Elegas ir jo savybės
SF6 dujos – elektros dujos – yra sieros heksafluoridas SF6 (šešis fluoras)… SF6 dujos yra pagrindinis SF6 izoliuotų elementų izoliatorius.
Esant darbiniam slėgiui ir normaliai temperatūrai SF6 dujos – bespalvės, bekvapės, nedegios dujos, 5 kartus sunkesnės už orą (oro tankis 6,7 vs. 1,29), molekulinė masė taip pat 5 kartus didesnė už oro .
SF6 dujos nesensta, tai yra, laikui bėgant nekeičia savo savybių; jis suyra elektros iškrovos metu, bet greitai rekombinuoja, atgaudamas pradinį dielektrinį stiprumą.
Esant temperatūrai iki 1000 K, SF6 dujos yra inertiškos ir atsparios karščiui, iki maždaug 500 K – chemiškai neaktyvios ir neagresyvios metalams, naudojamiems SF6 skirstomųjų įrenginių konstrukcijoje.
Elektriniame lauke SF6 dujos turi galimybę sugauti elektronus, todėl SF6 dujų dielektrinis stiprumas yra didelis. Fiksuodamos elektronus, SF6 dujos sudaro mažo judrumo jonus, kurie lėtai įsibėgėja elektriniame lauke.
Gerėja SF6 dujų našumas vienodame lauke, todėl, siekiant eksploatacijos patikimumo, atskirų skirstomųjų įrenginių elementų konstrukcija turi garantuoti didžiausią elektrinio lauko vienodumą ir vienalytiškumą.
Nehomogeniškame lauke atsiranda vietiniai elektrinio lauko viršįtampiai, sukeliantys vainikines iškrovas. Šių išmetimų įtakoje SF6 suyra, aplinkoje susidaro žemesni fluoridai (SF2, SF4), kurie žalingai veikia konstrukcines medžiagas. sukomplektuoti dujomis izoliuoti skirstomieji įrenginiai (GIS).
Kad būtų išvengta nuotėkio, visi atskirų metalinių dalių elementų ir elementų tinklelių paviršiai yra švarūs ir lygūs, be šiurkštumo ir įbrėžimų. Prievolę vykdyti šiuos reikalavimus lemia tai, kad nešvarumai, dulkės, metalo dalelės taip pat sukuria vietinius įtempius elektriniame lauke, todėl SF6 izoliacijos dielektrinis stipris pablogėja.
Didelis SF6 dujų dielektrinis stipris leidžia sumažinti izoliacijos atstumus esant žemam darbiniam dujų slėgiui, ko pasekoje sumažėja elektros įrenginių svoris ir matmenys. Tai savo ruožtu leidžia sumažinti skirstomųjų įrenginių dydį, o tai labai svarbu, pavyzdžiui, esant sąlygoms šiaurėje, kur kiekvienas patalpų kubinis metras yra labai brangus.
Didelis SF6 dujų dielektrinis stiprumas užtikrina aukštą izoliacijos laipsnį esant minimaliems matmenims ir atstumams, o geras SF6 gesinimo lankas ir aušinimo gebėjimas padidina perjungimo įtaisų pertraukimo gebą ir sumažina kaitinant įtampingąsias dalis.
SF6 dujų naudojimas leidžia, esant kitoms sąlygoms, padidinti srovės apkrovą 25% ir leistiną varinių kontaktų temperatūrą iki 90 ° C (oro 75 ° C) dėl cheminio atsparumo, nedegumo, priešgaisrinės saugos. ir didesnis SF6 dujų aušinimo pajėgumas.
SF6 trūkumas yra jo perėjimas į skystą būseną esant santykinai aukštai temperatūrai, o tai nustato papildomus reikalavimus veikiančios SF6 įrangos temperatūros režimui. Paveiksle parodyta SF6 dujų būsenos priklausomybė nuo temperatūros.
SF6 dujų būklės ir temperatūros grafikas
SF6 įrangos veikimui esant neigiamoms temperatūroms minus 40 gr.Būtina, kad SF6 dujų slėgis aparate neviršytų 0,4 MPa, kai tankis ne didesnis kaip 0,03 g/cm3.
Didėjant slėgiui, SF6 dujos suskystės aukštesnėje temperatūroje. todėl, siekiant pagerinti elektros įrangos patikimumą esant maždaug minus 40 ° C temperatūrai, ji turi būti šildoma (pavyzdžiui, SF6 grandinės pertraukiklio rezervuaras įkaitinamas iki plius 12 ° C, kad SF6 dujos nepatektų į skystį valstybė).
SF6 dujų lanko talpa, esant kitoms sąlygoms, yra kelis kartus didesnė nei oro. Tai paaiškinama plazmos sudėtimi ir šilumos talpos priklausomybe nuo temperatūros, šilumos ir elektrinis laidumas.
Plazmos būsenoje SF6 molekulės suyra. Esant maždaug 2000 K temperatūrai, SF6 dujų šiluminė talpa smarkiai padidėja dėl molekulių disociacijos. Todėl plazmos šilumos laidumas 2000–3000 K temperatūrų diapazone yra daug didesnis (dviem dydžiais) nei oro. Esant maždaug 4000 K temperatūrai, molekulių disociacija mažėja.
Tuo pačiu metu mažo jonizacijos potencialo atominė siera, susidaranti SF6 lanke, prisideda prie elektronų koncentracijos, kurios pakanka išlaikyti lanką net esant maždaug 3000 K temperatūrai. Toliau kylant temperatūrai mažėja plazmos laidumas, pasiekia oro šilumos laidumą, o vėliau vėl didėja. Tokie procesai SF6 dujose degančio lanko įtampą ir varžą sumažina 20–30%, palyginti su lanku ore, esant maždaug 12 000–8 000 K temperatūrai. Dėl to sumažėja plazmos elektrinis laidumas.
Esant 6000 K temperatūrai, žymiai sumažėja atominės sieros jonizacijos laipsnis ir sustiprėja elektronų pagavimo mechanizmas laisvuoju fluoru, žemesniaisiais fluoridais ir SF6 molekulėmis.
Esant maždaug 4000 K temperatūrai, baigiasi molekulių disociacija ir prasideda molekulių rekombinacija, elektronų tankis dar labiau sumažėja, nes atominė siera chemiškai susijungia su fluoru. Šiame temperatūrų diapazone plazmos šilumos laidumas vis dar yra reikšmingas, lankas aušinamas, tai taip pat palengvina laisvųjų elektronų pašalinimas iš plazmos dėl jų gaudymo SF6 molekulėmis ir atominiu fluoru. Tarpo dielektrinė stipris palaipsniui didėja ir ilgainiui atsistato.
Lanko gesinimo SF6 dujose ypatybė yra ta, kad esant nuliui artimai srovei, plonas lanko strypas vis dar išlaikomas ir nutrūksta paskutinę srovės kirtimo per nulį momentą.Be to, po to, kai srovė praeina per nulį, SF6 dujose esantis liekamasis lanko stulpelis intensyviai vėsta, įskaitant dar didesnį plazmos šiluminės talpos padidėjimą esant maždaug 2000 K temperatūrai, o dielektrinis stiprumas greitai didėja. .
SF6 dujų (1) ir oro (2) dielektrinio stiprio padidėjimas
Toks lanko degimo SF6 dujose stabilumas iki minimalių srovės verčių esant santykinai žemai temperatūrai lemia tai, kad gesinant lanką nėra srovės pertrūkių ir didelių viršįtampių.
Ore tarpo dielektrinė stipris tuo momentu, kai lanko srovė kerta nulį, yra didesnė, tačiau dėl didelės lanko laiko konstantos ore dielektrinio stiprio padidėjimo greitis srovei kertant nulį yra mažesnis.