Elegas a jeho vlastnosti

Plyn SF6 – elektrický plyn – je fluorid sírový SF6 (šest fluorů)… Plyn SF6 je hlavním izolantem v článcích izolovaných SF6.

Při pracovním tlaku a normálních teplotách plyn SF6 — bezbarvý, bez zápachu, nehořlavý plyn, 5x těžší než vzduch (hustota 6,7 ​​vs. 1,29 pro vzduch), molekulová hmotnost také 5x větší než vzduch.

Plyn SF6 nestárne, to znamená, že v průběhu času nemění své vlastnosti; během elektrického výboje se rozkládá, ale rychle se rekombinuje a získává zpět svou původní dielektrickou sílu.

Při teplotách do 1000 K je plyn SF6 inertní a tepelně odolný, do teplot cca 500 K je chemicky neaktivní a neagresivní vůči kovům použitým v konstrukci rozváděčů SF6.

V elektrickém poli má plyn SF6 schopnost zachytit elektrony, což má za následek vysokou dielektrickou pevnost plynu SF6. Zachycováním elektronů vytváří plyn SF6 ionty s nízkou pohyblivostí, které jsou pomalu urychlovány v elektrickém poli.

Výkon plynu SF6 se zlepšuje v rovnoměrném poli, proto pro provozní spolehlivost musí konstrukce jednotlivých prvků rozváděče zaručit co největší rovnoměrnost a homogenitu elektrického pole.

V nehomogenním poli se objevují lokální přepětí elektrického pole, která způsobují korónové výboje. Vlivem těchto výbojů se SF6 rozkládá a v prostředí vytváří nižší fluoridy (SF2, SF4), které mají škodlivý vliv na konstrukční materiály. kompletní plynem izolované rozváděče (GIS).

Aby se zabránilo netěsnostem, jsou všechny povrchy jednotlivých prvků kovových částí a mřížky článků čisté a hladké a neměly by mít drsnost a otřepy. Povinnost splnit tyto požadavky je dána skutečností, že nečistoty, prach, kovové částice také vytvářejí lokální napětí v elektrickém poli a tím se zhoršuje dielektrická pevnost izolace SF6.

Vysoká dielektrická pevnost plynu SF6 umožňuje snížit izolační vzdálenosti při nízkém pracovním tlaku plynu, v důsledku čehož se snižuje hmotnost a rozměry elektrického zařízení. To zase umožňuje zmenšit velikost rozváděčů, což je velmi důležité například pro podmínky na severu, kde je každý metr krychlový areálu velmi drahý.

Vysoká dielektrická pevnost plynu SF6 poskytuje vysoký stupeň izolace s minimálními rozměry a vzdálenostmi a dobrá schopnost zhášení oblouku a schopnost chlazení SF6 zvyšují vypínací schopnost spínacích zařízení a snižují zahřívání živých částí.

Použití plynu SF6 umožňuje za stejných podmínek zvýšit proudové zatížení o 25% a přípustnou teplotu měděných kontaktů až na 90°C (na vzduchu 75°C) díky chemické odolnosti, nehořlavosti, požární bezpečnosti a větší chladicí kapacita plynu SF6.

Nevýhodou SF6 je jeho přechod do kapalného stavu při relativně vysokých teplotách, což klade další požadavky na teplotní režim zařízení SF6 v provozu. Obrázek ukazuje závislost stavu plynu SF6 na teplotě.

Graf stavu plynu SF6 v závislosti na teplotě

Pro provoz zařízení SF6 při záporných teplotách mínus 40 g. Je nutné, aby tlak plynu SF6 v zařízení nepřesáhl 0,4 MPa při hustotě nejvýše 0,03 g / cm3.

Jak se tlak zvyšuje, plyn SF6 zkapalní při vyšší teplotě. proto, aby se zlepšila spolehlivost elektrického zařízení při teplotách přibližně minus 40 °C, musí se zahřívat (například zásobník jističe SF6 se zahřeje na plus 12 °C, aby se zabránilo úniku plynu SF6 do kapaliny Stát).

Kapacita oblouku plynu SF6 je za jinak stejných okolností několikrát větší než kapacita vzduchu. To se vysvětluje složením plazmatu a teplotní závislostí tepelné kapacity, tepla a elektrická vodivost.

V plazmatickém stavu se molekuly SF6 rozpadají. Při teplotách řádově 2000 K se tepelná kapacita plynu SF6 prudce zvyšuje v důsledku disociace molekul. Proto je tepelná vodivost plazmatu v teplotním rozsahu 2000 — 3000 K mnohem vyšší (o dva řády) než vzduch. Při teplotách řádově 4000 K klesá disociace molekul.

Atomová síra s nízkým ionizačním potenciálem vytvořená v oblouku SF6 zároveň přispívá ke koncentraci elektronů, která je dostatečná pro udržení oblouku i při teplotách řádově 3000 K. S dalším zvyšováním teploty se snižuje vodivost plazmatu. dosažení tepelné vodivosti vzduchu a poté se opět zvýší. Takové procesy snižují napětí a odpor hořícího oblouku v plynu SF6 o 20 — 30 % ve srovnání s obloukem ve vzduchu při teplotách řádově 12 000 — 8 000 K. V důsledku toho klesá elektrická vodivost plazmatu.

Při teplotách 6000 K se výrazně snižuje stupeň ionizace atomové síry a posiluje se mechanismus záchytu elektronů volným fluorem, nižšími fluoridy a molekulami SF6.

Při teplotách okolo 4000 K končí disociace molekul a začíná rekombinace molekul, elektronová hustota ještě více klesá, jak se atomová síra chemicky spojuje s fluorem. V tomto teplotním rozsahu je tepelná vodivost plazmatu stále výrazná, oblouk se ochlazuje, to je také usnadněno odstraňováním volných elektronů z plazmatu díky jejich zachycení molekulami SF6 a atomárním fluorem. Dielektrická pevnost mezery se postupně zvyšuje a nakonec se obnoví.

Znak zhášení oblouku v plynu SF6 spočívá v tom, že při proudu blízkém nule je tenký oblouk stále udržován a odlomí se v posledním okamžiku průchodu proudu nulou.Kromě toho se po průchodu proudu nulou zbytkový obloukový sloupec v plynu SF6 intenzivně ochlazuje, a to i díky ještě většímu nárůstu tepelné kapacity plazmatu při teplotách řádově 2000 K, a dielektrická pevnost se rychle zvyšuje .

Zvýšení dielektrické pevnosti plynu SF6 (1) a vzduchu (2)

Taková stabilita hoření oblouku v plynu SF6 na minimální hodnoty proudu při relativně nízkých teplotách má za následek absenci přerušení proudu a velkých přepětí během zhášení oblouku.

Ve vzduchu je dielektrická pevnost mezery v okamžiku, kdy proud oblouku překročí nulu, větší, ale kvůli velké časové konstantě oblouku ve vzduchu je rychlost nárůstu dielektrické pevnosti poté, co proud projde nulou, menší.