ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОЦЕССОВ ГАШЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ В ДУГОГАСИТЕЛЯХ
ЭЛЕГАЗОВЫХ (SF6) ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ
6-1. ВВОДНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ
Современные исследования и новые разработки в области высоковольтной аппаратуры характеризуются поиском и применением качественно новых решений в создании новых конструкций выключателей переменного тока высокого напряжения, отличающихся более компактными конструктивными формами и в полной мере отвечающих высоким требованиям современной энергетики. Одним из перспективных направлений в решении этой задачи является применение дугогасящих сред, более эффективных по сравнению с применяемыми ранее (сжатый воздух, масло и др.).
В этом отношении одной из перспективных сред является элегаз (шестифтористая сдэа SF6), который благодаря удачному сочетанию в нем относительно высокой электрической прочности и высокой дугогасящей способности время находит все более широкое применение в электроаппаратостроении и технике высоких напряжений. Первые исследования свойств элегаза как изолирующей среды для электротехнических устройств относятся к 1937—1949 гг. [100].
Первый опыт практического применения элегаза как дугогасящей среды в выключающих аппаратах высокого напряжения относится к 1953 г.
В настоящее время опытные и промышленные образцы и серии элегазовых выключателей переменного тока высокого напряжения производятся у нас и за рубежом различными фирмами, характеристики этих аппаратов приведены в табл. 6-1.
Следует при этом заметить, что опыт применения элегаза в выключателях тока еще мал, некоторые вопросы исследования, например, процессов гашения дуги в дугогасителях с элегазом и тем более расчета таких устройств требуют дальнейшего развития. Однако результаты работы в этой области, полученные за последние годы, позволяют более детально представить свойства элегаза как дугогасящей среды и установить характеристики процессов гашения дуги, которые могут быть использованы в практических разработках.
Таблица 6-1
Технические данные элегазовых выключателей
6-1 СВОЙСТВА ЭЛЕГАЗА
Шестифтористая сера (SF6) — элегаз, относящийся к числу «электроотрицательных» газов, получивших такое название из-за способности их молекул захватывать свободные электроны, превращаясь в. тяжелые и относительно малоподвижные отрицательно заряженные ионы. Элегаз при нормальной температуре (20° С) и давлении (760 мм рт. ст.) представляет собой газ без цвета и запаха. Типичные физические свойства элегаза и для сравнения свойства других газов приведены в табл. 6-2.
Изменение давления насыщенных паров элегаза в зависимости от температуры представлено па рис. 6-1. Из этих данных видно, что при атмосферном давлении и при температуре —64° С элегаз переходит в жидкое состояние, при повышении давления примерно до 2,2 бар это состояние наступает при —51° С, а при 37 бар элегаз переходит в жидкое состояние при 45,5° С.
Уравнение состояния для элегаза имеет следующий вид [122]:
где А, В, С и D — коэффициенты, численные значения которых приведены в табл. 6-3.
Элегаз практически не растворяется в воде и в трансформаторном масле..
Чистый элегаз негорюч, нагревостоек до 800° С. По химическим свойствам элегаз является инертным газом при температуре менее 800° С, Далее, при температуре красного каления он не вступает в реакцию с кислородом, водородом, алюминием, расплавленными щелочами и большинством "активных веществ. Однако уже при температуре 150—200° С необходимо внимательно подходить к выбору материалов, работающих в элегазе.
Таблица 6-2
Рис. 6-1. Зависимость давления насыщенных паров элегаза от температуры
а —тройная точка (& = — 51° С) ; Ь — точка сублимации (0 = —64° С)
Типичные свойства элегаза и других газов при давлении 760 мм pm. ст.
Газ и его формула
Рекомендуются следующие металлы и сплавы: фосфористая бронза, бериллиевая бронза, алюминий, магний, серебро, никель, медь и латунь. Металлы и сплавы, содержащие кремний, не рекомендуются, в особенности при высоких температурах.
Под влиянием дуги или короны происходит разложение элегаза с образованием химически активных соединений, которые могут вызывать разрушение изоляционных и конструкционных материалов. Поэтому не следует допускать образования короны или дуги в аппарате, если это происходит не в дугогасителе, где предусмотрено их действие.
Степень разложения элегаза под действием электрической дуги в дугогасителе, являясь функцией энергии дуги, относительно низка из-за того, что большое количество разложившегося газа немедленно восстанавливается в элегазе. Газообразными продуктами разложения являются обычно низкие фториды серы, например SF2 и SF4. Хотя эти газы сами по себе не токсичны, но являются неустойчивыми и легко гидролизуются при соприкосновении с влагой воздуха, образуя двуокись серы и фтористоводородную кислоту.
Количество продуктов разложения, образовавшихся во время горения дуги, может быть сведено к минимуму при применении чистого элегаза. Кроме
того, небольшое количество Таблица 6-3 активированного алюминия, помещенное в камеру дугогасителя, не только поглощает токсичные газообразные продукты разложения, но также поглощает из газа и влагу. Боязнь возможного корродирующего действия продуктов разложения являлась до некоторой степени препятствием к применению элегаза для гашения дуги, однако эффективная герметизация выключателя и применение активированного алюминия сделали эту проблему менее серьезной, чем она представлялась.
Кроме активных газов, во время горения дуги в результате реакции с парами материалов контактов и электродов дугогасителя образуются металлические фториды в виде тонкого порошка. Эти фториды обладают очень низкой электропроводностью, поэтому наличие осадка их на изолирующих поверхностях во внутренней полости камеры не снижает заметно уровня электрической изоляции устройства; однако образование фторидов все же необходимо учитывать при конструировании аппарата.
Полное отсутствие углерода в элегазе в отличие от фторуглеводородиых газов является его важным преимуществом как дугогасящей среды, поскольку при разложении элегаза под влиянием дуги в нем отсутствует элементарный углерод, который ухудшает условия гашения дуги.
