Elegas és tulajdonságai

Az SF6 gáz – elektromos gáz – kén-hexafluorid SF6 (hat fluor)… Az SF6 gáz az SF6-szigetelt cellaelemek fő szigetelője.

Üzemi nyomáson és normál hőmérsékleten SF6 gáz – színtelen, szagtalan, nem gyúlékony gáz, 5-ször nehezebb a levegőnél (sűrűsége 6,7 vs. 1,29 a levegőnél), molekulatömege szintén ötszöröse a levegőnek.

Az SF6 gáz nem öregszik, azaz nem változtatja meg tulajdonságait az idő múlásával; elektromos kisülés során lebomlik, de gyorsan újraegyesül, visszanyeri eredeti dielektromos szilárdságát.

1000 K-ig az SF6 gáz közömbös és hőálló, körülbelül 500 K hőmérsékletig kémiailag inaktív és nem agresszív az SF6 kapcsolóberendezések felépítéséhez használt fémekkel szemben.

Elektromos térben az SF6 gáz képes elektronokat befogni, ami az SF6 gáz nagy dielektromos szilárdságát eredményezi. Az elektronok befogásával az SF6 gáz alacsony mobilitású ionokat képez, amelyek elektromos térben lassan felgyorsulnak.

Az SF6 gáz teljesítménye egyenletes térben javul, ezért a működési megbízhatóság érdekében a kapcsolóberendezés egyes elemeinek kialakításának garantálnia kell az elektromos tér legnagyobb egyenletességét és homogenitását.

Inhomogén térben az elektromos tér lokális túlfeszültségei jelennek meg, amelyek koronakisüléseket okoznak. Ezen kibocsátások hatására az SF6 lebomlik, alacsonyabb fluoridokat (SF2, SF4) képezve a környezetben, amelyek káros hatással vannak a szerkezeti anyagokra. komplett gázszigetelt kapcsolóberendezés (GIS).

A szivárgások elkerülése érdekében a fém alkatrészek és a cellák rácsainak egyes elemeinek minden felülete tiszta és sima, és nem lehet érdesség és sorja. Ezen követelmények teljesítésének kötelezettségét az diktálja, hogy a szennyeződések, porok, fémrészecskék is helyi feszültségeket hoznak létre az elektromos térben, és így az SF6 szigetelés dielektromos szilárdsága romlik.

Az SF6 gáz nagy dielektromos szilárdsága lehetővé teszi a szigetelési távolságok csökkentését a gáz alacsony üzemi nyomása mellett, aminek következtében az elektromos berendezések súlya és méretei csökkennek. Ez viszont lehetővé teszi a kapcsolóberendezések méretének csökkentését, ami nagyon fontos például az északi viszonyok miatt, ahol a helyiségek minden köbmétere nagyon drága.

Az SF6 gáz nagy dielektromos szilárdsága minimális méretekkel és távolságokkal magas fokú szigetelést biztosít, az SF6 jó ívoltó és hűtési képessége pedig növeli a kapcsolókészülékek megszakítóképességét és csökkenti feszültség alatt álló részek melegítése.

Az SF6 gáz használata lehetővé teszi, más feltételek mellett, 25%-kal növelje az áramterhelést és a rézérintkezők megengedett hőmérsékletét 90 ° C-ig (levegőben 75 ° C) a vegyszerállóság, a gyúlékonyság és a tűzbiztonság miatt. és az SF6 gáz nagyobb hűtőkapacitása.

Az SF6 hátránya, hogy viszonylag magas hőmérsékleten folyékony halmazállapotba megy át, ami további követelményeket támaszt az SF6 berendezés működési hőmérsékleti rendszerével szemben. Az ábra az SF6 gáz állapotának hőmérséklettől való függését mutatja.

Az SF6 gáz állapotának grafikonja a hőmérséklet függvényében

Az SF6 berendezés mínusz 40 gr negatív hőmérsékleten történő működéséhez szükséges, hogy az SF6 gáz nyomása a készülékben ne haladja meg a 0,4 MPa-t, legfeljebb 0,03 g / cm3 sűrűség mellett.

A nyomás növekedésével az SF6 gáz magasabb hőmérsékleten cseppfolyósodik. ezért az elektromos berendezések körülbelül mínusz 40 °C hőmérsékleten történő megbízhatóságának javítása érdekében fel kell melegíteni (például az SF6 megszakító tartályát plusz 12 ° C-ra melegítik, hogy elkerüljék az SF6 gáz folyadékba jutását állapot).

Az SF6 gáz ívkapacitása, egyéb feltételek mellett, többszöröse a levegőének. Ennek magyarázata a plazma összetétele és a hőkapacitás hőmérsékletfüggése, hő- ill elektromos vezetőképesség.

Plazmaállapotban az SF6 molekulák szétesnek. 2000 K nagyságrendű hőmérsékleten az SF6 gáz hőkapacitása meredeken növekszik a molekulák disszociációja miatt. Ezért a plazma hővezető képessége a 2000-3000 K hőmérséklet-tartományban jóval magasabb (két nagyságrenddel), mint a levegőé. 4000 K nagyságrendű hőmérsékleten a molekulák disszociációja csökken.

Ugyanakkor az SF6 ívben képződő alacsony ionizációs potenciálú atomi kén hozzájárul az elektronok olyan koncentrációjához, amely elegendő az ív fenntartásához még 3000 K körüli hőmérsékleten is. A hőmérséklet további emelkedésével a plazma vezetőképessége csökken, eléri a levegő hővezető képességét, majd ismét növekszik. Az ilyen eljárások az égő ív feszültségét és ellenállását az SF6 gázban 20–30%-kal csökkentik a levegőben lévő ívhez képest 12 000–8 000 K nagyságrendű hőmérsékleten. Ennek eredményeként a plazma elektromos vezetőképessége csökken.

6000 K hőmérsékleten az atomi kén ionizációs foka jelentősen csökken, és a szabad fluor, az alacsonyabb fluoridok és az SF6 molekulák elektronbefogásának mechanizmusa javul.

Körülbelül 4000 K hőmérsékleten a molekulák disszociációja véget ér, és megkezdődik a molekulák rekombinációja, az elektronsűrűség még jobban csökken, ahogy az atomi kén kémiailag egyesül a fluorral. Ebben a hőmérsékleti tartományban a plazma hővezető képessége továbbra is jelentős, az ív lehűl, ezt elősegíti a szabad elektronok SF6 molekulák és atomi fluor általi befogásuk miatti eltávolítása is a plazmából. A rés dielektromos szilárdsága fokozatosan növekszik, és végül helyreáll.

Az SF6 gázban az ívoltás sajátossága abban rejlik, hogy a nullához közeli áramnál a vékony ívrúd továbbra is megmarad, és az áram nullán áthaladásának utolsó pillanatában letörik.Ezenkívül, miután az áram áthalad a nullán, az SF6 gázban lévő maradék ívoszlop intenzíven lehűl, beleértve a plazma hőkapacitásának még nagyobb növekedését 2000 K körüli hőmérsékleten, és a dielektromos szilárdság gyorsan növekszik. .

Az SF6 gáz (1) és a levegő (2) dielektromos szilárdságának növekedése

Az ívégés ilyen stabilitása az SF6 gázban a minimális áramértékekig viszonylag alacsony hőmérsékleten azt eredményezi, hogy az ívoltás során nincsenek áramkimaradások és nagy túlfeszültségek.

Levegőben a rés dielektromos szilárdsága abban a pillanatban, amikor az íváram átlépi a nullát, nagyobb, de a levegőben lévő ív nagy időállandója miatt a dielektromos szilárdság növekedése az áram nullát átlépése után kisebb.