Elegas ja selle omadused
SF6 gaas — elektrigaas — on väävelheksafluoriid SF6 (kuus fluori)… SF6 gaas on SF6-isolatsiooniga rakuelementide peamine isolaator.
Töörõhul ja normaaltemperatuuril on gaas SF6 – värvitu, lõhnatu, mittesüttiv gaas, õhust 5 korda raskem (õhul tihedus 6,7 vs 1,29), molekulmass on samuti 5 korda suurem kui õhul .
SF6 gaas ei vanane, st ei muuda aja jooksul oma omadusi; see laguneb elektrilahenduse käigus, kuid rekombineerub kiiresti, saades tagasi oma esialgse dielektrilise tugevuse.
Temperatuuridel kuni 1000 K on gaas SF6 inertne ja kuumakindel, kuni temperatuurini umbes 500 K on see keemiliselt inaktiivne ega ole agressiivne SF6 jaotusseadmete ehitamisel kasutatavate metallide suhtes.
Elektriväljas on SF6 gaasil võime püüda elektrone, mille tulemuseks on SF6 gaasi kõrge dielektriline tugevus. Elektrone püüdes moodustab gaas SF6 vähese liikuvusega ioone, mida elektriväljas aeglaselt kiirendatakse.
SF6 gaasi jõudlus paraneb ühtlases väljas, mistõttu töökindluse tagamiseks peab lülitusseadme üksikute elementide konstruktsioon tagama elektrivälja suurima ühtluse ja homogeensuse.
Ebahomogeenses väljas tekivad elektrivälja lokaalsed liigpinged, mis põhjustavad koroonalahendusi. Nende heitmete mõjul SF6 laguneb, moodustades keskkonda madalamaid fluoriide (SF2, SF4), millel on kahjulik mõju konstruktsioonimaterjalidele. täielik gaasiisolatsiooniga jaotusseade (GIS).
Lekete vältimiseks on metallosade ja lahtrite võre üksikute elementide kõik pinnad puhtad ja siledad ning neil ei tohiks olla karedust ega jäme. Nende nõuete täitmise kohustuse tingib asjaolu, et mustus, tolm, metalliosakesed tekitavad elektriväljas ka lokaalseid pingeid ja seega halveneb SF6 isolatsiooni dielektriline tugevus.
SF6 gaasi kõrge dielektriline tugevus võimaldab gaasi madala töörõhu juures vähendada isolatsioonikaugusi, mille tulemusena väheneb elektriseadmete kaal ja mõõtmed. See omakorda võimaldab vähendada jaotusseadmete suurust, mis on väga oluline näiteks põhjapoolsete olude jaoks, kus iga ruumide kuupmeeter on väga kallis.
SF6 gaasi kõrge dielektriline tugevus tagab kõrge isolatsioonitaseme minimaalsete mõõtmete ja vahekaugustega ning SF6 hea kaarekustutus- ja jahutusvõime suurendavad lülitusseadmete katkestusvõimet ja vähendavad pingestatud osade soojendamine.
Gaasi SF6 kasutamine võimaldab muudel võrdsetel tingimustel suurendada voolukoormust 25% ja vaskkontaktide lubatud temperatuuri kuni 90 ° C (õhus 75 ° C) tänu keemilisele vastupidavusele, mittesüttivusele, tuleohutusele. ja SF6 gaasi suurem jahutusvõimsus.
SF6 puuduseks on selle üleminek vedelasse olekusse suhteliselt kõrgetel temperatuuridel, mis seab täiendavad nõuded töötavate SF6 seadmete temperatuurirežiimile. Joonisel on kujutatud SF6 gaasi oleku sõltuvust temperatuurist.
SF6 gaasi oleku ja temperatuuri graafik
SF6 seadmete tööks negatiivsetel temperatuuridel miinus 40 gr. On vajalik, et SF6 gaasi rõhk aparaadis ei ületaks 0,4 MPa tihedusel mitte rohkem kui 0,03 g / cm3.
Rõhu tõustes vedeldub gaas SF6 kõrgemal temperatuuril. Seetõttu tuleb elektriseadmete töökindluse parandamiseks temperatuuril ligikaudu miinus 40 ° C seda kuumutada (näiteks SF6 kaitselüliti reservuaari kuumutatakse pluss 12 ° C-ni, et vältida SF6 gaasi sattumist vedelikku osariik).
SF6 gaasi kaare läbilaskevõime, kui muud asjaolud on võrdsed, on mitu korda suurem kui õhul. Seda seletatakse plasma koostise ja soojusmahtuvuse temperatuurisõltuvusega, soojus- ja elektrijuhtivus.
Plasma olekus SF6 molekulid lagunevad. Temperatuuridel suurusjärgus 2000 K suureneb SF6 gaasi soojusmahtuvus järsult tänu molekulide dissotsiatsioonile. Seetõttu on plasma soojusjuhtivus temperatuurivahemikus 2000–3000 K palju suurem (kahe suurusjärgu võrra) kui õhul. Temperatuuridel suurusjärgus 4000 K molekulide dissotsiatsioon väheneb.
Samal ajal aitab SF6 kaares moodustunud madala ionisatsioonipotentsiaaliga aatomväävel kaasa elektronide kontsentratsioonile, mis on piisav kaare säilitamiseks isegi 3000 K suurusjärgus temperatuuridel. Temperatuuri edasisel tõustes plasma juhtivus väheneb. saavutades õhu soojusjuhtivuse ja seejärel uuesti suureneb. Sellised protsessid vähendavad SF6 gaasis põleva kaare pinget ja takistust 20–30% võrreldes õhukaarega temperatuuridel vahemikus 12 000–8 000 K. Selle tulemusena väheneb plasma elektrijuhtivus.
Temperatuuril 6000 K väheneb aatomväävli ionisatsiooniaste oluliselt ning paraneb vaba fluori, madalamate fluoriidide ja SF6 molekulide elektronide püüdmise mehhanism.
Umbes 4000 K temperatuuril lõpeb molekulide dissotsiatsioon ja algab molekulide rekombinatsioon, elektrontihedus väheneb veelgi, kuna aatomväävel ühineb keemiliselt fluoriga. Selles temperatuurivahemikus on plasma soojusjuhtivus endiselt märkimisväärne, kaar jahutatakse, seda soodustab ka vabade elektronide eemaldamine plasmast nende kinnipüüdmise tõttu SF6 molekulide ja aatomi fluoriga. Pilu dielektriline tugevus suureneb järk-järgult ja lõpuks taastub.
SF6 gaasis kaare kustutamise eripära seisneb selles, et nullilähedase voolu korral säilib õhuke kaarevarras endiselt ja katkeb voolu nulli läbimise viimasel hetkel.Lisaks jahtub pärast voolu läbimist nulli jääkkaare kolonn SF6 gaasis intensiivselt, sealhulgas plasma soojusmahtuvuse veelgi suurema suurenemise tõttu temperatuuril suurusjärgus 2000 K, ja dielektriline tugevus suureneb kiiresti. .
SF6 gaasi (1) ja õhu (2) dielektrilise tugevuse suurenemine
Selline kaare põlemise stabiilsus SF6 gaasis minimaalsete vooluväärtusteni suhteliselt madalatel temperatuuridel põhjustab voolukatkestuste ja suurte liigpingete puudumise kaare kustutamise ajal.
Õhus on pilu dielektriline tugevus hetkel, mil kaare vool ületab nulli, suurem, kuid kaare suure ajakonstandi tõttu õhus on dielektrilise tugevuse suurenemise kiirus pärast voolu nulli ületamist väiksem.