اليجاس وخصائصها

غاز SF6 - غاز كهربائي - هو سادس فلوريد الكبريت SF6 (ستة فلور) ... غاز SF6 هو العازل الرئيسي في عناصر الخلية المعزولة SF6.

عند ضغط العمل ودرجات الحرارة العادية ، غاز SF6 - غاز عديم اللون ، عديم الرائحة ، غير قابل للاشتعال ، أثقل بخمس مرات من الهواء (الكثافة 6.7 مقابل 1.29 للهواء) ، الوزن الجزيئي أيضًا 5 أضعاف وزن الهواء.

غاز SF6 لا يتقدم في العمر ، أي أنه لا يغير خصائصه بمرور الوقت ؛ يتحلل أثناء التفريغ الكهربائي ، لكنه يتحد بسرعة ، ويستعيد قوته العازلة الأصلية.

عند درجات حرارة تصل إلى 1000 كلفن ، يكون غاز SF6 خاملًا ومقاومًا للحرارة ، حتى درجات حرارة تصل إلى حوالي 500 كلفن ، فهو غير نشط كيميائيًا وليس عدوانيًا تجاه المعادن المستخدمة في بناء مجموعة المفاتيح الكهربائية SF6.

في المجال الكهربائي ، يمتلك غاز SF6 القدرة على التقاط الإلكترونات ، مما ينتج عنه قوة عازلة عالية لغاز SF6. من خلال التقاط الإلكترونات ، يشكل غاز SF6 أيونات منخفضة الحركة يتم تسريعها ببطء في مجال كهربائي.

يتحسن أداء غاز SF6 في مجال موحد ، لذلك ، من أجل الموثوقية التشغيلية ، يجب أن يضمن تصميم العناصر الفردية للمفاتيح الكهربائية أكبر قدر من التوحيد والتجانس في المجال الكهربائي.

في مجال غير متجانس ، تظهر الفولتية الزائدة المحلية للحقل الكهربائي ، والتي تسبب تفريغ الهالة. تحت تأثير هذه التصريفات ، يتحلل سداسي فلوريد الكبريت ، مكونًا فلوريدات أقل (SF2 ، SF4) في البيئة ، والتي لها تأثير ضار على المواد الإنشائية. المفاتيح الكهربائية المعزولة بالغاز (GIS).

لتجنب التسربات ، تكون جميع أسطح العناصر الفردية للأجزاء المعدنية وشبكات الخلايا نظيفة وناعمة ويجب ألا تحتوي على خشونة ونتوءات. إن الالتزام بالوفاء بهذه المتطلبات تمليه حقيقة أن الأوساخ والغبار والجزيئات المعدنية تخلق أيضًا ضغوطًا محلية في المجال الكهربائي وبالتالي تتدهور قوة العزل الكهربائي لعزل SF6.

تسمح القوة العازلة العالية لغاز SF6 بتقليل مسافات العزل عند ضغط العمل المنخفض للغاز ، ونتيجة لذلك يتم تقليل وزن وأبعاد المعدات الكهربائية. وهذا بدوره يجعل من الممكن تقليل حجم المفاتيح ، وهو أمر مهم للغاية ، على سبيل المثال ، للظروف في الشمال ، حيث يكون كل متر مكعب من المباني باهظ الثمن.

توفر القوة العازلة العالية لغاز SF6 درجة عالية من العزل مع الحد الأدنى من الأبعاد والمسافات ، كما أن القدرة الجيدة على إطفاء القوس الكهربائي وقدرة التبريد لـ SF6 تزيد من قدرة كسر أجهزة التبديل وتقليل تسخين الأجزاء الحية.

يسمح استخدام غاز SF6 ، مع تساوي الشروط الأخرى ، بزيادة الحمل الحالي بنسبة 25٪ ودرجة الحرارة المسموح بها لملامسات النحاس حتى 90 درجة مئوية (في الهواء 75 درجة مئوية) بسبب المقاومة الكيميائية ، وعدم القابلية للاشتعال ، والسلامة من الحرائق وقدرة تبريد أكبر لغاز SF6.

من عيوب سداسي فلوريد الكبريت انتقاله إلى الحالة السائلة عند درجات حرارة عالية نسبيًا ، مما يحدد متطلبات إضافية لنظام درجة حرارة معدات سداسي فلوريد الكبريت قيد التشغيل. يوضح الشكل اعتماد حالة غاز SF6 على درجة الحرارة.

رسم بياني لحالة غاز SF6 مقابل درجة الحرارة

لتشغيل معدات SF6 عند درجات حرارة سالبة ناقص 40 جرام من الضروري ألا يتجاوز ضغط غاز SF6 في الجهاز 0.4 ميجا باسكال بكثافة لا تزيد عن 0.03 جم / سم 3.

مع زيادة الضغط ، يتحول غاز SF6 إلى سائل عند درجة حرارة أعلى. لذلك ، من أجل تحسين موثوقية المعدات الكهربائية عند درجات حرارة تقارب 40 درجة مئوية تحت الصفر ، يجب تسخينها (على سبيل المثال ، يتم تسخين خزان قاطع الدائرة سداسي فلوريد الكبريت إلى 12 درجة مئوية لتجنب تمرير غاز سداسي فلوريد الكبريت إلى سائل ولاية).

سعة القوس لغاز SF6 ، مع تساوي الأشياء الأخرى ، أكبر بعدة مرات من قدرة الهواء. ويفسر ذلك بتكوين البلازما والاعتماد على درجة حرارة السعة الحرارية والحرارة و التوصيل الكهربائي.

في حالة البلازما ، تتفكك جزيئات SF6. عند درجات حرارة تصل إلى 2000 كلفن ، تزداد السعة الحرارية لغاز SF6 بشكل حاد بسبب تفكك الجزيئات. لذلك ، فإن الموصلية الحرارية للبلازما في نطاق درجة الحرارة 2000 - 3000 كلفن أعلى بكثير (بأمرين من حيث الحجم) من تلك الخاصة بالهواء. عند درجات حرارة تصل إلى 4000 كلفن ، ينخفض ​​تفكك الجزيئات.

في الوقت نفسه ، يساهم الكبريت الذري ذو جهد التأين المنخفض المتشكل في قوس SF6 في تركيز الإلكترونات الكافي للحفاظ على القوس حتى عند درجات حرارة تصل إلى 3000 كلفن مع زيادة درجة الحرارة بشكل أكبر ، تنخفض موصلية البلازما ، تصل إلى الموصلية الحرارية للهواء ثم تزداد مرة أخرى. تقلل مثل هذه العمليات الجهد ومقاومة القوس المحترق في غاز SF6 بنسبة 20-30 ٪ مقارنة بالقوس في الهواء إلى درجات حرارة تتراوح بين 12000 و 8000 كلفن. ونتيجة لذلك ، تنخفض الموصلية الكهربائية للبلازما.

عند درجات حرارة 6000 كلفن ، يتم تقليل درجة تأين الكبريت الذري بشكل كبير ويتم تحسين آلية التقاط الإلكترون بواسطة الفلور الحر والفلوريد المنخفض وجزيئات SF6.

عند درجات حرارة تبلغ حوالي 4000 كلفن ، ينتهي تفكك الجزيئات ويبدأ إعادة تكوين الجزيئات ، تنخفض كثافة الإلكترون أكثر عندما يتحد الكبريت الذري كيميائيًا مع الفلور. في نطاق درجة الحرارة هذا ، لا تزال الموصلية الحرارية للبلازما مهمة ، ويتم تبريد القوس ، ويتم تسهيل ذلك أيضًا عن طريق إزالة الإلكترونات الحرة من البلازما بسبب التقاطها بواسطة جزيئات SF6 والفلور الذري. تزداد القوة العازلة للفجوة تدريجياً وتتعافى في النهاية.

تكمن إحدى سمات إطفاء القوس في غاز SF6 في حقيقة أنه عند تيار قريب من الصفر ، لا يزال قضيب القوس الرفيع محتفظًا به ويتقطع في اللحظة الأخيرة من عبور التيار عبر الصفر.بالإضافة إلى ذلك ، بعد مرور التيار عبر الصفر ، يبرد عمود القوس المتبقي في غاز SF6 بشكل مكثف ، بما في ذلك بسبب الزيادة الأكبر في السعة الحرارية للبلازما عند درجات حرارة تصل إلى 2000 كلفن ، وتزداد قوة العزل بسرعة .

زيادة القوة العازلة لغاز SF6 (1) والهواء (2)

ينتج عن هذا الاستقرار في احتراق القوس في غاز SF6 إلى القيم الحالية الدنيا عند درجات حرارة منخفضة نسبيًا غياب الانقطاعات الحالية والجهد الزائد الكبير أثناء تبريد القوس.

في الهواء ، تكون القوة العازلة للفجوة في اللحظة التي يتقاطع فيها تيار القوس مع الصفر أكبر ، ولكن نظرًا للثابت الزمني الكبير للقوس في الهواء ، يكون معدل زيادة قوة العزل بعد أن يتقاطع التيار مع الصفر أقل.