Elegas và các thuộc tính của nó

Khí SF6 — khí điện — là lưu huỳnh hexaflorua SF6 (sáu flo)… Khí SF6 là chất cách điện chính trong các phần tử tế bào cách điện SF6.

Ở áp suất làm việc và nhiệt độ thường Khí SF6 – chất khí không màu, không mùi, không cháy, nặng gấp 5 lần không khí (tỷ trọng 6,7 so với 1,29 đối với không khí), khối lượng phân tử cũng gấp 5 lần không khí.

Khí SF6 không bị lão hóa, tức là không thay đổi tính chất theo thời gian; nó bị phân hủy trong quá trình phóng điện, nhưng nhanh chóng kết hợp lại, lấy lại cường độ điện môi ban đầu.

Ở nhiệt độ lên đến 1000 K, khí SF6 trơ và chịu nhiệt, ở nhiệt độ khoảng 500 K, nó không hoạt động về mặt hóa học và không ăn mòn kim loại được sử dụng trong cấu tạo thiết bị đóng cắt SF6.

Trong điện trường, khí SF6 có khả năng thu electron nên khí SF6 có độ bền điện môi cao. Bằng cách thu giữ các electron, khí SF6 tạo thành các ion có độ linh động thấp được gia tốc chậm trong điện trường.

Hiệu suất của khí SF6 được cải thiện trong một trường đồng nhất, do đó, để đảm bảo độ tin cậy khi vận hành, thiết kế của các phần tử riêng lẻ của thiết bị đóng cắt phải đảm bảo tính đồng nhất và đồng nhất lớn nhất của điện trường.

Trong trường không đồng nhất, quá áp cục bộ của điện trường xuất hiện, gây ra phóng điện corona. Dưới ảnh hưởng của các chất phóng điện này, SF6 bị phân hủy, tạo thành các chất florua thấp hơn (SF2, SF4) trong môi trường, có tác động có hại đến vật liệu kết cấu. thiết bị đóng cắt cách điện bằng khí hoàn chỉnh (GIS).

Để tránh rò rỉ, tất cả các bề mặt của các bộ phận riêng lẻ của các bộ phận kim loại và lưới của các ô phải sạch và nhẵn, không được gồ ghề và có gờ. Nghĩa vụ đáp ứng các yêu cầu này được quy định bởi thực tế là bụi bẩn, hạt kim loại cũng tạo ra ứng suất cục bộ trong điện trường và do đó độ bền điện môi của cách điện SF6 bị suy giảm.

Độ bền điện môi cao của khí SF6 cho phép giảm khoảng cách cách điện ở áp suất làm việc thấp của khí, nhờ đó giảm trọng lượng và kích thước của thiết bị điện. Ngược lại, điều này giúp giảm kích thước của thiết bị đóng cắt, điều này rất quan trọng, chẳng hạn như đối với các điều kiện ở phía bắc, nơi mỗi mét khối nhà rất đắt đỏ.

Độ bền điện môi cao của khí SF6 cung cấp mức độ cách điện cao với kích thước và khoảng cách tối thiểu, đồng thời khả năng dập tắt hồ quang tốt và khả năng làm mát của SF6 làm tăng khả năng cắt của các thiết bị chuyển mạch và giảm sưởi ấm các bộ phận trực tiếp.

Việc sử dụng khí SF6 cho phép, các điều kiện khác bằng nhau, tăng 25% tải hiện tại và nhiệt độ cho phép của các tiếp điểm bằng đồng lên tới 90 ° C (trong không khí 75 ° C) do kháng hóa chất, không bắt lửa, an toàn cháy nổ và khả năng làm mát lớn hơn của khí SF6.

Nhược điểm của SF6 là quá trình chuyển đổi sang trạng thái lỏng ở nhiệt độ tương đối cao, điều này đặt ra các yêu cầu bổ sung đối với chế độ nhiệt độ của thiết bị SF6 đang hoạt động. Hình vẽ thể hiện sự phụ thuộc trạng thái của khí SF6 vào nhiệt độ.

Đồ thị trạng thái của khí SF6 theo nhiệt độ

Đối với hoạt động của thiết bị SF6 ở nhiệt độ âm trừ 40 g, điều cần thiết là áp suất của khí SF6 trong thiết bị không vượt quá 0,4 MPa với mật độ không quá 0,03 g / cm3.

Khi áp suất tăng, khí SF6 sẽ hóa lỏng ở nhiệt độ cao hơn. do đó, để cải thiện độ tin cậy của thiết bị điện ở nhiệt độ xấp xỉ âm 40 ° C, thiết bị phải được làm nóng (ví dụ: bình chứa của bộ ngắt mạch SF6 được làm nóng thêm 12 ° C để tránh truyền khí SF6 vào chất lỏng tình trạng).

Công suất hồ quang của khí SF6, nếu các yếu tố khác không đổi, lớn hơn nhiều lần so với không khí. Điều này được giải thích bởi thành phần của plasma và sự phụ thuộc nhiệt độ của công suất nhiệt, nhiệt và tinh dân điện.

Ở trạng thái plasma, các phân tử SF6 bị phân hủy. Ở nhiệt độ khoảng 2000 K, nhiệt dung của khí SF6 tăng mạnh do sự phân ly của các phân tử. Do đó, độ dẫn nhiệt của plasma trong khoảng nhiệt độ 2000 - 3000 K cao hơn nhiều (bằng hai bậc độ lớn) so với không khí. Ở nhiệt độ khoảng 4000 K, sự phân ly của các phân tử giảm.

Đồng thời, lưu huỳnh nguyên tử có tiềm năng ion hóa thấp được hình thành trong hồ quang SF6 góp phần tạo ra nồng độ electron đủ để duy trì hồ quang ngay cả ở nhiệt độ khoảng 3000 K. Khi nhiệt độ tăng hơn nữa, độ dẫn plasma giảm , đạt đến độ dẫn nhiệt của không khí rồi lại tăng lên. Các quy trình như vậy làm giảm điện áp và điện trở của hồ quang đang cháy trong khí SF6 xuống 20 - 30% so với hồ quang trong không khí ở nhiệt độ khoảng 12.000 - 8.000 K. Kết quả là độ dẫn điện của plasma giảm.

Ở nhiệt độ 6000 K, mức độ ion hóa của lưu huỳnh nguyên tử giảm đáng kể và cơ chế thu giữ điện tử của flo tự do, florua thấp hơn và các phân tử SF6 được tăng cường.

Ở nhiệt độ khoảng 4000 K, sự phân ly của các phân tử kết thúc và sự tái hợp của các phân tử bắt đầu, mật độ electron thậm chí còn giảm nhiều hơn do lưu huỳnh nguyên tử kết hợp hóa học với flo. Trong phạm vi nhiệt độ này, độ dẫn nhiệt của plasma vẫn còn đáng kể, hồ quang được làm mát, điều này cũng được tạo điều kiện thuận lợi bằng cách loại bỏ các electron tự do khỏi plasma do chúng bị các phân tử SF6 và flo nguyên tử bắt giữ. Độ bền điện môi của khe hở tăng dần và cuối cùng phục hồi.

Một đặc điểm của việc dập tắt hồ quang trong khí SF6 là ở dòng điện gần bằng 0, thanh hồ quang mỏng vẫn được duy trì và đứt vào thời điểm cuối cùng của dòng điện đi qua điểm không.Ngoài ra, sau khi dòng điện đi qua 0, cột hồ quang còn lại trong khí SF6 nguội đi rất nhiều, bao gồm cả do công suất nhiệt của plasma thậm chí còn tăng nhiều hơn ở nhiệt độ khoảng 2000 K và cường độ điện môi tăng nhanh .

Sự gia tăng độ bền điện môi của khí SF6 (1) và không khí (2)

Sự ổn định của quá trình đốt hồ quang trong khí SF6 đến các giá trị dòng điện tối thiểu ở nhiệt độ tương đối thấp dẫn đến không có sự gián đoạn dòng điện và quá điện áp lớn trong quá trình dập tắt hồ quang.

Trong không khí, độ bền điện môi của khe hở tại thời điểm dòng điện hồ quang đi qua điểm 0 lớn hơn, nhưng do hằng số thời gian của hồ quang trong không khí lớn nên tốc độ tăng cường độ điện môi sau khi dòng điện đi qua điểm 0 ít hơn.