Ο Έλεγας και οι ιδιότητές του
Το αέριο SF6 — ηλεκτρικό αέριο — είναι εξαφθοριούχο θείο SF6 (έξι φθόριο)… Το αέριο SF6 είναι ο κύριος μονωτήρας στα στοιχεία κυψέλης με μόνωση SF6.
Σε πίεση λειτουργίας και κανονικές θερμοκρασίες αέριο SF6 — άχρωμο, άοσμο, μη εύφλεκτο αέριο, 5 φορές βαρύτερο από τον αέρα (πυκνότητα 6,7 έναντι 1,29 για τον αέρα), μοριακό βάρος επίσης 5 φορές από αυτόν του αέρα .
Το αέριο SF6 δεν γερνάει, δηλαδή δεν αλλάζει τις ιδιότητές του με την πάροδο του χρόνου. αποσυντίθεται κατά τη διάρκεια μιας ηλεκτρικής εκκένωσης, αλλά γρήγορα ανασυνδυάζεται, ανακτώντας την αρχική του διηλεκτρική ισχύ.
Σε θερμοκρασίες έως 1000 K, το αέριο SF6 είναι αδρανές και ανθεκτικό στη θερμότητα, μέχρι τις θερμοκρασίες περίπου 500 K είναι χημικά ανενεργό και δεν είναι επιθετικό προς τα μέταλλα που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή του διακόπτη SF6.
Σε ένα ηλεκτρικό πεδίο, το αέριο SF6 έχει την ικανότητα να συλλαμβάνει ηλεκτρόνια, με αποτέλεσμα την υψηλή διηλεκτρική ισχύ του αερίου SF6. Με τη σύλληψη ηλεκτρονίων, το αέριο SF6 σχηματίζει ιόντα χαμηλής κινητικότητας που επιταχύνονται αργά σε ένα ηλεκτρικό πεδίο.
Η απόδοση του αερίου SF6 βελτιώνεται σε ένα ομοιόμορφο πεδίο, επομένως, για λειτουργική αξιοπιστία, ο σχεδιασμός μεμονωμένων στοιχείων του εξοπλισμού διανομής πρέπει να εγγυάται τη μεγαλύτερη ομοιομορφία και ομοιογένεια του ηλεκτρικού πεδίου.
Σε ένα ανομοιογενές πεδίο εμφανίζονται τοπικές υπερτάσεις του ηλεκτρικού πεδίου, οι οποίες προκαλούν εκκενώσεις κορώνας. Υπό την επίδραση αυτών των εκκενώσεων, το SF6 αποσυντίθεται, σχηματίζοντας χαμηλότερα φθορίδια (SF2, SF4) στο περιβάλλον, τα οποία έχουν επιβλαβή επίδραση στα δομικά υλικά. πλήρης εξοπλισμός διανομής με μόνωση αερίου (GIS).
Για την αποφυγή διαρροών, όλες οι επιφάνειες μεμονωμένων στοιχείων μεταλλικών μερών και πλέγματα κυψελών είναι καθαρές και λείες και δεν πρέπει να έχουν τραχύτητα και γρέζια. Η υποχρέωση εκπλήρωσης αυτών των απαιτήσεων υπαγορεύεται από το γεγονός ότι η βρωμιά, η σκόνη, τα μεταλλικά σωματίδια δημιουργούν επίσης τοπικές τάσεις στο ηλεκτρικό πεδίο και έτσι η διηλεκτρική αντοχή της μόνωσης SF6 υποβαθμίζεται.
Η υψηλή διηλεκτρική αντοχή του αερίου SF6 επιτρέπει τη μείωση των αποστάσεων μόνωσης σε χαμηλή πίεση λειτουργίας του αερίου, με αποτέλεσμα να μειώνονται το βάρος και οι διαστάσεις του ηλεκτρικού εξοπλισμού. Αυτό, με τη σειρά του, καθιστά δυνατή τη μείωση του μεγέθους του εξοπλισμού διανομής, το οποίο είναι πολύ σημαντικό, για παράδειγμα, για τις συνθήκες στο βορρά, όπου κάθε κυβικό μέτρο χώρων είναι πολύ ακριβό.
Η υψηλή διηλεκτρική αντοχή του αερίου SF6 παρέχει υψηλό βαθμό μόνωσης με ελάχιστες διαστάσεις και αποστάσεις και η καλή ικανότητα πυρόσβεσης τόξου και ικανότητα ψύξης του SF6 αυξάνουν την ικανότητα θραύσης των συσκευών μεταγωγής και μειώνουν θέρμανση ενεργών εξαρτημάτων.
Η χρήση του αερίου SF6 επιτρέπει, ίσες με άλλες συνθήκες, την αύξηση του τρέχοντος φορτίου κατά 25% και της επιτρεπόμενης θερμοκρασίας των επαφών χαλκού έως και 90 ° C (στον αέρα 75 ° C) λόγω χημικής αντοχής, μη ευφλεκτότητας, πυρασφάλειας και μεγαλύτερη ικανότητα ψύξης του αερίου SF6.
Ένα μειονέκτημα του SF6 είναι η μετάβασή του σε υγρή κατάσταση σε σχετικά υψηλές θερμοκρασίες, γεγονός που θέτει πρόσθετες απαιτήσεις για το καθεστώς θερμοκρασίας του εξοπλισμού SF6 σε λειτουργία. Το σχήμα δείχνει την εξάρτηση της κατάστασης του αερίου SF6 από τη θερμοκρασία.
Γράφημα της κατάστασης του αερίου SF6 σε σχέση με τη θερμοκρασία
Για τη λειτουργία του εξοπλισμού SF6 σε αρνητικές θερμοκρασίες μείον 40 γρ. Είναι απαραίτητο η πίεση του αερίου SF6 στη συσκευή να μην υπερβαίνει τα 0,4 MPa σε πυκνότητα όχι μεγαλύτερη από 0,03 g / cm3.
Καθώς η πίεση αυξάνεται, το αέριο SF6 θα υγροποιηθεί σε υψηλότερη θερμοκρασία. Επομένως, για να βελτιωθεί η αξιοπιστία του ηλεκτρικού εξοπλισμού σε θερμοκρασίες περίπου μείον 40 ° C, πρέπει να θερμανθεί (για παράδειγμα, η δεξαμενή ενός διακόπτη κυκλώματος SF6 θερμαίνεται στους συν 12 ° C για να αποφευχθεί η διέλευση του αερίου SF6 σε ένα υγρό κατάσταση).
Η χωρητικότητα τόξου του αερίου SF6, με άλλα πράγματα ίσα, είναι αρκετές φορές μεγαλύτερη από αυτή του αέρα. Αυτό εξηγείται από τη σύνθεση του πλάσματος και την εξάρτηση από τη θερμοκρασία της θερμοχωρητικότητας, της θερμότητας και ηλεκτρική αγωγιμότητα.
Στην κατάσταση πλάσματος, τα μόρια SF6 αποσυντίθενται. Σε θερμοκρασίες της τάξης των 2000 K, η θερμοχωρητικότητα του αερίου SF6 αυξάνεται απότομα λόγω της διάστασης των μορίων. Επομένως, η θερμική αγωγιμότητα του πλάσματος στην περιοχή θερμοκρασίας 2000-3000 K είναι πολύ μεγαλύτερη (κατά δύο τάξεις μεγέθους) από αυτή του αέρα. Σε θερμοκρασίες της τάξης των 4000 K, η διάσταση των μορίων μειώνεται.
Ταυτόχρονα, το χαμηλό δυναμικό ιονισμού ατομικό θείο που σχηματίζεται στο τόξο SF6 συμβάλλει σε συγκέντρωση ηλεκτρονίων που είναι επαρκής για τη διατήρηση του τόξου ακόμη και σε θερμοκρασίες της τάξης των 3000 K. Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται περαιτέρω, η αγωγιμότητα του πλάσματος μειώνεται. φτάνοντας στη θερμική αγωγιμότητα του αέρα και στη συνέχεια αυξάνεται ξανά. Τέτοιες διεργασίες μειώνουν την τάση και την αντίσταση ενός τόξου καύσης στο αέριο SF6 κατά 20 - 30% σε σύγκριση με ένα τόξο στον αέρα σε θερμοκρασίες της τάξης των 12.000 - 8.000 K. Ως αποτέλεσμα, η ηλεκτρική αγωγιμότητα του πλάσματος μειώνεται.
Σε θερμοκρασίες 6000 K, ο βαθμός ιοντισμού του ατομικού θείου μειώνεται σημαντικά και ενισχύεται ο μηχανισμός σύλληψης ηλεκτρονίων από ελεύθερο φθόριο, χαμηλότερα φθόριο και μόρια SF6.
Σε θερμοκρασίες περίπου 4000 Κ, τελειώνει η διάσταση των μορίων και αρχίζει ο ανασυνδυασμός των μορίων, η πυκνότητα των ηλεκτρονίων μειώνεται ακόμη περισσότερο καθώς το ατομικό θείο συνδυάζεται χημικά με το φθόριο. Σε αυτό το εύρος θερμοκρασίας, η θερμική αγωγιμότητα του πλάσματος είναι ακόμα σημαντική, το τόξο ψύχεται, αυτό διευκολύνεται επίσης από την απομάκρυνση των ελεύθερων ηλεκτρονίων από το πλάσμα λόγω της σύλληψής τους από τα μόρια SF6 και το ατομικό φθόριο. Η διηλεκτρική ισχύς του διακένου αυξάνεται σταδιακά και τελικά ανακάμπτει.
Ένα χαρακτηριστικό της κατάσβεσης τόξου στο αέριο SF6 έγκειται στο γεγονός ότι σε ρεύμα κοντά στο μηδέν, η λεπτή ράβδος τόξου εξακολουθεί να διατηρείται και διακόπτεται την τελευταία στιγμή της διέλευσης του ρεύματος από το μηδέν.Επιπλέον, αφού το ρεύμα περάσει από το μηδέν, η στήλη του υπολειπόμενου τόξου στο αέριο SF6 ψύχεται εντατικά, μεταξύ άλλων λόγω της ακόμη μεγαλύτερης αύξησης της θερμικής ικανότητας του πλάσματος σε θερμοκρασίες της τάξης των 2000 K, και η διηλεκτρική αντοχή αυξάνεται γρήγορα .
Η αύξηση της διηλεκτρικής ισχύος του αερίου SF6 (1) και του αέρα (2)
Αυτή η σταθερότητα της καύσης τόξου στο αέριο SF6 σε ελάχιστες τιμές ρεύματος σε σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες έχει ως αποτέλεσμα την απουσία διακοπών ρεύματος και μεγάλων υπερτάσεων κατά την απόσβεση του τόξου.
Στον αέρα, η διηλεκτρική ισχύς του διακένου τη στιγμή που το ρεύμα τόξου διασχίζει το μηδέν είναι μεγαλύτερη, αλλά λόγω της μεγάλης χρονικής σταθεράς του τόξου στον αέρα, ο ρυθμός αύξησης της διηλεκτρικής ισχύος αφού το ρεύμα διασχίζει το μηδέν είναι μικρότερος.