Elegas a jeho vlastnosti

Plyn SF6 – elektrický plyn – je fluorid sírový SF6 (šesť fluóru)… Plyn SF6 je hlavným izolantom v článkoch izolovaných SF6.

Pri pracovnom tlaku a normálnych teplotách plyn SF6 — bezfarebný, nehorľavý plyn bez zápachu, 5-krát ťažší ako vzduch (hustota 6,7 ​​oproti 1,29 pre vzduch), molekulová hmotnosť je tiež 5-krát väčšia ako vzduch.

Plyn SF6 nestarne, to znamená, že časom nemení svoje vlastnosti; pri elektrickom výboji sa rozkladá, ale rýchlo sa rekombinuje, čím opäť získa svoju pôvodnú dielektrickú silu.

Pri teplotách do 1000 K je plyn SF6 inertný a tepelne odolný, do teplôt cca 500 K je chemicky neaktívny a neagresívny voči kovom použitým pri konštrukcii rozvádzačov SF6.

V elektrickom poli má plyn SF6 schopnosť zachytávať elektróny, čo vedie k vysokej dielektrickej sile plynu SF6. Zachytávaním elektrónov plyn SF6 vytvára ióny s nízkou pohyblivosťou, ktoré sa pomaly urýchľujú v elektrickom poli.

Výkon plynu SF6 sa zlepšuje v rovnomernom poli, preto pre prevádzkovú spoľahlivosť musí konštrukcia jednotlivých prvkov rozvádzača zaručovať čo najväčšiu rovnomernosť a homogenitu elektrického poľa.

V nehomogénnom poli vznikajú lokálne prepätia elektrického poľa, ktoré spôsobujú korónové výboje. Pod vplyvom týchto výbojov sa SF6 rozkladá, pričom v prostredí vznikajú nižšie fluoridy (SF2, SF4), ktoré majú škodlivý vplyv na konštrukčné materiály. kompletné plynom izolované rozvádzače (GIS).

Aby sa predišlo netesnostiam, všetky povrchy jednotlivých prvkov kovových častí a mriežky buniek sú čisté a hladké a nemali by mať drsnosť a otrepy. Povinnosť splniť tieto požiadavky je daná skutočnosťou, že nečistoty, prach, kovové častice tiež vytvárajú lokálne napätia v elektrickom poli a tým sa zhoršuje dielektrická pevnosť izolácie SF6.

Vysoká dielektrická pevnosť plynu SF6 umožňuje znížiť izolačné vzdialenosti pri nízkom pracovnom tlaku plynu, v dôsledku čoho sa znižuje hmotnosť a rozmery elektrického zariadenia. To zase umožňuje zmenšiť veľkosť rozvádzačov, čo je veľmi dôležité napríklad pre podmienky na severe, kde je každý kubický meter priestorov veľmi drahý.

Vysoká dielektrická pevnosť plynu SF6 poskytuje vysoký stupeň izolácie s minimálnymi rozmermi a vzdialenosťami a dobrá schopnosť zhášania oblúka a chladiaca schopnosť plynu SF6 zvyšuje vypínaciu schopnosť spínacích zariadení a znižuje zahrievanie živých častí.

Použitie plynu SF6 umožňuje za rovnakých podmienok zvýšiť prúdové zaťaženie o 25% a prípustnú teplotu medených kontaktov až na 90°C (na vzduchu 75°C) vďaka chemickej odolnosti, nehorľavosti, požiarnej bezpečnosti a väčšiu chladiacu kapacitu plynu SF6.

Nevýhodou SF6 je jeho prechod do kvapalného stavu pri relatívne vysokých teplotách, čo kladie ďalšie požiadavky na teplotný režim zariadenia SF6 v prevádzke. Na obrázku je znázornená závislosť stavu plynu SF6 od teploty.

Graf stavu plynu SF6 v závislosti od teploty

Na prevádzku zariadenia SF6 pri záporných teplotách mínus 40 g je potrebné, aby tlak plynu SF6 v prístroji nepresiahol 0,4 MPa pri hustote maximálne 0,03 g / cm3.

Keď sa tlak zvýši, plyn SF6 sa skvapalní pri vyššej teplote. preto, aby sa zlepšila spoľahlivosť elektrického zariadenia pri teplotách približne mínus 40 °C, musí sa ohrievať (napríklad zásobník ističa SF6 sa zahrieva na plus 12 °C, aby sa zabránilo prechodu plynu SF6 do kvapaliny štát).

Kapacita oblúka plynu SF6, ak sú ostatné veci rovnaké, je niekoľkonásobne väčšia ako kapacita vzduchu. Vysvetľuje sa to zložením plazmy a teplotnou závislosťou tepelnej kapacity, tepla a elektrická vodivosť.

V plazmatickom stave sa molekuly SF6 rozpadajú. Pri teplotách rádovo 2000 K sa tepelná kapacita plynu SF6 prudko zvyšuje v dôsledku disociácie molekúl. Preto je tepelná vodivosť plazmy v teplotnom rozsahu 2000 - 3000 K oveľa vyššia (o dva rády) ako tepelná vodivosť vzduchu. Pri teplotách rádovo 4000 K sa disociácia molekúl znižuje.

Atómová síra s nízkym ionizačným potenciálom vytvorená v oblúku SF6 zároveň prispieva ku koncentrácii elektrónov, ktorá je dostatočná na udržanie oblúka aj pri teplotách rádovo 3000 K. S ďalším zvyšovaním teploty sa vodivosť plazmy znižuje. dosiahne tepelnú vodivosť vzduchu a potom sa opäť zvýši. Takéto procesy znižujú napätie a odpor horiaceho oblúka v plyne SF6 o 20 — 30 % v porovnaní s oblúkom vo vzduchu pri teplotách rádovo 12 000 — 8 000 K. V dôsledku toho klesá elektrická vodivosť plazmy.

Pri teplotách 6000 K sa výrazne zníži stupeň ionizácie atómovej síry a zosilní sa mechanizmus zachytávania elektrónov voľným fluórom, nižšími fluoridmi a molekulami SF6.

Pri teplotách okolo 4000 K končí disociácia molekúl a začína sa rekombinácia molekúl, hustota elektrónov sa ešte viac znižuje, keď sa atómová síra chemicky spája s fluórom. V tomto teplotnom rozsahu je tepelná vodivosť plazmy ešte výrazná, oblúk sa ochladzuje, to je uľahčené aj odstraňovaním voľných elektrónov z plazmy v dôsledku ich zachytávania molekulami SF6 a atómovým fluórom. Dielektrická pevnosť medzery sa postupne zvyšuje a nakoniec sa obnoví.

Znak zhášania oblúka v plyne SF6 spočíva v tom, že pri prúde blízkom nule je tenký oblúkový oblúk stále udržiavaný a odlomí sa v poslednom okamihu prechodu prúdu cez nulu.Okrem toho, po prechode prúdu cez nulu sa zvyškový oblúkový stĺpec v plyne SF6 intenzívne ochladzuje, a to aj v dôsledku ešte väčšieho zvýšenia tepelnej kapacity plazmy pri teplotách rádovo 2000 K, a dielektrická pevnosť sa rýchlo zvyšuje. .

Zvýšenie dielektrickej pevnosti plynu SF6 (1) a vzduchu (2)

Takáto stabilita horenia oblúka v plyne SF6 na minimálne hodnoty prúdu pri relatívne nízkych teplotách má za následok absenciu prerušenia prúdu a veľkých prepätí počas zhášania oblúka.

Vo vzduchu je dielektrická pevnosť medzery v okamihu, keď prúd oblúka prekročí nulu, väčšia, ale kvôli veľkej časovej konštante oblúka vo vzduchu je rýchlosť nárastu dielektrickej pevnosti po prechode prúdu nulou menšia.