av dielektrisk styrke etter at strømmen krysser null mindre.