Elegas และคุณสมบัติของมัน

ก๊าซ SF6 — ก๊าซไฟฟ้า — คือซัลเฟอร์เฮกซาฟลูออไรด์ SF6 (หกฟลูออรีน)… ก๊าซ SF6 เป็นฉนวนหลักในองค์ประกอบเซลล์ที่หุ้มฉนวน SF6

ที่ความดันใช้งานและอุณหภูมิปกติ ก๊าซ SF6 — ก๊าซไม่มีสี ไม่มีกลิ่น ไม่ติดไฟ หนักกว่าอากาศ 5 เท่า (ความหนาแน่น 6.7 เทียบกับ 1.29 สำหรับอากาศ) น้ำหนักโมเลกุลยังเป็น 5 เท่าของอากาศ

ก๊าซ SF6 ไม่แก่ นั่นคือไม่เปลี่ยนคุณสมบัติเมื่อเวลาผ่านไป มันจะสลายตัวระหว่างการปล่อยกระแสไฟฟ้า แต่จะรวมตัวกันใหม่อย่างรวดเร็ว โดยได้ค่าความเป็นฉนวนเดิมกลับคืนมา

ที่อุณหภูมิสูงถึง 1,000 K ก๊าซ SF6 นั้นเฉื่อยและทนความร้อนได้ ที่อุณหภูมิสูงถึงประมาณ 500 K ก๊าซจะไม่ทำงานทางเคมีและไม่ลุกลามต่อโลหะที่ใช้ในการสร้างสวิตช์เกียร์ SF6

ในสนามไฟฟ้า ก๊าซ SF6 มีความสามารถในการจับอิเล็กตรอน ส่งผลให้ก๊าซ SF6 มีค่าความเป็นฉนวนสูง ด้วยการจับอิเล็กตรอน ก๊าซ SF6 จะสร้างไอออนที่มีการเคลื่อนที่ต่ำซึ่งจะถูกเร่งอย่างช้าๆ ในสนามไฟฟ้า

ประสิทธิภาพของก๊าซ SF6 ดีขึ้นในสนามที่สม่ำเสมอ ดังนั้นเพื่อความน่าเชื่อถือในการปฏิบัติงาน การออกแบบองค์ประกอบแต่ละส่วนของสวิตช์เกียร์ต้องรับประกันความสม่ำเสมอและความเป็นเนื้อเดียวกันของสนามไฟฟ้ามากที่สุด

ในสนามไฟฟ้าที่ไม่สม่ำเสมอ แรงดันไฟฟ้าเกินเฉพาะที่ของสนามไฟฟ้าจะปรากฏขึ้น ซึ่งทำให้เกิดการคายประจุของโคโรนา ภายใต้อิทธิพลของการปล่อยเหล่านี้ SF6 จะสลายตัว ก่อตัวเป็นฟลูออไรด์ที่ต่ำกว่า (SF2, SF4) ในสิ่งแวดล้อม ซึ่งมีผลเสียต่อวัสดุโครงสร้าง สวิตช์เกียร์หุ้มฉนวนก๊าซ (GIS) ที่สมบูรณ์

เพื่อหลีกเลี่ยงการรั่วไหล พื้นผิวทั้งหมดขององค์ประกอบแต่ละส่วนของชิ้นส่วนโลหะและตะแกรงของเซลล์ต้องสะอาดและเรียบ และไม่ควรมีความหยาบและขรุขระ ภาระผูกพันในการปฏิบัติตามข้อกำหนดเหล่านี้ถูกกำหนดโดยข้อเท็จจริงที่ว่าสิ่งสกปรก ฝุ่นละออง อนุภาคโลหะยังสร้างความเครียดเฉพาะที่ในสนามไฟฟ้า และทำให้ความเป็นฉนวนของฉนวน SF6 เสื่อมลง

ความเป็นฉนวนสูงของก๊าซ SF6 ช่วยลดระยะห่างของฉนวนที่แรงดันใช้งานต่ำของก๊าซ ซึ่งส่งผลให้น้ำหนักและขนาดของอุปกรณ์ไฟฟ้าลดลง ในทางกลับกันทำให้สามารถลดขนาดของสวิตช์ซึ่งมีความสำคัญมากเช่นสำหรับสภาพทางตอนเหนือซึ่งแต่ละห้องลูกบาศก์เมตรมีราคาแพงมาก

ความเป็นฉนวนสูงของก๊าซ SF6 ให้ความเป็นฉนวนในระดับสูงโดยมีขนาดและระยะห่างขั้นต่ำ และความสามารถในการดับอาร์กที่ดีและความสามารถในการระบายความร้อนของ SF6 จะเพิ่มความสามารถในการแตกหักของอุปกรณ์สวิตชิ่งและลด ทำความร้อนชิ้นส่วนที่มีชีวิต.

การใช้ก๊าซ SF6 ช่วยให้เงื่อนไขอื่น ๆ เท่ากันเพื่อเพิ่มโหลดปัจจุบัน 25% และอุณหภูมิที่อนุญาตของหน้าสัมผัสทองแดงสูงถึง 90 ° C (ในอากาศ 75 ° C) เนื่องจากทนต่อสารเคมี ไม่ติดไฟ ความปลอดภัยจากอัคคีภัย และความเย็นที่มากขึ้นของก๊าซ SF6

ข้อเสียของ SF6 คือการเปลี่ยนสถานะเป็นของเหลวที่อุณหภูมิค่อนข้างสูง ซึ่งกำหนดข้อกำหนดเพิ่มเติมสำหรับการควบคุมอุณหภูมิของอุปกรณ์ SF6 ในการทำงาน รูปแสดงการพึ่งพาสถานะของก๊าซ SF6 กับอุณหภูมิ

กราฟสถานะของก๊าซ SF6 เทียบกับอุณหภูมิ

สำหรับการทำงานของอุปกรณ์ SF6 ที่อุณหภูมิติดลบลบ 40 กรัม จำเป็นที่ความดันของก๊าซ SF6 ในเครื่องจะต้องไม่เกิน 0.4 MPa ที่ความหนาแน่นไม่เกิน 0.03 g / cm3

เมื่อความดันเพิ่มขึ้น ก๊าซ SF6 จะเหลวที่อุณหภูมิสูงขึ้น ดังนั้น เพื่อปรับปรุงความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์ไฟฟ้าที่อุณหภูมิประมาณลบ 40°C จะต้องทำให้ร้อน (เช่น อ่างเก็บน้ำของเบรกเกอร์ SF6 ถูกให้ความร้อนเป็นบวก 12°C เพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้ก๊าซ SF6 ผ่านเข้าไปในของเหลว สถานะ).

ความจุส่วนโค้งของก๊าซ SF6 หรือสิ่งอื่นๆ ที่เท่ากันนั้นมากกว่าของอากาศหลายเท่า สิ่งนี้อธิบายได้จากองค์ประกอบของพลาสมาและการขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของความจุความร้อน ความร้อน และ การนำไฟฟ้า.

ในสถานะพลาสมา โมเลกุล SF6 จะแตกตัว ที่อุณหภูมิ 2,000 K ความจุความร้อนของก๊าซ SF6 จะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเนื่องจากการแตกตัวของโมเลกุล ดังนั้นค่าการนำความร้อนของพลาสมาในช่วงอุณหภูมิ 2,000 — 3,000 K จึงสูงกว่าอากาศมาก (โดยสองลำดับความสำคัญ) ที่อุณหภูมิ 4,000 K การแยกตัวของโมเลกุลจะลดลง

ในเวลาเดียวกัน กำมะถันอะตอมที่มีศักยภาพในการแตกตัวเป็นไอออนต่ำซึ่งก่อตัวขึ้นในส่วนโค้ง SF6 ก่อให้เกิดความเข้มข้นของอิเล็กตรอนที่เพียงพอที่จะรักษาส่วนโค้งแม้ที่อุณหภูมิ 3000 K เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นอีก การนำไฟฟ้าในพลาสมาจะลดลง , ถึงการนำความร้อนของอากาศแล้วเพิ่มขึ้นอีกครั้ง กระบวนการดังกล่าวลดแรงดันไฟฟ้าและความต้านทานของส่วนโค้งการเผาไหม้ในก๊าซ SF6 ลง 20 — 30% เมื่อเทียบกับส่วนโค้งในอากาศจนถึงอุณหภูมิ 12,000 — 8,000 เค ส่งผลให้การนำไฟฟ้าของพลาสมาลดลง

ที่อุณหภูมิ 6,000 K ระดับการแตกตัวเป็นไอออนของอะตอมของกำมะถันจะลดลงอย่างมีนัยสำคัญ และกลไกการจับอิเล็กตรอนโดยฟลูออรีนอิสระ ฟลูออไรด์ที่ต่ำกว่า และโมเลกุล SF6 จะเพิ่มขึ้น

ที่อุณหภูมิประมาณ 4,000 K การแตกตัวของโมเลกุลสิ้นสุดลงและการรวมตัวกันใหม่ของโมเลกุลเริ่มต้นขึ้น ความหนาแน่นของอิเล็กตรอนจะลดลงมากยิ่งขึ้นเมื่ออะตอมของกำมะถันรวมตัวกันทางเคมีกับฟลูออรีน ในช่วงอุณหภูมินี้ การนำความร้อนของพลาสมายังคงมีความสำคัญ ส่วนโค้งถูกทำให้เย็นลง สิ่งนี้อำนวยความสะดวกโดยการดึงอิเล็กตรอนอิสระออกจากพลาสมาเนื่องจากการจับโดยโมเลกุล SF6 และฟลูออรีนอะตอม ความเป็นฉนวนของช่องว่างจะค่อยๆ เพิ่มขึ้น และฟื้นตัวในที่สุด

คุณลักษณะของการดับอาร์คในแก๊ส SF6 อยู่ที่ความจริงที่ว่า ณ กระแสที่ใกล้ศูนย์ แท่งอาร์คบาง ๆ จะยังคงรักษาอยู่และแตกออกในช่วงเวลาสุดท้ายของการข้ามของกระแสผ่านศูนย์นอกจากนี้ หลังจากกระแสผ่านศูนย์ คอลัมน์ส่วนโค้งที่เหลือในก๊าซ SF6 จะเย็นลงอย่างมาก รวมถึงเนื่องจากความจุความร้อนของพลาสมาที่เพิ่มขึ้นมากยิ่งขึ้นที่อุณหภูมิ 2,000 K และความเป็นฉนวนเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว .

การเพิ่มขึ้นของความเป็นฉนวนของก๊าซ SF6 (1) และอากาศ (2)

ความเสถียรของการเผาอาร์คในก๊าซ SF6 ไปจนถึงค่ากระแสต่ำสุดที่อุณหภูมิค่อนข้างต่ำส่งผลให้ไม่มีการหยุดชะงักของกระแสไฟฟ้าและแรงดันเกินขนาดใหญ่ระหว่างการดับอาร์ค

ในอากาศ ความเป็นฉนวนของช่องว่างในขณะที่กระแสอาร์คตัดกับศูนย์มีค่ามากกว่า แต่เนื่องจากค่าคงที่เวลามากของส่วนโค้งในอากาศ อัตราการเพิ่มขึ้นของความเป็นฉนวนหลังจากกระแสตัดผ่านศูนย์จะน้อยกว่า .