Поиск по сайту
Начало >> Книги >> Оборудование >> Элегазовые выключатели распредустройств высокого напряжения

Свойства элегаза - Элегазовые выключатели распредустройств высокого напряжения

Оглавление
Элегазовые выключатели распредустройств высокого напряжения
Характеристики дугового разряда
Элегаз и его применение в электрооборудовании
Свойства элегаза
Обзор элегазового коммутационного оборудования
Использование и обращение с элегазом
Элегазовые выключатели
Выключатели Элтек
Выключатели VF ABB
Выключатели HB Merlin Gerin
Выключатели Siemens
Выключатели NXA-24
Приборы для обеспечения работы элегазовых выключателей
Техника безопасности при эксплуатации элегазовых выключателей
2.2. ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЭЛЕГАЗА
2.2.1 Физические свойства элегаза
SF6 - один из самых тяжёлых известных газов (см. табл. 2.1).

  1. Основные физические свойства SF6 при атмосферном давлении и температуре 25°C

Плотность

6,14 кг/м

Теплопроводность

0,0136 Вт/мК

Критическая точка:

  1. температура
  2. плотность
  3. давление

45,55 °С 730 кг/м3 3,78 МПа

Скорость распространения звука

136 м/с

Показатель преломления

1,000783

Теплота образования

-1221,66 кДж

Удельная теплоёмкость

96,6 Дж/моль-К

Его плотность при 20 °С и 0,1 МПа (т.е. при атмосферном давлении) равна 6,139 кг/м3, что почти в пять раз выше, чем у воздуха. Его молекулярная масса составляет 146,06. Он является бесцветным и не имеет запаха. SF6 может находиться в жидком состоянии только при повышенном давлении. Элегаз до температуры, приблизительно равной 1200 К, ведёт себя как идеальный газ.
Объёмная удельная теплоёмкость SF6 в 3,7 раза больше, чем у воздуха. Это имеет важные последствия для уменьшения эффекта нагрева в электрическом оборудовании.
Теплопроводность SF6 ниже, чем у воздуха, но его полная теплоотдача, в особенности если учитывается конвекция, очень хорошая, как у водорода и гелия, и выше, чем у воздуха. При высоких температурах кривая теплопроводности SF6 (см. рис. 2.2) демонстрирует одно исключительное качество этого газа, которое позволяет использовать его для гашения дуги путём теплопередачи.
Пик теплопроводности соответствует температуре распада молекулы SF6 при 2100.2500 К. В процессе распада поглощается значительное количество теплоты, испускаемой при преобразовании молекул на периферии дуги, ускоряя теплообмен между горячими и более холодными областями.
Превосходные диэлектрические свойства SF6 происходят вследствие электроотрицательного типа его молекулы. Газ имеет явную тенденцию к захвату свободных электронов, образуя малоподвижные тяжёлые ионы, вследствие чего развитие электронных лавин становится очень трудным.
Диэлектрическая прочность SF6 приблизительно в 2,5 раза выше, чем у воздуха при тех же условиях.
Теплопроводность SF6 и азота
Рис. 2.2. Теплопроводность SF6 и азота
Преимущество SF6 как диэлектрика по сравнению с азотом хорошо заметно на рис. 2.3.
Для неоднородных цепей (см. рис. 2.4) номинальное напряжение пробоя получается при давлении приблизительно равном 0,2 МПа.

Вследствие низкой температуры распада и высокой энергии распада SF6 является идеальным газом

Произведение pd: р: давление (МПа)
d: расстояние между электродами (10'3 м)
Рис. 2.3. Напряжение пробоя как функция произведения pd между двумя сферами диаметром 50 мм

Рис. 2.4. Напряжение пробоя как функция давления для неоднородного электрического поля
для гашения дуги.
Когда электрическая дуга охлаждается в SF6, она остаётся проводящей до относительно низкой температуры, таким образом, минимизируя прерывание тока перед переходом через ноль, и тем самым, избегая высоких перенапряжений.
Скорость звука в SF6 в три раза меньше скорости звука в воздухе, вследствие чего SF6 является хорошим акустическим изолятором.

2.2.2. Химические свойства элегаза

Гексафторид серы полностью удовлетворяет требованиям к валентности серы. Шесть связей являются ковалентными, что объясняет исключительную стабильность этого соединения.
SF6 можно нагреть без его распада до 500 °С в отсутствии каталитических металлов. SF6 не воспламеняется. Водород, хлор и кислород не оказывают никакого воздействия на этот газ. SF6 не растворяется в воде. Кислоты не оказывают никакого воздействия на этот газ.
В чистом состоянии SF6 нетоксичен, что регулярно подтверждается на новом газе перед его поставкой. Для проверки в атмосферу, состоящую на 80 % из SF6 и на 20 % из кислорода, помещают мышей - биологическое исследование, разрешённое Международной электротехнической комиссией МЭК 376.
В электрической дуге температура может достигать 15000 K и выше, и малая часть SF6 при этом распадается. Продукты распада формируются при следующих условиях:

  1. электрическая дуга, образующаяся при расхождении контактов, обычно состоящих из сплавов на основе вольфрама, меди и никеля, содержащих остаточные количества кислорода и водорода;
  2. такие примеси в SF6, как воздух, CF4 и водяной пар;
  3. изолирующие компоненты, включающие пластмассы на основе углерода, водорода и диоксида кремния;
  4. другие металлические или неметаллические материалы, из которых произведено оборудование.

Вышесказанное объясняет, почему твёрдые и газообразные продукты распада содержат (помимо
фтора и серы) такие элементы как углерод, кремний, кислород, водород, вольфрам, медь и т.д.
Основные газообразные побочные продукты, идентифицированные в лабораториях, исследующих данный вопрос, объединяющих хроматографию газовой фазы с масс-спектрометрией, следующие:

  1. фтористоводородная кислота - HF;
  2. диоксид углерода - CO2;
  3. диоксид серы - SO2;
  4. тетрафторид углерода - CF4;
  5. тетрафторид кремния - SiF4;
  6. фторид тионила - SOF2;
  7. фторид двуокиси серы - SO2F2;
  8. дисерный декафторид - S2F10;
  9. тетрафторид серы - SF4.

Некоторые из этих побочных продуктов могут быть токсичными, но большинство из них очень легко адсорбируется такими материалами, как активированный оксид алюминия или молекулярные сетки. Некоторые побочные продукты образуются в чрезвычайно малых количествах (S2F10).
Если адсорбент (молекулярная сетка или активированный оксид алюминия) присутствует в оборудовании в достаточном количестве, то уровень коррозии из-за продуктов распада элегаза (фтористоводородной кислоты, в частности) является очень невысоким, а то и вообще незначительным.
Причина этого в том, что адсорбенты действуют настолько быстро, и эффективно, что коррозийные газы не успевают реагировать с другими присутствующими материалами.
Рисунок 2.5 с помощью хроматограммы показывает эффективность применения адсорбента в виде молекулярной сетки при анализе газа, взятого с опытного контакта без использования адсорбента (рис.2.5 а) и с использованием молекулярной сетки (рис. 2.5, б) взятого с такого же контакта, подвергнутого таким же электрическим воздействиям.


Рис. 2.5. Анализ газов, взятых из оборудования
Таблица 2.2 позволяет сравнить количества газообразных продуктов распада для этих случаев. Эффективность применения адсорбентов очевидна.
Чистый SF6 нетоксичен и биологически нейтрален. Испытания, проведённые на животных, показали, что при наличии газа SF6 в концентрации до 80 и 20 % кислорода неблагоприятные эффекты отсутствуют.
Несмотря на то, что вдыхаемый воздух может содержать высокую концентрацию SF6, на здоровье это практически не влияет.

Таблица 2.2 Результаты анализа SF6 в выключателях с использованием молекулярной сетки и без неё

Газ

Без адсорбента, %

С адсорбентом (молекулярной сеткой) (%)

Воздух

0,17

0,03

CF4

2,83

2,80

SiF4

2,88

0,25

CO2

0,24

-

SF6

остаток

остаток

SO2F2

0,12

-

SOF2

3,95

небольшое количество

H2O + HF

0,20

0,05

SO2

2,90

небольшое количество

Максимальная концентрация газа в производственных помещениях, где рабочие находятся до восьми часов в день пять раз в неделю, не должна превышать 6000 мг/м3. Данное предельное пороговое значение (TLV) обычно используется для безопасных газов, обычно не присутствующих в атмосфере.
Чистый SF6 не оказывает какого-либо вредного воздействия на окружающую среду, мутагенного или канцерогенного влияния на здоровье. Поэтому при работе с новым SF6 достаточно принять процедуры, гарантирующие, что указанная максимальная концентрация не превышена.
Вследствие производственного процесса, серийно выпускаемый SF6 содержит некоторое количество примесей, разрешённые уровни которых установлены в стандарте Международной электротехнической комиссией МЭК 376.
Уровни риска здоровью человека, оказываемого используемым SF6, зависит от ряда факторов:

  1. степени распада SF6 и типов присутствующих продуктов распада;
  2. растворения используемого SF6 в окружающей среде;
  3. времени, в течение которого человек находится в среде, содержащий использованный SF6.

Потенциально токсичным газам присваивается величина, известная как TL V, которая выражает их
концентрацию в воздухе. TLV- средневзвешенная во времени концентрация, безвредная для здоровья при нахождении в ней в течение 8 часов в день и 40 часов в неделю.
Несмотря на то, что используемый SF6 содержит многокомпонентную смесь химических веществ, как было показано выше, один конкретный элемент доминирует по определению токсичности. Это газообразный продукт распада фторид тионила SOF2.
Доминирование этого компонента следует из его высокой нормы выработки (образованный объём в литрах на энергию дуги в килоджоулях) по сравнению с нормами выработки других продуктов распада в сочетании с его уровнем токсичности.
TLVдля SOF2 составляет 9,6 мг/м3. SOF2 может далее реагировать с водой, приводя к образованию диоксида серы SO2 и фтористоводородной кислоты HF. Их воздействие подобно воздействию SOF2 вследствие сходной концентрации и значений TL V
Продукты распада - фторид тионила SOF2 и серный фторид SO2F2 - являются самыми широко распространёнными продуктами распада в результате дуги в SF6, при этом последний продукт считается наиболее ядовитым.



 
« Эксплуатация распределительных устройств   Элегазовый генераторный выключатель 10кВ »
Карта сайта + все метки | Контакты
© Электроэнергетика При перепечатке и цитировании активная гиперссылка на сайт обязательна.