Elegas i njegova svojstva

Plin SF6 — električni plin — je sumporov heksafluorid SF6 (šest fluora)… Plin SF6 je glavni izolator u elementima ćelija izoliranih SF6.

Pri radnom tlaku i normalnim temperaturama plin SF6 — plin bez boje, mirisa, nezapaljiv, 5 puta teži od zraka (gustoća 6,7 ​​naspram 1,29 za zrak), molekularna težina također 5 puta veća od zraka.

SF6 plin ne stari, odnosno ne mijenja svoja svojstva tijekom vremena; razgrađuje se tijekom električnog pražnjenja, ali se brzo rekombinira, vraćajući svoju izvornu dielektričnu čvrstoću.

Na temperaturama do 1000 K plin SF6 je inertan i otporan na toplinu, do temperatura od oko 500 K kemijski je neaktivan i nije agresivan prema metalima koji se koriste u izradi SF6 rasklopnih uređaja.

U električnom polju plin SF6 ima sposobnost hvatanja elektrona, što rezultira visokom dielektričnom čvrstoćom plina SF6. Hvatajući elektrone, plin SF6 stvara ione niske pokretljivosti koji se polako ubrzavaju u električnom polju.

Performanse plina SF6 poboljšavaju se u jednoličnom polju, stoga, za radnu pouzdanost, dizajn pojedinačnih elemenata sklopnog uređaja mora jamčiti najveću ujednačenost i homogenost električnog polja.

U nehomogenom polju nastaju lokalni prenaponi električnog polja koji uzrokuju koronska pražnjenja. Pod utjecajem ovih ispuštanja SF6 se razgrađuje pri čemu u okolišu nastaju niži fluoridi (SF2, SF4) koji štetno djeluju na konstrukcijske materijale. kompletna rasklopna postrojenja izolirana plinom (GIS).

Kako bi se izbjeglo curenje, sve površine pojedinačnih elemenata metalnih dijelova i rešetki ćelija su čiste i glatke i ne smiju imati hrapavosti i neravnine. Obaveza ispunjavanja ovih zahtjeva je diktirana činjenicom da prljavština, prašina, metalne čestice također stvaraju lokalne naprezanja u električnom polju i time se pogoršava dielektrična čvrstoća SF6 izolacije.

Visoka dielektrična čvrstoća plina SF6 omogućuje smanjenje izolacijskih udaljenosti pri niskom radnom tlaku plina, zbog čega se smanjuju težina i dimenzije električne opreme. To zauzvrat omogućuje smanjenje veličine rasklopnih uređaja, što je vrlo važno, primjerice, za uvjete na sjeveru, gdje je svaki kubni metar prostora vrlo skup.

Visoka dielektrična čvrstoća plina SF6 osigurava visok stupanj izolacije s minimalnim dimenzijama i udaljenostima, a dobra sposobnost gašenja luka i sposobnost hlađenja SF6 povećavaju prekidnu sposobnost sklopnih uređaja i smanjuju grijanje dijelova pod naponom.

Korištenje plina SF6 omogućuje, pod jednakim uvjetima, povećanje trenutnog opterećenja za 25% i dopuštenu temperaturu bakrenih kontakata do 90 ° C (u zraku 75 ° C) zbog kemijske otpornosti, nezapaljivosti, sigurnosti od požara i veći kapacitet hlađenja plina SF6.

Nedostatak SF6 je njegov prijelaz u tekuće stanje pri relativno visokim temperaturama, što postavlja dodatne zahtjeve za temperaturni režim SF6 opreme u radu. Na slici je prikazana ovisnost stanja plina SF6 o temperaturi.

Grafikon stanja SF6 plina u odnosu na temperaturu

Za rad opreme SF6 na negativnim temperaturama minus 40 gr. Potrebno je da tlak plina SF6 u aparatu ne prelazi 0,4 MPa pri gustoći ne većoj od 0,03 g / cm3.

Kako se tlak povećava, plin SF6 će se ukapiti na višoj temperaturi. stoga, kako bi se poboljšala pouzdanost električne opreme na temperaturama od približno minus 40 ° C, mora se zagrijati (na primjer, spremnik SF6 prekidača grije se na plus 12 ° C kako bi se izbjegao prolaz SF6 plina u tekućinu država).

Kapacitet luka plina SF6, pod istim uvjetima, nekoliko je puta veći od zraka. To se objašnjava sastavom plazme i temperaturnom ovisnošću toplinskog kapaciteta, topline i električna provodljivost.

U stanju plazme molekule SF6 se raspadaju. Na temperaturama reda veličine 2000 K, toplinski kapacitet plina SF6 naglo raste zbog disocijacije molekula. Stoga je toplinska vodljivost plazme u temperaturnom rasponu 2000 - 3000 K mnogo veća (za dva reda veličine) od toplinske vodljivosti zraka. Na temperaturama reda 4000 K smanjuje se disocijacija molekula.

U isto vrijeme, atomski sumpor s niskim ionizacijskim potencijalom formiran u SF6 luku doprinosi koncentraciji elektrona koja je dovoljna za održavanje luka čak i pri temperaturama reda veličine 3000 K. Kako temperatura dalje raste, vodljivost plazme opada, dostižući toplinsku vodljivost zraka i zatim ponovno raste. Takvi procesi smanjuju napon i otpor gorućeg luka u plinu SF6 za 20 - 30% u usporedbi s lukom u zraku do temperatura reda 12 000 - 8 000 K. Kao rezultat toga, električna vodljivost plazme opada.

Na temperaturama od 6000 K, stupanj ionizacije atomskog sumpora je značajno smanjen i pojačan je mehanizam hvatanja elektrona slobodnim fluorom, nižim fluoridima i SF6 molekulama.

Na temperaturama od oko 4000 K završava disocijacija molekula i počinje rekombinacija molekula, gustoća elektrona se još više smanjuje jer se atomski sumpor kemijski spaja s fluorom. U ovom temperaturnom rasponu, toplinska vodljivost plazme je još uvijek značajna, luk se hladi, što je također olakšano uklanjanjem slobodnih elektrona iz plazme zbog njihovog hvatanja molekulama SF6 i atomskog fluora. Dielektrična čvrstoća razmaka postupno se povećava i na kraju se oporavlja.

Značajka gašenja luka u plinu SF6 leži u činjenici da se pri struji blizu nule, tanka šipka luka još uvijek održava i prekida se u zadnjem trenutku prelaska struje kroz nulu.Osim toga, nakon što struja prođe kroz nulu, stupac zaostalog luka u plinu SF6 intenzivno se hladi, uključujući i zbog još većeg povećanja toplinskog kapaciteta plazme na temperaturama reda 2000 K, a dielektrična čvrstoća brzo raste. .

Povećanje dielektrične čvrstoće plina SF6 (1) i zraka (2)

Takva stabilnost gorenja luka u plinu SF6 na minimalne vrijednosti struje pri relativno niskim temperaturama rezultira odsutnošću strujnih prekida i velikih prenapona tijekom gašenja luka.

U zraku je dielektrična čvrstoća raspora u trenutku kada struja luka prijeđe nulu veća, ali zbog velike vremenske konstante luka u zraku, brzina povećanja dielektrične čvrstoće nakon što struja prijeđe nulu je manja.