Elegas ja sen ominaisuudet

SF6-kaasu — sähkökaasu — on rikkiheksafluoridia SF6 (kuusi fluoria)… SF6-kaasu on pääeriste SF6-eristetyissä kennoelementeissä.

Käyttöpaineessa ja normaaleissa lämpötiloissa SF6-kaasu - väritön, hajuton, syttymätön kaasu, 5 kertaa ilmaa raskaampi (tiheys 6,7 vs. 1,29 ilman), molekyylipaino myös 5 kertaa ilman .

SF6-kaasu ei vanhene, eli se ei muuta ominaisuuksiaan ajan myötä; se hajoaa sähköpurkauksen aikana, mutta yhdistyy nopeasti uudelleen ja saa takaisin alkuperäisen dielektrisen lujuutensa.

SF6-kaasu on 1000 K:n lämpötiloissa inerttiä ja lämmönkestävää, noin 500 K:n lämpötilaan asti se on kemiallisesti inaktiivista eikä aggressiivista SF6-kojeiston rakentamisessa käytettyjä metalleja.

Sähkökentässä SF6-kaasulla on kyky siepata elektroneja, mikä johtaa SF6-kaasun korkeaan dielektriseen lujuuteen. Vangitsemalla elektroneja SF6-kaasu muodostaa vähän liikkuvia ioneja, jotka kiihtyvät hitaasti sähkökentässä.

SF6-kaasun suorituskyky paranee tasaisessa kentässä, joten käyttövarmuuden vuoksi kytkinlaitteiston yksittäisten elementtien suunnittelun tulee taata sähkökentän suurin tasaisuus ja homogeenisuus.

Epähomogeenisessa kentässä esiintyy sähkökentän paikallisia ylijännitteitä, jotka aiheuttavat koronapurkauksia. Näiden päästöjen vaikutuksesta SF6 hajoaa muodostaen ympäristöön alempia fluorideja (SF2, SF4), joilla on haitallinen vaikutus rakennemateriaaleihin. täydellinen kaasueristeinen kytkinlaitteisto (GIS).

Vuotojen välttämiseksi kaikki metalliosien yksittäisten elementtien pinnat ja kennojen ristikot ovat puhtaat ja sileät, eikä niissä saa olla karheutta tai purseita. Velvollisuus täyttää nämä vaatimukset sanelee se, että lika, pöly, metallihiukkaset aiheuttavat myös paikallisia jännityksiä sähkökenttään ja siten SF6-eristeen dielektrinen lujuus heikkenee.

SF6-kaasun korkea dielektrinen lujuus mahdollistaa eristysetäisyyksien pienentämisen kaasun alhaisella käyttöpaineella, minkä seurauksena sähkölaitteiden paino ja mitat pienenevät. Tämä puolestaan ​​mahdollistaa kojeiston koon pienentämisen, mikä on erittäin tärkeää esimerkiksi pohjoisen olosuhteille, joissa jokainen tilojen kuutiometri on erittäin kallis.

SF6-kaasun korkea dielektrinen lujuus tarjoaa korkean eristyksen vähimmäismitoilla ja etäisyyksillä, ja SF6:n hyvä valokaaren sammutuskyky ja jäähdytyskyky lisäävät kytkinlaitteiden katkaisukykyä ja vähentävät jännitteisten osien lämmitys.

SF6-kaasun käyttö mahdollistaa muiden ehtojen ollessa samat virran kuormituksen nostamisen 25 % ja kuparikoskettimien sallittua lämpötilaa jopa 90 °C (ilmassa 75 °C) kemiallisen kestävyyden, syttymättömyyden ja paloturvallisuuden vuoksi. ja suurempi SF6-kaasun jäähdytyskapasiteetti.

SF6:n haittapuolena on sen siirtyminen nestemäiseen tilaan suhteellisen korkeissa lämpötiloissa, mikä asettaa lisävaatimuksia käytössä olevan SF6-laitteiston lämpötilajärjestelmälle. Kuvassa on esitetty SF6-kaasun tilan riippuvuus lämpötilasta.

Kaavio SF6-kaasun tilasta lämpötilan funktiona

SF6-laitteiden käyttöä varten negatiivisissa lämpötiloissa miinus 40 gr. On välttämätöntä, että SF6-kaasun paine laitteessa ei ylitä 0,4 MPa, kun tiheys on enintään 0,03 g / cm3.

Paineen kasvaessa SF6-kaasu nesteytyy korkeammassa lämpötilassa. siksi sähkölaitteiden luotettavuuden parantamiseksi noin miinus 40 °C:n lämpötiloissa se on lämmitettävä (esimerkiksi SF6-katkaisijan säiliö lämmitetään plus 12 °C:seen, jotta vältetään SF6-kaasun kulkeutuminen nesteeseen osavaltio).

SF6-kaasun kaarikapasiteetti on muiden tekijöiden ollessa samat useita kertoja suurempi kuin ilman. Tämä selittyy plasman koostumuksella ja lämpökapasiteetin, lämmön ja lämmön riippuvuudella sähkönjohtavuus.

Plasmatilassa SF6-molekyylit hajoavat. Lämpötiloissa luokkaa 2000 K SF6-kaasun lämpökapasiteetti kasvaa jyrkästi johtuen molekyylien dissosiaatiosta. Siksi plasman lämmönjohtavuus lämpötila-alueella 2000–3000 K on paljon korkeampi (kahdella suuruusluokalla) kuin ilman. 4000 K:n lämpötiloissa molekyylien dissosiaatio vähenee.

Samanaikaisesti SF6-kaaressa muodostuva alhainen ionisaatiopotentiaalinen atomirikki edistää elektronien pitoisuutta, joka riittää ylläpitämään kaaren jopa 3000 K:n lämpötiloissa. Lämpötilan noustessa plasman johtavuus laskee, saavuttaa ilman lämmönjohtavuuden ja sitten taas kasvaa. Tällaiset prosessit vähentävät palavan valokaaren jännitettä ja vastusta SF6-kaasussa 20–30 % verrattuna ilmakaaren luokkaan 12 000–8 000 K lämpötiloihin. Tämän seurauksena plasman sähkönjohtavuus laskee.

6000 K:n lämpötiloissa atomirikin ionisaatioaste pienenee merkittävästi ja vapaan fluorin, alempien fluoridien ja SF6-molekyylien elektronien sieppausmekanismi paranee.

Noin 4000 K:n lämpötiloissa molekyylien dissosiaatio päättyy ja molekyylien rekombinaatio alkaa, elektronitiheys pienenee entisestään, kun atomirikki yhdistyy kemiallisesti fluoriin. Tällä lämpötila-alueella plasman lämmönjohtavuus on edelleen merkittävä, kaari jäähdytetään, tätä helpottaa myös vapaiden elektronien poistaminen plasmasta johtuen niiden sieppauksesta SF6-molekyylien ja atomifluorin avulla. Raon dielektrinen lujuus kasvaa vähitellen ja lopulta palautuu.

Valokaarisammutuksen ominaisuus SF6-kaasussa on se, että lähellä nollaa olevalla virralla ohut kaarisauva säilyy edelleen ja katkeaa nollan läpi kulkevan virran viimeisellä risteyksen hetkellä.Lisäksi sen jälkeen kun virta kulkee nollan läpi, jäännöskaaripylväs SF6-kaasussa jäähtyy intensiivisesti, mukaan lukien plasman lämpökapasiteetin vielä suuremman kasvun vuoksi luokkaa 2000 K lämpötiloissa, ja dielektrinen lujuus kasvaa nopeasti .

SF6-kaasun (1) ja ilman (2) dielektrisen lujuuden kasvu

Tällainen valokaaren palamisen stabiilisuus SF6-kaasussa minimivirta-arvoihin suhteellisen alhaisissa lämpötiloissa johtaa siihen, että kaaren sammutuksen aikana ei esiinny virtakatkoja ja suuria ylijännitteitä.

Ilmassa raon dielektrinen lujuus sillä hetkellä, kun kaarivirta ylittää nollan, on suurempi, mutta kaaren suuren aikavakion vuoksi ilmassa dielektrisen lujuuden kasvunopeus sen jälkeen, kun virta ylittää nollan, on pienempi.