Елегаз і його властивості

Елегаз - електротехнічний газ - являє собою шестифториста сірку SF6 (шестіфтор). Елегаз є головним ізолятором в елементах осередків з елегазової ізоляцією.

При робочих тисках і звичайній температурі елегаз - тьмяний газ, без запаху, не горючий, в 5 разів важчий за повітря (густина 6,7 проти 1,29 у повітря), молекулярна маса також в 5 разів більше, ніж у повітря. Елегаз не старіє, т. Е. Не змінює своїх властивостей з часом, при електронному розряді розпадається, але швидко рекомбинирует, відновлюючи початкову діелектричну міцність.

При температурах до 1000 К елегаз інертний і нагревостоек, до температур порядку 500 К хімічно не активний і не агресивний по відношенню до металів, що використовуються в конструкції елегазових розподільних пристроїв.

В електронному поле елегаз має здатність захоплювати електрони, що обумовлює високу електронну міцність елегазу. Захоплюючи електрони, елегаз утворює нерухомі іони, які повільно розганяються в електронному поле.

Експлуатаційна здатність елегазу поліпшується в рівномірному поле, тому для експлуатаційної надійності конструкція окремих частин розподільних пристроїв повинна забезпечувати найбільшу рівномірність і однорідність електричного поля.

У неоднорідному полі виникають місцеві перенапруженість електронного поля, які викликають коронирующим розряди. Під дією цих розрядів елегаз розкладається, утворюючи в своєму середовищі нижчі фториди (SF2, SF4), шкідливо діючі на конструкційні матеріали комплектних розподільних елегазових пристроїв (КРПЕ).

Щоб уникнути розрядів все поверхні окремих частин залізних деталей і екранів осередків виробляються чистими і гладкими і не зобов`язані мати шорсткостей і задирок. Обов`язковість виконання цих вимог диктується тим, що бруд, пил, залізні частинки також роблять місцеві напруженості електричного поля, а при цьому посилюється електронна міцність елегазової ізоляції.

Найвища електронна міцність елегазу дозволяє зменшити ізоляційні відстані при маленькому робочому тиску газу, в результаті цього зменшується маса і габарити електротехнічного обладнання. Це, в свою чергу, дає можливість зменшити габарити осередків КРПЕ, що дуже принципово, наприклад, для умов півночі, де кожен кубічний метр приміщення коштує дуже недешево.

 

Найвища діелектрична міцність елегазу забезпечує вищий ступінь ізоляції при малих розмірах і відстанях, а відмінні здатність гасіння дуги і охлаждаемость елегазу нарощують відключає комутаційних апаратів і зменшують нагрів струмоведучих частин.

Застосування елегазу дозволяє при інших рівних умовах збільшити струмовий навантаження на 25% і допустиму температуру мідних контактів до 90 ° С (у повітряному середовищі 75 ° С) завдяки хімічної стійкості, негорючості, пожежної безпеки і більшої охолоджуючої можливості елегазу.

недоліком елегазу є перехід його в рідкий стан при порівняно високих температурах, що визначає додаткові вимоги до температурного режиму елегазового обладнання в експлуатації. На малюнку приведена залежність стану елегазу від температури.

Діаграма стану елегазу залежно від температури

Для роботи елегазового обладнання при мінусовій температурі мінус 40 гр. З потрібно, щоб тиск елегазу в апаратах не перевищувало 0,4 МПа при щільності менше 0,03 г / см3.

При підвищенні тиску елегаз зріджуватиметься при більш високій температурі, тому для збільшення надійності роботи електричного обладнання при температурах приблизно мінус 40 ° С його слід підігрівати (наприклад, бак елегазового вимикача, щоб уникнути переходу елегазу в рідкий стан нагрівають до плюс 12 ° С).

Дугогасительная здатність елегазу при інших рівних умовах в пару разів більше, ніж повітря. Це пояснюється складом плазми і температурної залежністю теплоємності, тепло- і електропровідності.

У стані плазми молекули елегазу розпадаються. При температурах порядку 2000 К теплоємність елегазу різко зростає внаслідок дисоціації молекул. Тому теплопровідність плазми в області температур 2000 - 3000 К істотно вище (на два порядки), ніж повітря. При температурах порядку 4000 К дисоціація молекул зменшується.

У той же час утворюється в дузі елегазу атомарна сірка з низьким потенціалом іонізації сприяє такий концентрації електронів, яка виявляється достатньою для підтримки дуги навіть при температурах близько 3000 К. При подальшому зростанні температури теплопровідність плазми падає, досягаючи теплопровідності повітря, а потім знову зростає. Такі процеси зменшують напругу і опір палаючої дуги в елегазі на 20 - 30% в порівнянні з дугою в повітрі прямо до температур порядку 12 000 - 8000 К. При подальшому зниженні температури плазми (до 7000 К і нижче) концентрація електронів в ній зменшується, в підсумку електронна провідність плазми падає.

При температурах 6000 К дуже зменшується ступінь іонізації атомарної сірки, посилюється механізм захоплення електронів вільним фтором, нижчими фторидами і молекулами елегазу.

При температурах порядку 4000 К дисоціація молекул завершується і починається рекомбінація молекул, щільність електронів ще більш зменшується, тому що атомарна сірка хімічно з`єднується з фтором. У цій області температур теплопровідність плазми ще значуща, йде охолодження дуги, цьому сприяє також видалення вільних електронів з плазми за рахунок захоплення їх молекулами елегазу і атомарним фтором. Електронна міцність проміжку поступово збільшується і в кінцевому рахунку відновлюється.

Особливість гасіння дуги в елегазі полягає в тому, що при струмі, близькому до нульового значення, вузький стрижень дуги ще підтримується і обривається в останній момент переходу струму через нуль. До того ж після проходу струму через нуль залишковий стовп дуги в елегазі активно охолоджується, в тому числі за рахунок ще більшого зростання теплоємності плазми при температурах близько 2000 К, і електронна міцність стрімко зростає. 

Наростання електронної міцності елегазу (1) і повітря (2)

Така стабільність горіння дуги в елегазі до малих значень струму при відносно низьких температурах призводить до відсутності зрізів струму і величезних перенапруг при гасінні дуги.

В повітрі електронна міцність проміжку в момент проходження струму дуги через нуль більше, але через велику постійної часу дуги у повітря швидкість наростання електронної міцності після проходження значення струму через нуль менше.