Елегас и његова својства
СФ6 гас — електрични гас — је сумпор хексафлуорид СФ6 (шест флуора)… СФ6 гас је главни изолатор у ћелијским елементима изолованим СФ6.
При радном притиску и нормалним температурама СФ6 гас — безбојан, без мириса, незапаљив гас, 5 пута тежи од ваздуха (густина 6,7 наспрам 1,29 за ваздух), молекулска тежина такође 5 пута већа од ваздуха.
СФ6 гас не стари, односно не мења својства током времена; он се распада током електричног пражњења, али се брзо рекомбинује, враћајући своју првобитну диелектричну снагу.
На температурама до 1000 К, гас СФ6 је инертан и отпоран на топлоту, до температура од око 500 К је хемијски неактиван и није агресиван према металима који се користе у конструкцији СФ6 расклопних уређаја.
У електричном пољу, СФ6 гас има способност да ухвати електроне, што резултира високом диелектричном чврстоћом гаса СФ6. Хватањем електрона, гас СФ6 формира јоне мале покретљивости који се полако убрзавају у електричном пољу.
Перформансе гаса СФ6 се побољшавају у униформном пољу, стога, ради поузданости рада, дизајн појединачних елемената расклопног уређаја мора да гарантује највећу униформност и хомогеност електричног поља.
У нехомогеном пољу јављају се локални пренапони електричног поља који изазивају коронска пражњења. Под утицајем ових пражњења, СФ6 се разлаже, формирајући у околини ниже флуориде (СФ2, СФ4), који штетно делују на конструкцијске материјале. комплетна гасно изолована расклопна опрема (ГИС).
Да би се избегло цурење, све површине појединих елемената металних делова и решетки ћелија су чисте и глатке и не би требало да имају храпавост и неравнине. Обавеза испуњавања ових захтева је диктирана чињеницом да прљавштина, прашина, металне честице такође стварају локална напрезања у електричном пољу и тиме се погоршава диелектрична чврстоћа СФ6 изолације.
Висока диелектрична чврстоћа гаса СФ6 омогућава смањење изолационих растојања при ниском радном притиску гаса, услед чега се смањује тежина и димензије електричне опреме. Ово, пак, омогућава смањење величине расклопних уређаја, што је веома важно, на пример, за услове на северу, где је сваки кубни метар простора веома скуп.
Висока диелектрична чврстоћа гаса СФ6 обезбеђује висок степен изолације са минималним димензијама и растојањима, а добра способност гашења лука и способност хлађења СФ6 повећавају прекидну способност склопних уређаја и смањују загревање делова под напоном.
Употреба СФ6 гаса омогућава, под једнаким условима, да се повећа тренутно оптерећење за 25% и дозвољена температура бакарних контаката до 90°Ц (у ваздуху 75°Ц) због хемијске отпорности, незапаљивости, пожарне безбедности. и већи капацитет хлађења гаса СФ6.
Недостатак СФ6 је његов прелазак у течно стање на релативно високим температурама, што поставља додатне захтеве за температурни режим СФ6 опреме у раду. На слици је приказана зависност стања гаса СФ6 од температуре.
Графикон стања гаса СФ6 у зависности од температуре
За рад опреме СФ6 на негативним температурама минус 40 гр Неопходно је да притисак гаса СФ6 у апарату не прелази 0,4 МПа при густини не већој од 0,03 г / цм3.
Како се притисак повећава, гас СФ6 ће се растопити на вишој температури. стога, да би се побољшала поузданост електричне опреме на температурама од приближно минус 40 ° Ц, она се мора загрејати (на пример, резервоар СФ6 прекидача се загрева на плус 12 ° Ц како би се избегао пролазак СФ6 гаса у течност држава).
Капацитет лука СФ6 гаса, под једнаким условима, неколико је пута већи од ваздуха. Ово се објашњава саставом плазме и температурном зависношћу топлотног капацитета, топлоте и електрична проводљивост.
У стању плазме, молекули СФ6 се распадају. На температурама реда од 2000 К, топлотни капацитет гаса СФ6 нагло расте услед дисоцијације молекула. Због тога је топлотна проводљивост плазме у температурном опсегу 2000 — 3000 К много већа (за два реда величине) од ваздуха. На температурама реда 4000 К, дисоцијација молекула се смањује.
Истовремено, атомски сумпор са ниским потенцијалом јонизације формиран у СФ6 луку доприноси концентрацији електрона која је довољна да одржи лук чак и на температурама реда од 3000 К. Како температура даље расте, проводљивост плазме опада, достижући топлотну проводљивост ваздуха а затим се поново повећава. Такви процеси смањују напон и отпор запаљеног лука у гасу СФ6 за 20—30% у поређењу са луком у ваздуху до температуре реда од 12.000 — 8.000 К. Као резултат, електрична проводљивост плазме опада.
На температурама од 6000 К, степен јонизације атомског сумпора је значајно смањен и механизам хватања електрона слободним флуором, нижим флуоридима и молекулима СФ6 је побољшан.
На температурама од око 4000 К завршава се дисоцијација молекула и почиње рекомбинација молекула, електронска густина се још више смањује како се атомски сумпор хемијски комбинује са флуором. У овом температурном опсегу, топлотна проводљивост плазме је и даље значајна, лук се хлади, то је такође олакшано уклањањем слободних електрона из плазме услед њиховог хватања молекулима СФ6 и атомским флуором. Диелектрична чврстоћа јаза се постепено повећава и на крају се опоравља.
Карактеристика гашења лука у гасу СФ6 лежи у чињеници да се при струји близу нуле, танка лучна шипка и даље одржава и одваја се у последњем тренутку преласка струје кроз нулу.Поред тога, након што струја прође кроз нулу, стуб заосталог лука у гасу СФ6 се интензивно хлади, укључујући и због још већег повећања топлотног капацитета плазме на температурама реда од 2000 К, а диелектрична чврстоћа брзо расте .
Повећање диелектричне чврстоће гаса СФ6 (1) и ваздуха (2)
Таква стабилност сагоревања лука у гасу СФ6 до минималних вредности струје при релативно ниским температурама резултира одсуством струјних прекида и великих пренапона током гашења лука.
У ваздуху, диелектрична чврстоћа процепа у тренутку када струја лука пређе нулу је већа, али због велике временске константе лука у ваздуху, брзина повећања диелектричне чврстоће након што струја пређе нулу је мања.