Elegas dan sifat-sifatnya
Gas SF6 — gas elektrik — ialah sulfur heksafluorida SF6 (enam fluorin)… Gas SF6 ialah penebat utama dalam elemen sel berpenebat SF6.
Pada tekanan kerja dan suhu biasa, gas SF6 — tidak berwarna, tidak berbau, gas tidak mudah terbakar, 5 kali lebih berat daripada udara (ketumpatan 6.7 berbanding 1.29 untuk udara), berat molekul juga 5 kali ganda daripada udara .
Gas SF6 tidak menua, iaitu, ia tidak mengubah sifatnya dari semasa ke semasa; ia terurai semasa nyahcas elektrik, tetapi cepat bergabung semula, mendapatkan semula kekuatan dielektrik asalnya.
Pada suhu sehingga 1000 K, gas SF6 adalah lengai dan tahan haba, sehingga suhu kira-kira 500 K ia tidak aktif secara kimia dan tidak agresif terhadap logam yang digunakan dalam pembinaan alat suis SF6.
Dalam medan elektrik, gas SF6 mempunyai keupayaan untuk menangkap elektron, menghasilkan kekuatan dielektrik gas SF6 yang tinggi. Dengan menangkap elektron, gas SF6 membentuk ion mobiliti rendah yang dipercepatkan secara perlahan dalam medan elektrik.
Prestasi gas SF6 bertambah baik dalam medan seragam, oleh itu, untuk kebolehpercayaan operasi, reka bentuk elemen individu suis mesti menjamin keseragaman dan homogeniti terbesar medan elektrik.
Dalam medan yang tidak homogen, lebihan voltan tempatan medan elektrik muncul, yang menyebabkan nyahcas korona. Di bawah pengaruh pelepasan ini, SF6 terurai, membentuk fluorida yang lebih rendah (SF2, SF4) dalam persekitaran, yang mempunyai kesan berbahaya pada bahan struktur. peralatan suis penebat gas lengkap (GIS).
Untuk mengelakkan kebocoran, semua permukaan elemen individu bahagian logam dan grid sel adalah bersih dan licin serta tidak sepatutnya mempunyai kekasaran dan burr. Kewajipan untuk memenuhi keperluan ini ditentukan oleh fakta bahawa kotoran, habuk, zarah logam juga mewujudkan tegasan tempatan dalam medan elektrik dan dengan itu kekuatan dielektrik penebat SF6 semakin merosot.
Kekuatan dielektrik tinggi gas SF6 membolehkan untuk mengurangkan jarak penebat pada tekanan kerja rendah gas, akibatnya berat dan dimensi peralatan elektrik dikurangkan. Ini, seterusnya, memungkinkan untuk mengurangkan saiz suis, yang sangat penting, sebagai contoh, untuk keadaan di utara, di mana setiap meter padu premis adalah sangat mahal.
Kekuatan dielektrik tinggi gas SF6 menyediakan tahap penebat yang tinggi dengan dimensi dan jarak minimum, dan keupayaan pemadaman arka yang baik dan keupayaan penyejukan SF6 meningkatkan kapasiti pecah peranti pensuisan dan mengurangkan memanaskan bahagian hidup.
Penggunaan gas SF6 membolehkan, keadaan lain yang sama, meningkatkan beban semasa sebanyak 25% dan suhu yang dibenarkan sesentuh tembaga sehingga 90 ° C (dalam udara 75 ° C) disebabkan oleh rintangan kimia, tidak mudah terbakar, keselamatan kebakaran dan kapasiti penyejukan gas SF6 yang lebih besar.
Kelemahan SF6 ialah peralihannya kepada keadaan cecair pada suhu yang agak tinggi, yang menetapkan keperluan tambahan untuk rejim suhu peralatan SF6 yang beroperasi. Rajah menunjukkan pergantungan keadaan gas SF6 pada suhu.
Graf keadaan gas SF6 berbanding suhu
Untuk pengendalian peralatan SF6 pada suhu negatif tolak 40 gr.. Adalah perlu bahawa tekanan gas SF6 dalam radas tidak melebihi 0.4 MPa pada ketumpatan tidak lebih daripada 0.03 g / cm3.
Apabila tekanan meningkat, gas SF6 akan cair pada suhu yang lebih tinggi. oleh itu, untuk meningkatkan kebolehpercayaan peralatan elektrik pada suhu kira-kira tolak 40 ° C, ia mesti dipanaskan (contohnya, takungan pemutus litar SF6 dipanaskan hingga ditambah 12 ° C untuk mengelakkan gas SF6 mengalir ke dalam cecair. negeri).
Kapasiti arka gas SF6, perkara lain yang sama, adalah beberapa kali lebih besar daripada udara. Ini dijelaskan oleh komposisi plasma dan pergantungan suhu kapasiti haba, haba dan kekonduksian elektrik.
Dalam keadaan plasma, molekul SF6 hancur. Pada suhu tertib 2000 K, kapasiti haba gas SF6 meningkat dengan mendadak disebabkan oleh penceraian molekul. Oleh itu, kekonduksian terma plasma dalam julat suhu 2000 — 3000 K jauh lebih tinggi (dengan dua urutan magnitud) daripada udara. Pada suhu tertib 4000 K, penceraian molekul berkurangan.
Pada masa yang sama, potensi pengionan rendah sulfur atom yang terbentuk dalam arka SF6 menyumbang kepada kepekatan elektron yang mencukupi untuk mengekalkan arka walaupun pada suhu urutan 3000 K. Apabila suhu meningkat lagi, kekonduksian plasma berkurangan , mencapai kekonduksian terma udara dan kemudian meningkat semula. Proses sedemikian mengurangkan voltan dan rintangan arka terbakar dalam gas SF6 sebanyak 20 — 30% berbanding arka di udara kepada suhu tertib 12,000 — 8,000 K. Akibatnya, kekonduksian elektrik plasma berkurangan.
Pada suhu 6000 K, tahap pengionan sulfur atom berkurangan dengan ketara dan mekanisme penangkapan elektron oleh fluorin bebas, fluorida rendah dan molekul SF6 dipertingkatkan.
Pada suhu kira-kira 4000 K, pemisahan molekul berakhir dan penggabungan semula molekul bermula, ketumpatan elektron semakin berkurangan apabila sulfur atom secara kimia bergabung dengan fluorin. Dalam julat suhu ini, kekonduksian terma plasma masih ketara, arka disejukkan, ini juga difasilitasi oleh penyingkiran elektron bebas daripada plasma kerana penangkapannya oleh molekul SF6 dan fluorin atom. Kekuatan dielektrik jurang secara beransur-ansur meningkat dan akhirnya pulih.
Satu ciri pemadaman arka dalam gas SF6 terletak pada hakikat bahawa pada arus yang hampir kepada sifar, rod arka nipis masih dikekalkan dan terputus pada saat terakhir persilangan arus melalui sifar.Di samping itu, selepas arus melalui sifar, lajur arka sisa dalam gas SF6 menyejuk secara intensif, termasuk disebabkan peningkatan yang lebih besar dalam kapasiti haba plasma pada suhu urutan 2000 K, dan kekuatan dielektrik meningkat dengan cepat .
Peningkatan kekuatan dielektrik gas SF6 (1) dan udara (2)
Kestabilan pembakaran arka sedemikian dalam gas SF6 kepada nilai arus minimum pada suhu yang agak rendah mengakibatkan ketiadaan gangguan semasa dan voltan lampau yang besar semasa pelindapkejutan arka.
Di udara, kekuatan dielektrik jurang pada saat arus lengkok melintasi sifar adalah lebih besar, tetapi kerana pemalar masa yang besar bagi lengkok di udara, kadar peningkatan kekuatan dielektrik selepas arus melintasi sifar adalah kurang .