Елегаз і його властивості
Елегаз - електротехнічний газ - являє собою шестифториста сірку SF6 (шестіфтор). Елегаз є основним ізолятором в елементах осередків з елегазової ізоляцією.
При робочих тисках і звичайній температурі елегаз - безбарвний 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 електричному розряді розпадається, але швидко рекомбинирует, відновлюючи початкову діелектричну міцність.
В електричному полі елегаз має здатність захоплювати електрони, що обумовлює високу електричну міцність елегазу. Захоплюючи електрони, елегаз утворює малорухливі іони, які повільно розганяються в електричному полі.
Експлуатаційна здатність елегазу поліпшується в рівномірному поле, тому для експлуатаційної надійності конструкція окремих елементів розподільних пристроїв повинна забезпечувати найбільшу рівномірність і однорідність електричного поля.
У неоднорідному полі з'являються місцеві перенапруженість електричного поля, які викликають коронирующим розряди. Під дією цих розрядів елегаз розкладається, утворюючи в своєму середовищі нижчі фториди (SF2, SF4), що шкідливо діють на конструкційні матеріали комплектних розподільних елегазових пристроїв (КРПЕ).
Щоб уникнути розрядів все поверхні окремих елементів металевих деталей і екранів осередків виконуються чистими і гладкими і не повинні мати шорсткостей і задирок. Обов'язковість виконання цих вимог диктується тим, що бруд, пил, металеві частинки також створюють місцеві напруженості електричного поля, а при цьому погіршується електрична міцність елегазової ізоляції.
Висока електрична міцність елегазу дозволяє скоротити ізоляційні відстані при невеликому робочому тиску газу, в результаті цього зменшується маса і габарити електротехнічного обладнання. Це, в свою чергу, дає можливість зменшити габарити осередків КРПЕ, що дуже важливо, наприклад, для умов півночі, де кожен кубічний метр приміщення коштує дуже дорого.
Висока діелектрична міцність елегазу забезпечує високу ступінь ізоляції при мінімальних розмірах і відстанях, а хороші здатність гасіння дуги і охлаждаемость елегазу збільшують здатність, що 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 хімічній стійкості, негорючості, пожежної безпеки і більшої охолоджуючої здатності 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 в залежності від температури
Для роботи елегазового обладнання при мінусовій температурі мінус 40 гр. З необхідно, щоб тиск елегазу в апаратах не перевищувало 0,4 МПа при щільності не більше 0,03 г / см3.
При підвищенні тиску елегаз зріджуватиметься при більш високій температурі. тому для підвищення надійності роботи електрообладнання 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 кілька разів більше, ніж повітря. Це пояснюється складом плазми і температурної залежністю теплоємності, тепло- і електропровідності.
У той же час утворюється в дузі елегазу атомарна сірка з низьким потенціалом іонізації сприяє такій 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 збільшується. Такі процеси зменшують напругу і опір палаючої дуги в елегазі на 20 - 30% в порівнянні з дугою в повітрі аж до температур порядку 12 000 - 8000 К. При подальшому зниженні температури плазми (до 7000 К і нижче) концентрація електронів в ній зменшується, в внаслідок електрична провідність плазми падає.
При температурах 6000 К сильно зменшується ступінь іонізації атомарної сірки, посилюється механізм захоплення електронів вільним фтором, нижчими фторидами і молекулами елегазу.
При температурах порядку 4000 К дисоціація молекул закінчується і починається рекомбінація молекул, щільність електронів ще більше зменшується, так як атомарна сірка хімічно з'єднується з фтором. У цій області температур теплопровідність плазми ще значна, йде охолодження дуги, цьому сприяє також видалення вільних електронів з плазми за рахунок захоплення їх молекулами елегазу і атомарним фтором. Електрична міцність проміжку поступово збільшується і в кінцевому рахунку відновлюється.
Наростання електричної міцності елегазу (1) і повітря (2)
Така стабільність горіння дуги в елегазі до мінімальних значень струму при відносно низьких температурах призводить до відсутності зрізів струму і великих перенапруг при гасінні дуги.
В повітрі електрична міцність проміжку в момент проходження струму дуги через нуль більше, але через велику постійної часу дуги у повітря швидкість наростання електричної міцності після проходження значення струму через нуль менше.