Отключение в элегазе (среда SF6)
Шестрифтористая сера (SF6) - это газ, обладающий многочисленными ценными химическими и диэлектрическими свойствами. Технология отключения в этом газе, также как и метод отключения в вакууме, была разработана в 70-е годы.
Свойства элегаза
■ Химические свойства
Это незагрязняющий газ, бесцветный, без запаха, не воспламеняющийся и нетоксичный в чистом виде. Не растворяется в воде.
Элегаз химически инертный характеризуется тем, что его молекула имеет все насыщенные химические связи и большую энергию диссоциации (+1096 кДж/моль), а также обладает высокой способностью отвода тепла, создаваемого дугой (повышенная энтальпия). Во время возникновения электрической дуги элегаз, под действием температуры, которая может достигать 15 000 - 20 000 К, разлагается. Это разложение может носить почти обратимый характер: при уменьшении тока температура понижается, и при этом ионы и электроны рекомбинируются, чтобы составить молекулу элегаза. В результате разложения элегаза при наличии примесей, например, диоксида серы или четырехфтористого углерода, образуется небольшое количество побочных продуктов. Эти побочные продукты остаются в колбе и очень легко поглощаются активными элементами, например, алюмосиликатом, которые часто помещаются в корпус выключателя.
В отчете МЭК 61634 об использовании элегаза в выключателях указаны типовые значения содержания побочных продуктов, обнаруженных после нескольких лет эксплуатации оборудования. Выявленные количества по- прежнему остаются незначительными и не представляют опасности для людей и окружающей среды: воздух (несколько пропромилле об.), CF4 ( 40 - 600 пропромилле об.), SOF2 и SO2F2 (в незначительном количестве).
■ Физические свойства
Тепловые свойства
Удельная теплопроводность элегаза эквивалента удельной теплопроводности воздуха, но исследование этой характеристики элегаза при высоких температурах показало, что имеется пик температуры диссоциации элегаза (см. рис. 30).
Рис. 30 : Кривая удельной теплопроводности элегаза в зависимости от температуры
Диэлектрические свойства
Элегаз обладает очень высокой электрической прочностью благодаря крайне электроотрицательным свойствам фтора (см. рис. 21):
Время жизни свободных электронов фтора остается очень коротким, и они образуют с молекулами элегаза малоподвижные тяжелые ионы. Таким образом, вероятность возникновения лавинного электрического пробоя замедляется.
В среде элегаза постоянная времени деионизации имеет чрезвычайно малое значение, порядка 0,25 мкс (см. рис. 19).
Механизм отключения в элегазе
Рис. 31 : Кривая распределения температуры дуги в цилиндрической трубке, наполненной элегазом
■ Электрическая дуга в элегазе
Изучение ее тепловых характеристик позволяет сделать вывод, что электрическая дуга образуется диссоциированной плазмой элегаза, имеет цилиндрическую форму, состоит из центрального узкого цилиндра с очень высокой температурой, обусловленной током отключения, который окружен оболочкой из более холодного газа. Центральная часть и оболочка разделены термической площадкой, зависящей от температуры диссоциации молекулы. При значениях, близких к 2000 С, эта термическая площадка остается неизменной, в то время как сила тока изменяется (см. рис. 31). В течение этого периода горения дуги суммарная сила тока передается через центральную часть дуги, так как температура термической площадки меньше минимальной температуры ионизации, и внешняя оболочка остается изолирующей. Характеристические величины дуги зависят от того, какой тип отключения используется (автокомпрессия, вращающаяся дуга, саморасширение), и указаны в параграфах, касающихся каждого из этих типов отключения.
Прохождение тока через нуль
С уменьшением тока температура центрального столба дуги понижается, в результате чего электрическая проводимость также начинает уменьшаться. При подходе тока к нулю возникает интенсивный теплообмен между оболочкой и центральной частью. Центр дуги исчезает, вызывая исчезновение проводимости при очень малой постоянной времени (0,25 мкс), но которая не является достаточной для отключения тока высокой частоты (нет повторного зажигания).
