Elegas in njegove lastnosti
Plin SF6 – električni plin – je žveplov heksafluorid SF6 (šest fluorov)… Plin SF6 je glavni izolator v elementih celic, izoliranih s SF6.
Pri delovnem tlaku in normalnih temperaturah plin SF6 — brezbarven, nevnetljiv plin brez vonja, 5-krat težji od zraka (gostota 6,7 v primerjavi z 1,29 za zrak), molekulska masa je prav tako 5-krat večja od molekulske mase zraka.
Plin SF6 se ne stara, to pomeni, da s časom ne spreminja svojih lastnosti; med električnim praznjenjem razpade, vendar se hitro rekombinira in ponovno pridobi prvotno dielektrično trdnost.
Pri temperaturah do 1000 K je plin SF6 inerten in toplotno odporen, do temperatur okoli 500 K je kemično neaktiven in ni agresiven do kovin, ki se uporabljajo pri izdelavi stikalnih naprav SF6.
V električnem polju ima plin SF6 sposobnost zajemanja elektronov, kar ima za posledico visoko dielektrično trdnost plina SF6. Z zajemanjem elektronov plin SF6 tvori ione z nizko mobilnostjo, ki se v električnem polju počasi pospešujejo.
Učinkovitost plina SF6 se izboljša v enakomernem polju, zato mora za zanesljivost delovanja konstrukcija posameznih elementov stikalne naprave zagotavljati največjo enakomernost in homogenost električnega polja.
V nehomogenem polju se pojavljajo lokalne prenapetosti električnega polja, ki povzročajo koronske razelektritve. Pod vplivom teh izpustov SF6 razpade, pri čemer v okolju nastanejo nižji fluoridi (SF2, SF4), ki škodljivo vplivajo na konstrukcijske materiale. kompletne plinsko izolirane stikalne naprave (GIS).
Da bi se izognili puščanju, so vse površine posameznih elementov kovinskih delov in mrež celic čiste in gladke ter ne smejo imeti hrapavosti in robov. Obveznost izpolnjevanja teh zahtev narekuje dejstvo, da umazanija, prah, kovinski delci ustvarjajo tudi lokalne napetosti v električnem polju in s tem se poslabša dielektrična trdnost izolacije SF6.
Visoka dielektrična trdnost plina SF6 omogoča zmanjšanje izolacijskih razdalj pri nizkem delovnem tlaku plina, zaradi česar se zmanjšajo teža in dimenzije električne opreme. To pa omogoča zmanjšanje velikosti stikalnih naprav, kar je zelo pomembno na primer za razmere na severu, kjer je vsak kubični meter prostorov zelo drag.
Visoka dielektrična trdnost plina SF6 zagotavlja visoko stopnjo izolacije z minimalnimi dimenzijami in razdaljami, dobra sposobnost gašenja obloka in sposobnost hlajenja SF6 pa povečata prekinitveno zmogljivost stikalnih naprav in zmanjšata ogrevanje delov pod napetostjo.
Uporaba plina SF6 omogoča, pod enakimi pogoji, povečanje tokovne obremenitve za 25% in dovoljeno temperaturo bakrenih kontaktov do 90 ° C (v zraku 75 ° C) zaradi kemične odpornosti, negorljivosti, požarne varnosti. in večja hladilna zmogljivost plina SF6.
Pomanjkljivost SF6 je njegov prehod v tekoče stanje pri relativno visokih temperaturah, kar postavlja dodatne zahteve za temperaturni režim opreme SF6 med delovanjem. Slika prikazuje odvisnost stanja plina SF6 od temperature.
Graf stanja plina SF6 v odvisnosti od temperature
Za delovanje opreme SF6 pri negativnih temperaturah minus 40 g je potrebno, da tlak plina SF6 v aparatu ne presega 0,4 MPa pri gostoti največ 0,03 g / cm3.
Ko se tlak poveča, se bo plin SF6 pri višji temperaturi utekočinil. zato je treba za izboljšanje zanesljivosti električne opreme pri temperaturah približno minus 40 ° C segreti (na primer, rezervoar odklopnika SF6 se segreje na plus 12 ° C, da se prepreči prehod plina SF6 v tekočino država).
Zmogljivost obloka plina SF6 je ob drugih enakih pogojih nekajkrat večja od zmogljivosti zraka. To je razloženo s sestavo plazme in temperaturno odvisnostjo toplotne kapacitete, toplote in električna prevodnost.
V stanju plazme molekule SF6 razpadejo. Pri temperaturah reda 2000 K se toplotna kapaciteta plina SF6 močno poveča zaradi disociacije molekul. Zato je toplotna prevodnost plazme v temperaturnem območju 2000-3000 K veliko večja (za dva reda velikosti) kot pri zraku. Pri temperaturah reda 4000 K se disociacija molekul zmanjša.
Hkrati atomsko žveplo z nizkim ionizacijskim potencialom, ki nastane v obloku SF6, prispeva h koncentraciji elektronov, ki zadostuje za vzdrževanje obloka tudi pri temperaturah reda 3000 K. Z nadaljnjim povišanjem temperature se plazemska prevodnost zmanjšuje, doseže toplotno prevodnost zraka in se nato spet poveča. Takšni procesi zmanjšajo napetost in odpornost gorečega obloka v plinu SF6 za 20 - 30% v primerjavi z oblokom v zraku do temperatur reda 12.000 - 8.000 K. Posledično se zmanjša električna prevodnost plazme.
Pri temperaturah 6000 K se stopnja ionizacije atomskega žvepla znatno zmanjša, mehanizem zajemanja elektronov s prostim fluorom, nižjimi fluoridi in molekulami SF6 pa se poveča.
Pri temperaturah okoli 4000 K se disociacija molekul konča in se začne rekombinacija molekul, elektronska gostota se še bolj zmanjša, ko se atomsko žveplo kemično poveže s fluorom. V tem temperaturnem območju je toplotna prevodnost plazme še vedno pomembna, oblok se ohladi, k temu prispeva tudi odstranitev prostih elektronov iz plazme zaradi njihovega zajemanja z molekulami SF6 in atomskega fluora. Dielektrična trdnost reže postopoma narašča in se sčasoma obnovi.
Značilnost gašenja obloka v plinu SF6 je v tem, da se pri toku blizu ničle tanka obločna palica še vedno vzdržuje in se prekine v zadnjem trenutku prehoda toka skozi ničlo.Poleg tega se po prehodu toka skozi nič stolpec preostalega obloka v plinu SF6 intenzivno ohladi, tudi zaradi še večjega povečanja toplotne kapacitete plazme pri temperaturah reda 2000 K, dielektrična trdnost pa se hitro poveča. .
Povečanje dielektrične trdnosti plina SF6 (1) in zraka (2)
Takšna stabilnost gorenja obloka v plinu SF6 na minimalne vrednosti toka pri relativno nizkih temperaturah povzroči odsotnost prekinitev toka in velikih prenapetosti med gašenjem obloka.
V zraku je dielektrična trdnost reže v trenutku, ko obločni tok prečka ničlo, večja, vendar je zaradi velike časovne konstante obloka v zraku hitrost povečanja dielektrične trdnosti po tem, ko tok prečka ničlo, manjša.