Elegas og dens egenskaber

SF6-gas - elektrisk gas - er svovlhexafluorid SF6 (seks fluor)... SF6-gas er hovedisolatoren i SF6-isolerede celleelementer.

Ved arbejdstryk og normale temperaturer SF6-gas — farveløs, lugtfri, ikke-brændbar gas, 5 gange tungere end luft (densitet 6,7 vs. 1,29 for luft), molekylvægt også 5 gange luftens .

SF6-gas ældes ikke, det vil sige, den ændrer ikke sine egenskaber over tid; det nedbrydes under en elektrisk udladning, men rekombinerer hurtigt og genvinder sin oprindelige dielektriske styrke.

Ved temperaturer op til 1000 K er SF6-gas inert og varmebestandig, op til temperaturer på omkring 500 K er den kemisk inaktiv og ikke aggressiv over for de metaller, der bruges i konstruktionen af ​​SF6-koblingsudstyr.

I et elektrisk felt har SF6-gas evnen til at fange elektroner, hvilket resulterer i en høj dielektrisk styrke af SF6-gas. Ved at fange elektroner danner SF6-gas lavmobilitetsioner, der langsomt accelereres i et elektrisk felt.

Ydeevnen af ​​SF6-gas forbedres i et ensartet felt, derfor skal designet af de enkelte elementer i koblingsudstyret garantere den største ensartethed og homogenitet af det elektriske felt af hensyn til driftssikkerheden.

I et inhomogent felt opstår lokale overspændinger af det elektriske felt, som forårsager koronaudladninger. Under påvirkning af disse udledninger nedbrydes SF6 og danner lavere fluorider (SF2, SF4) i miljøet, som har en skadelig effekt på konstruktionsmaterialer. komplet gasisoleret koblingsudstyr (GIS).

For at undgå lækager er alle overflader af individuelle elementer af metaldele og gitter af celler rene og glatte og bør ikke have ruhed og grater. Forpligtelsen til at opfylde disse krav er dikteret af, at snavs, støv, metalpartikler også skaber lokale spændinger i det elektriske felt og dermed forringes den dielektriske styrke af SF6-isoleringen.

Høj dielektrisk styrke af SF6-gas gør det muligt at reducere isolationsafstandene ved lavt arbejdstryk af gassen, som et resultat af hvilket vægten og dimensionerne af det elektriske udstyr reduceres. Det gør det igen muligt at reducere størrelsen af ​​koblingsanlæg, hvilket er meget vigtigt, for eksempel for forholdene i norden, hvor hver kubikmeter lokaler er meget dyr.

Høj dielektrisk styrke af SF6-gas giver en høj grad af isolering med minimale dimensioner og afstande, og SF6's gode lysbueslukningsevne og køleevne øger koblingsanordningernes brydeevne og reducerer opvarmning af strømførende dele.

Anvendelsen af ​​SF6-gas gør det muligt, alt andet lige, at øge den aktuelle belastning med 25% og den tilladte temperatur for kobberkontakter op til 90 ° C (i luft 75 ° C) på grund af kemisk resistens, ikke-brændbarhed, brandsikkerhed og større kølekapacitet af SF6-gas.

En ulempe ved SF6 er dens overgang til flydende tilstand ved relativt høje temperaturer, hvilket stiller yderligere krav til temperaturregimet for SF6-udstyret i drift. Figuren viser afhængigheden af ​​tilstanden af ​​SF6-gas af temperaturen.

Graf over tilstanden af ​​SF6-gas versus temperatur

Til drift af SF6-udstyr ved negative temperaturer minus 40 gr. Det er nødvendigt, at trykket af SF6-gassen i apparatet ikke overstiger 0,4 MPa ved en densitet på højst 0,03 g / cm3.

Når trykket stiger, vil SF6-gassen blive flydende ved en højere temperatur. For at forbedre pålideligheden af ​​elektrisk udstyr ved temperaturer på ca. minus 40 °C skal det derfor opvarmes (for eksempel opvarmes reservoiret på en SF6-afbryder til plus 12 °C for at undgå at lede SF6-gas ind i en væske stat).

Buekapaciteten af ​​SF6-gas er alt andet lige flere gange større end luftens. Dette forklares af plasmaets sammensætning og temperaturafhængigheden af ​​varmekapaciteten, varme og elektrisk ledningsevne.

I plasmatilstanden desintegrerer SF6-molekyler. Ved temperaturer i størrelsesordenen 2000 K øges varmekapaciteten af ​​SF6-gas kraftigt på grund af molekylernes dissociation. Derfor er den termiske ledningsevne af plasma i temperaturområdet 2000 - 3000 K meget højere (med to størrelsesordener) end luftens. Ved temperaturer i størrelsesordenen 4000 K falder dissociationen af ​​molekyler.

Samtidig bidrager det lave ioniseringspotentiale atomære svovl dannet i SF6-buen til en koncentration af elektroner, der er tilstrækkelig til at opretholde lysbuen selv ved temperaturer i størrelsesordenen 3000 K. Efterhånden som temperaturen stiger yderligere, falder plasmaledningsevnen . når luftens varmeledningsevne og øges derefter igen. Sådanne processer reducerer spændingen og modstanden af ​​en brændende lysbue i SF6-gas med 20 — 30 % sammenlignet med en lysbue i luft til temperaturer i størrelsesordenen 12.000 — 8.000 K. Som følge heraf falder plasmaets elektriske ledningsevne.

Ved temperaturer på 6000 K reduceres graden af ​​ionisering af atomært svovl betydeligt, og mekanismen for elektronindfangning af frit fluor, lavere fluorider og SF6-molekyler forbedres.

Ved temperaturer på omkring 4000 K, ophører dissociation af molekyler og rekombination af molekyler begynder, elektrondensiteten falder endnu mere, da atomært svovl kemisk kombineres med fluor. I dette temperaturområde er plasmaets termiske ledningsevne stadig betydelig, lysbuen afkøles, dette lettes også af fjernelse af frie elektroner fra plasmaet på grund af deres indfangning af SF6-molekyler og atomært fluor. Den dielektriske styrke af kløften øges gradvist og genopretter sig til sidst.

Et træk ved bueslukning i SF6-gas ligger i, at ved en strøm tæt på nul opretholdes den tynde lysbuestang stadig og afbrydes i sidste øjeblik af krydsningen af ​​strømmen gennem nullet.Derudover, efter at strømmen er passeret gennem nul, afkøles restbuesøjlen i SF6-gassen intensivt, herunder på grund af den endnu større stigning i plasmaets varmekapacitet ved temperaturer i størrelsesordenen 2000 K, og den dielektriske styrke øges hurtigt .

Forøgelsen i dielektrisk styrke af SF6-gas (1) og luft (2)

En sådan stabilitet af lysbuebrænding i SF6-gas til minimale strømværdier ved relativt lave temperaturer resulterer i fravær af strømafbrydelser og store overspændinger under bueslukning.

I luft er den dielektriske styrke af kløften i det øjeblik, hvor lysbuestrømmen krydser nul, større, men på grund af den store tidskonstant for lysbuen i luft er stigningshastigheden af ​​dielektrisk styrke, efter at strømmen krydser nul, mindre.