Высоковольтные выключатели переменного тока - Состав и свойства плазмы ствола дуги в элегазе

6-3. СОСТАВ И ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ПЛАЗМЫ СТВОЛА ДУГИ В ЭЛЕГАЗЕ
Результаты исследования электрических дуг указывают на значительную разницу между дугами в элегазе и, например, в азоте или в воздухе, а также на значительно превосходящую дугогасящую способность элегаза при электродуговых размыканиях в цепях переменного тока высокого напряжения. Это объясняется главным образом составом плазмы и отчасти тем, что температурная зависимость удельной теплопроводности и электропроводности плазмы элегаза имеет своеобразный характер.
численные значения коэффициентов

При разложении многокомпонентной молекулы элегаза создаются низшие фториды серы SF2, SF4> атомы фтора и серы. Наряду с этим может также происходить рекомбинация и образование S2 и F2. Весьма существенным является образование отрицательных ионов фтора F~ за счет захвата (прилипания) электрона, что обусловлено высокой энергией сродства атома фтора к электрону (3,94 эв).
Таким образом, плазма дуги в элегазе может состоять из SFe, S2, S, F,. S+, F+, F~
Из приведенного видно, что в отличие от простых газов плазма дуги в элегазе отличается сложным составом, образование и рекомбинация отдельных компонент с изменением температуры осложняются из-за диссоциации многоатомных молекул и образования отрицательных ионов.

Рис. 6-3. Зависимость концентрации ионов фтора от температуры
На рис. 6-2 [123] приведены данные о составе плазмы, т. е. парциальная , концентрация отдельных компонент в зависимости от температуры. Как видно из рисунка, реакция диссоциации происходит быстро и при сравнительно низкой температуре (2100°К).

Рис. 6-2. Изменение состава плазмы элегаза в зависимости от температуры
При 3000—4000° К плазма состоит из атомов фтора и серы, атом фтора ионизируется при более высокой температуре, чем атом серы. Степень ионизации этих компонент становится равной при достаточно высокой температуре (17000°К). Поэтому в пределах этой температуры в ряде основных характеристик плазмы основное значение имеет составляющая, обусловленная ионизацией атома серы.
При относительно низких температурах концентрация электронов сильно уменьшается из-за образования малоподвижных отрицательных ионов фтора. Например, при 2500° К концентрация электронов уменьшается до величины 1,4440і0 —3,8-10е 1 /см*.
Об относительной концентрации отрицательных ионов фтора можно судить по кривым рис. 6-3 (по отношению к концентрации элегаза, принятой за единицу).
Составом плазмы элегаза определяют и основные ее характеристики.
На рис. 6-4 даны кривые удельной теплоемкости плазмы элегаза и воздуха в зависимости от температуры [117]. В области температуры диссоциации (2100° К) происходит значительный рост удельной теплоемкости плазмы элегаза, величина «пика» при этой температуре намного (на два порядка) превосходит «пик» кривой теплоемкости плазмы воздуха при температуре 7000° К-
Данные о теплопроводности (общей) плазмы элегаза и азота в зависимости от температуры представлены на рис. 6-5. Из приведенной  кривой Я=/(Г) видно, что в области температур диссоциации (2100° К) удельная теплопроводность плазмы элегаза резко возрастает и затем так же резко падает (подобно температурному изменению теплоемкости — рис. 6-4) из-за быстрой диссоциации молекул. При дальнейшем увеличении температуры теплопроводность

Рис. 6-5. Удельная теплопроводность плазмы элегаза и азота в зависимости от температуры
несколько увеличивается. Это объясняется тем, что роль ионизации серы в энергетическом балансе, а следовательно, в теплоемкости и теплопроводности очень мала, поэтому некоторое увеличение ср и % наблюдается при температуре
8000—12 000° К, когда начинают развиваться процессы ионизации фтора (см. рис. 6-2).
* В рассматриваемых узких пределах температур (2000—2500° К) может быть принято приближенное соотношение [117] между удельной теплоемкостью и удельной теплопроводностью плазмы Ср1к=* —const.
В отличие от теплопроводности элегаза теплопроводность плазмы азота резко увеличивается в области температур 6000—8000° К, при этом величина «пика» у азота больше (в 1,5 раза),чем у элегаза.
Удельная электропроводность плазмы элегаза и азота в зависимости от температуры о=/(Г) представлена на рис. 6-6. Как видно из приведенных данных, в области температур   3000— 4000° К с увеличением температуры в плазме элегаза происходит резкое (сну- ля) увеличение ее удельной электропроводности.

Рис. 6-4. Удельная теплоемкость плазмы элегаза *

Рис. 6-6. Удельная электропроводность плазмы элегаза и азота в зависимости- от температуры
Это объясняется, с одной стороны, тем, что при более низких (Г 4000ОК) температурах концентрация электронов мала (см. рис. 6-3 и 6-4) вследствие явления захвата электронов атомами фтора, а с другой стороны, тем, что при более высоких температурах (т. с. при Г>4000°К) электропроводность" сильно возрастает благодаря низкому потенциалу ионизации серы и СВязан-
ному с этим образованию большого числа электронов при такой температуре. Электропроводность плазмы элегаза в этой области температур выше, чем у плазмы азота. В области более высоких температур (10000 К и выше) в плазме элегаза все атомы серы становятся ионизированными, фтор имеет- более высокий потенциал ионизации, следовательно, с повышением температуры концентрация электронов не может увеличиваться в такой же мерс, как в области более низких температур. Поэтому электропроводность плазмы элегаза в области высоких температур становится сравнимой с электропроводностью плазмы азота и даже равной ей.
Из сопоставления приведенных данных следует, что в плазме элегаза температура, соответствующая началу резкого нарастания удельной электропроводности (около 4000°К), существенно выше температуры диссоциации, при которой теплопроводность плазмы достигает максимума. Такое «несоответствие» температур может в определенной степени влиять на ход процессов теплообмена между стволом дуги и окружающей средой.