אלגס ותכונותיו

גז SF6 - גז חשמלי - הוא גופרית הקספלואוריד SF6 (שישה פלואור)... גז SF6 הוא המבודד העיקרי באלמנטים של תאים מבודדים SF6.

בלחץ עבודה ובטמפרטורות רגילות גז SF6 - גז חסר צבע, חסר ריח, לא דליק, כבד פי 5 מהאוויר (צפיפות 6.7 לעומת 1.29 לאוויר), משקל מולקולרי גם פי 5 מהאוויר.

גז SF6 אינו מזדקן, כלומר אינו משנה את תכונותיו לאורך זמן; הוא מתפרק במהלך פריקה חשמלית, אך מתחבר במהירות, משחזר את החוזק הדיאלקטרי המקורי שלו.

בטמפרטורות של עד 1000 K, גז SF6 אינרטי ועמיד בחום, עד לטמפרטורות של כ-500 K אינו פעיל מבחינה כימית ואינו אגרסיבי כלפי המתכות המשמשות בבניית מיתוג SF6.

בשדה חשמלי, לגז SF6 יש את היכולת ללכוד אלקטרונים, וכתוצאה מכך חוזק דיאלקטרי גבוה של גז SF6. על ידי לכידת אלקטרונים, גז SF6 יוצר יונים בעלי ניידות נמוכה המואצים באיטיות בשדה חשמלי.

הביצועים של גז SF6 משתפרים בשדה אחיד, לכן, עבור אמינות תפעולית, התכנון של אלמנטים בודדים של מיתוג חייב להבטיח את האחידות וההומוגניות הגדולה ביותר של השדה החשמלי.

בשדה לא הומגני מופיעים מתחי יתר מקומיים של השדה החשמלי, הגורמים לפריקות קורונה. בהשפעת הפרשות אלה, SF6 מתפרק, ויוצרים פלואורידים נמוכים יותר (SF2, SF4) בסביבה, שיש להם השפעה מזיקה על חומרים מבניים. מיתוג מלא מבודד גז (GIS).

כדי למנוע דליפות, כל המשטחים של אלמנטים בודדים של חלקי מתכת ורשתות של תאים נקיים וחלקים ולא צריכים להיות חספוסים וקוצצים. החובה למלא דרישות אלו מוכתבת על ידי העובדה שלכלוך, אבק, חלקיקי מתכת יוצרים גם מתחים מקומיים בשדה החשמלי וכך החוזק הדיאלקטרי של בידוד SF6 מתדרדר.

חוזק דיאלקטרי גבוה של גז SF6 מאפשר להקטין את מרחקי הבידוד בלחץ עבודה נמוך של הגז, כתוצאה מכך משקל ומידות הציוד החשמלי מופחתים. זה, בתורו, מאפשר להקטין את גודל המתג, וזה חשוב מאוד, למשל, לתנאים בצפון, שבו כל מטר מעוקב של מקום יקר מאוד.

חוזק דיאלקטרי גבוה של גז SF6 מספק דרגת בידוד גבוהה עם מידות ומרחקים מינימליים, ויכולת כיבוי הקשת הטובה ויכולת הקירור של SF6 מגדילות את כושר השבירה של התקני מיתוג ומפחיתות חימום חלקים חיים.

השימוש בגז SF6 מאפשר, בתנאים אחרים שווים, להגדיל את העומס הנוכחי ב-25% ואת הטמפרטורה המותרת של מגעי נחושת עד 90 מעלות צלזיוס (באוויר 75 מעלות צלזיוס) עקב עמידות כימית, אי דליקות, בטיחות אש ויכולת קירור גדולה יותר של גז SF6.

החיסרון של SF6 הוא המעבר שלו למצב נוזלי בטמפרטורות גבוהות יחסית, מה שמציב דרישות נוספות למשטר הטמפרטורה של ציוד ה-SF6 בפעולה. האיור מציג את התלות של מצב גז SF6 בטמפרטורה.

גרף של מצב גז SF6 לעומת טמפרטורה

להפעלת ציוד SF6 בטמפרטורות שליליות מינוס 40 גרם. יש צורך שהלחץ של גז SF6 במכשיר לא יעלה על 0.4 MPa בצפיפות של לא יותר מ 0.03 גרם / cm3.

ככל שהלחץ עולה, גז SF6 יתמזל בטמפרטורה גבוהה יותר. לכן, על מנת לשפר את האמינות של ציוד חשמלי בטמפרטורות של בערך מינוס 40 מעלות צלזיוס, יש לחמם אותו (לדוגמה, המאגר של מפסק SF6 מחומם לפלוס 12 מעלות צלזיוס כדי להימנע מהעברת גז SF6 לנוזל מדינה).

קיבולת הקשת של גז SF6, כששאר הדברים שווים, גדולה פי כמה מזו של האוויר. זה מוסבר על ידי הרכב הפלזמה ותלות הטמפרטורה של קיבולת החום, חום ו מוליכות חשמלית.

במצב הפלזמה, מולקולות SF6 מתפרקות. בטמפרטורות בסדר גודל של 2000 K, קיבולת החום של גז SF6 עולה בחדות עקב ניתוק המולקולות. לכן, המוליכות התרמית של פלזמה בטווח הטמפרטורות 2000 - 3000 K היא הרבה יותר גבוהה (בשני סדרי גודל) מזו של אוויר. בטמפרטורות בסדר גודל של 4000 K, ההתנתקות של מולקולות פוחתת.

יחד עם זאת, הגופרית האטומית עם פוטנציאל היינון הנמוך הנוצר בקשת SF6 תורמת לריכוז אלקטרונים המספיק לשמור על הקשת גם בטמפרטורות בסדר גודל של 3000 K. ככל שהטמפרטורה עולה עוד יותר, מוליכות הפלזמה פוחתת, מגיע למוליכות התרמית של האוויר ואז עולה שוב. תהליכים כאלה מפחיתים את המתח וההתנגדות של קשת בוערת בגז SF6 ב-20 - 30% בהשוואה לקשת באוויר לטמפרטורות בסדר גודל של 12,000 - 8,000 K. כתוצאה מכך, המוליכות החשמלית של הפלזמה יורדת.

בטמפרטורות של 6000 K, מידת היינון של גופרית אטומית מופחתת באופן משמעותי ומנגנון לכידת האלקטרונים על ידי פלואור חופשי, פלואורידים נמוכים יותר ומולקולות SF6 מוגבר.

בטמפרטורות של כ-4000 K, ניתוק מולקולות מסתיים ומתחיל ריקומבינציה של מולקולות, צפיפות האלקטרונים יורדת עוד יותר כאשר גופרית אטומית מתחברת כימית עם פלואור. בטווח טמפרטורות זה, המוליכות התרמית של הפלזמה עדיין משמעותית, הקשת מקוררת, הדבר מקל גם על ידי הסרת אלקטרונים חופשיים מהפלזמה עקב לכידתם על ידי מולקולות SF6 ופלואור אטומי. החוזק הדיאלקטרי של הפער גדל בהדרגה ובסופו של דבר מתאושש.

תכונה של כיבוי קשת בגז SF6 טמונה בעובדה שבזרם קרוב לאפס, מוט הקשת הדק עדיין נשמר ומתנתק ברגע האחרון של חציית הזרם דרך האפס.בנוסף, לאחר שהזרם עובר דרך האפס, עמודת הקשת השיורית בגז SF6 מתקררת בצורה אינטנסיבית, כולל בשל הגידול הגדול עוד יותר בקיבולת החום של הפלזמה בטמפרטורות בסדר גודל של 2000 K, והחוזק הדיאלקטרי גדל במהירות .

העלייה בחוזק הדיאלקטרי של גז SF6 (1) ואוויר (2)

יציבות כזו של שריפת קשת בגז SF6 לערכי זרם מינימליים בטמפרטורות נמוכות יחסית גורמת להיעדר הפרעות זרם ומתחי יתר גדולים במהלך כיבוי קשת.

באוויר, החוזק הדיאלקטרי של הפער ברגע שזרם הקשת חוצה את האפס גדול יותר, אך בגלל קבוע הזמן הגדול של הקשת באוויר, קצב העלייה של החוזק הדיאלקטרי לאחר שהזרם חוצה את האפס קטן יותר.