Elegas un tās īpašības

SF6 gāze — elektriskā gāze — ir sēra heksafluorīds SF6 (seši fluori)… SF6 gāze ir galvenais izolators ar SF6 izolētajiem elementiem.

Darba spiedienā un normālā temperatūrā SF6 gāze — bezkrāsaina, bez smaržas, nedegoša gāze, 5 reizes smagāka par gaisu (blīvums 6,7 pret 1,29 gaisam), molekulmasa arī 5 reizes lielāka par gaisa molekulmasu.

SF6 gāze nenoveco, tas ir, laika gaitā nemaina savas īpašības; tas sadalās elektriskās izlādes laikā, bet ātri rekombinējas, atgūstot sākotnējo dielektrisko izturību.

Temperatūrā līdz 1000 K SF6 gāze ir inerta un karstumizturīga, līdz aptuveni 500 K temperatūrai tā ir ķīmiski neaktīva un nav agresīva pret SF6 sadales iekārtu konstrukcijā izmantotajiem metāliem.

Elektriskā laukā SF6 gāzei ir spēja uztvert elektronus, kā rezultātā SF6 gāzei ir augsta dielektriskā izturība. Satverot elektronus, SF6 gāze veido zemas mobilitātes jonus, kurus lēnām paātrina elektriskā laukā.

SF6 gāzes veiktspēja uzlabojas vienmērīgā laukā, tāpēc darbības drošumam sadales iekārtas atsevišķu elementu konstrukcijai jāgarantē vislielākā elektriskā lauka viendabība un viendabīgums.

Nehomogēnā laukā parādās lokāli elektriskā lauka pārspriegumi, kas izraisa korona izlādes. Šo izplūžu ietekmē SF6 sadalās, veidojot vidē zemākus fluorīdus (SF2, SF4), kas kaitīgi ietekmē konstrukcijas materiālus. pilnīga gāzes izolācijas sadales iekārta (GIS).

Lai izvairītos no noplūdēm, visas atsevišķu metāla detaļu elementu un šūnu režģu virsmas ir tīras un gludas, un tām nevajadzētu būt raupjumam un urbumiem. Pienākumu izpildīt šīs prasības nosaka tas, ka netīrumi, putekļi, metāla daļiņas rada arī lokālus spriegumus elektriskajā laukā un līdz ar to pasliktinās SF6 izolācijas dielektriskā izturība.

Augsta SF6 gāzes dielektriskā izturība ļauj samazināt izolācijas attālumus pie zema gāzes darba spiediena, kā rezultātā samazinās elektroiekārtu svars un izmēri. Tas savukārt ļauj samazināt sadales iekārtu izmērus, kas ir ļoti svarīgi, piemēram, apstākļiem ziemeļos, kur katrs telpu kubikmetrs ir ļoti dārgs.

Augsta SF6 gāzes dielektriskā izturība nodrošina augstu izolācijas pakāpi ar minimāliem izmēriem un attālumiem, un SF6 labā loka dzēšanas spēja un dzesēšanas spēja palielina komutācijas ierīču pārrāvuma spēju un samazina elektrisko daļu apsildīšana.

SF6 gāzes izmantošana ļauj, ja citi nosacījumi ir vienādi, palielināt strāvas slodzi par 25% un vara kontaktu pieļaujamo temperatūru līdz 90 ° C (gaisā 75 ° C) ķīmiskās izturības, neuzliesmojamības, ugunsdrošības dēļ. un lielāka SF6 gāzes dzesēšanas jauda.

SF6 trūkums ir tā pāreja uz šķidru stāvokli salīdzinoši augstās temperatūrās, kas nosaka papildu prasības ekspluatācijā esošās SF6 iekārtas temperatūras režīmam. Attēlā parādīta SF6 gāzes stāvokļa atkarība no temperatūras.

SF6 gāzes stāvokļa un temperatūras grafiks

SF6 iekārtu darbībai pie negatīvām temperatūrām mīnus 40 gr Ir nepieciešams, lai SF6 gāzes spiediens aparātā nepārsniegtu 0,4 MPa pie blīvuma ne vairāk kā 0,03 g / cm3.

Palielinoties spiedienam, SF6 gāze sašķidrināsies augstākā temperatūrā. tāpēc, lai uzlabotu elektroiekārtu uzticamību aptuveni mīnus 40 ° C temperatūrā, tā ir jāuzsilda (piemēram, SF6 slēdža rezervuārs tiek uzkarsēts līdz plus 12 ° C, lai izvairītos no SF6 gāzes nokļūšanas šķidrumā Valsts).

SF6 gāzes loka jauda, ​​ja citas lietas ir vienādas, ir vairākas reizes lielākas nekā gaisa. Tas izskaidrojams ar plazmas sastāvu un siltuma jaudas atkarību no temperatūras, siltuma un elektrovadītspēja.

Plazmas stāvoklī SF6 molekulas sadalās. Temperatūrā, kas ir aptuveni 2000 K, SF6 gāzes siltumietilpība strauji palielinās molekulu disociācijas dēļ. Tāpēc plazmas siltumvadītspēja temperatūras diapazonā no 2000 līdz 3000 K ir daudz augstāka (par divām kārtām) nekā gaisa. Temperatūrā, kas ir aptuveni 4000 K, molekulu disociācija samazinās.

Tajā pašā laikā zema jonizācijas potenciāla atomu sērs, kas veidojas SF6 lokā, veicina elektronu koncentrāciju, kas ir pietiekama, lai uzturētu loku pat 3000 K temperatūrā. Temperatūrai paaugstinoties tālāk, plazmas vadītspēja samazinās, sasniedzot gaisa siltumvadītspēju un pēc tam atkal palielinās. Šādi procesi samazina degoša loka spriegumu un pretestību SF6 gāzē par 20–30%, salīdzinot ar loku gaisā, līdz temperatūrai aptuveni 12 000–8 000 K. Tā rezultātā samazinās plazmas elektrovadītspēja.

6000 K temperatūrā atomu sēra jonizācijas pakāpe ir ievērojami samazināta un tiek uzlabots brīvā fluora, zemāko fluorīdu un SF6 molekulu elektronu uztveršanas mehānisms.

Aptuveni 4000 K temperatūrā beidzas molekulu disociācija un sākas molekulu rekombinācija, elektronu blīvums samazinās vēl vairāk, atomu sēram ķīmiski savienojoties ar fluoru. Šajā temperatūras diapazonā plazmas siltumvadītspēja joprojām ir ievērojama, loks tiek atdzesēts, to veicina arī brīvo elektronu izvadīšana no plazmas, jo tos uztver SF6 molekulas un atomu fluors. Atstarpes dielektriskā izturība pakāpeniski palielinās un galu galā atjaunojas.

Loka dzēšanas iezīme SF6 gāzē slēpjas faktā, ka pie strāvas, kas ir tuvu nullei, plānā loka stienis joprojām tiek uzturēts un nolūst pēdējā brīdī, kad strāva šķērso nulli.Turklāt pēc tam, kad strāva šķērso nulli, atlikušā loka kolonna SF6 gāzē intensīvi atdziest, tostarp sakarā ar vēl lielāku plazmas siltumietilpības pieaugumu temperatūrā, kas ir aptuveni 2000 K, un dielektriskā izturība strauji palielinās. .

SF6 gāzes (1) un gaisa (2) dielektriskās stiprības palielināšanās

Šāda loka degšanas stabilitāte SF6 gāzē līdz minimālajām strāvas vērtībām salīdzinoši zemās temperatūrās rada strāvas pārtraukumu un lielu pārspriegumu neesamību loka dzēšanas laikā.

Gaisā spraugas dielektriskā izturība brīdī, kad loka strāva šķērso nulli, ir lielāka, bet loka lielās laika konstantes dēļ gaisā dielektriskās stiprības pieauguma temps pēc tam, kad strāva šķērso nulli, ir mazāks.