Свойства SF6 и его использование в коммутационном оборудовании среднего и высокого напряжения
Д. КОХ
В данном разделе представлены общие свойства элегаза (элегаза) и его побочных продуктов. Приводится краткая история использования элегаза в коммутационной аппаратуре. Обсуждается влияние SF6 на окружающую среду. Дается руководство для работы с элегазом и элегазовым оборудованием при нормальных и аномальных условиях эксплуатации.
Содержание данного документа основано на техническом отчете Международной электротехнической комиссии МЭК 1634 «Оборудование высокого напряжения - использование элегаза (SF6) в аппаратах высокого напряжения».
1. Введение
1.1. Краткая история использования SF6
Синтез гексафторида серы впервые был произведен в лабораториях Facufe de Pharmacie в Париже в 1900 г. учеными Муасаном и Лебо. Фтор, полученный электролизом, вступал во взаимодействие с серой, и в результате сильной экзотермической реакции получался достаточно устойчивый газ. Со временем были определены физические и химические свойства газа, опубликованные Придо (1906 г.), Шлумбом и Гемблом (1930 г.), Клеммом и Хенкелем (1932-35 г.г.) и Естом и Клауссоном (1933 г.). В их работах особенное внимание уделялось химическим и диэлектрическим свойствам газа. Первое исследование для целей промышленного применения было проведено компанией General Electric в 1937 г. Результаты этого исследования показали, что газ можно использовать в качестве изоляционной среды в электроэнергетике. В 1939 Томсон-Хьюстон запатентовал принцип применения элегаза для изоляции кабелей и конденсаторов. После Второй мировой войны различные публикации и способы применения газа стали быстро появляться один за другим:
1947 г.: работа по использованию элегаза для изоляции трансформаторов;
1948 г.: развитие промышленного производства SF6 в США в корпорацией Allied Chemical и компанией Pennsalt;
1960 г.: организация серийного производства SF6 для строительства электростанций в США и Европе, совпадающая с появлением первых элегазовых выключателей и коммутационных аппаратов высокого и сверхвысокого напряжения.
В компании Merlin Gerin исследовательская работа по использованию элегаза для изоляции и отключения цепей была начата примерно в 1955 г. Это совпадает с появлением первых промышленных изделий в США. Впервые промышленное применение газа было осуществлено компанией Merlin Gerin для сверхвысокого напряжения, затем для устройств среднего напряжения:
1964 г.: первая подстанция с элегазовой изоляцией заказана EDF и введена в эксплуатацию в районе Парижа в 1966 г.
1967 г.: FA-выключатель был введен в эксплуатацию и постепенно заменил оборудование на сжатом воздухе, которое прочно занимало свое положение во Франции и других странах в течение предыдущих 25 лет.
1971 г.: изменения в потребностях промышленности заставили компанию Merlin Gerin начать производство элегазового выключателя среднего напряжения Fluarc.
В последнее время газ SF6 был принят для использования в коммутационной аппаратуре среднего напряжения, ячейках SM6, контакторах и автоматических выключателей, охватывая все потребности распределения электроэнергии.
Рис. 1: Процесс производства SF6 путем непосредственного соединения. Цепь очистки необходима для получения газа высокой степени чистоты. Качество элегаза для поставки определяется Руководством Международной электротехнической комиссии МЭК376, в котором определены допустимые концентрации примесей
1.2. Производство SF6
Единственный используемый в настоящее время промышленный процесс производства использует синтез гексафторида серы, при котором фтор, полученный при электролизе, взаимодействует с серой согласно экзотермической реакции, выраженной формулой:
S + 3F2 = SF6 + 262 ккал
В течение этой реакции формируется некоторое количество других фторидов серы, например, SF4, SF2, S2F2, S2F10 , а так же примесей из-за присутствия влажности, воздуха и угольных анодов, используемых для электролиза фтора. Эти побочные продукты удаляются различными способами очистки (см. рис. 1).
1.3. Другие виды применения SF6
Уникальные свойства SF6 привели к его использованию в различных отраслях науки и промышленности, например:
медицинская сфера: электрическая изоляция в медицинском оборудовании (в рентгеновских установках) или в хирургии;
электрическая изоляция в научном оборудовании (электронные микроскопы, ускорители частиц, например, генератор Ван дер Графа);
акустическая изоляция в оконных стеклопакетах;
газ для отслеживания потока воздуха в вентиляционных системах (например, в шахтах) или в верхних слоях атмосферы;
газ для обнаружения утечки в герметичных системах;
создание специальной атмосферы при металлургической обработке алюминия и магния или для военных целей.
