Реферат на тему элегаз

Обновлено: 25.06.2024

Элегаз является необходимой средой для применения в энергетике, используется, гасящий и изолирующий компонент в закрытой среде и в коммутационной аппаратуре высокого напряжения. Отличные свойства элегаза обеспечивают экономичную работу оборудования с низкой частотой технического обслуживания. сравнению с обычным , компактность 90 %.

В данное время таких технологий . С технической, и экологической точки других альтернатив , и гасящему агенту, придумано.

Свойства элегаза

Элегаз - электротехнический - представляет собой шестифтористую серу SF6 (шестифтор). Элегаз является основным изолятором в элементах ячеек с элегазовой изоляцией.

рабочих давлениях и обычной элегаз - бесцветный , , горюч, в 5 тяжелее воздуха ( 6,7 против 1,29 у воздуха), масса также в 5 больше, у .

Элегаз , т. е. меняет свойств с течением , разряде распадается, рекомбинирует, восстанавливая диэлектрическую прочность.

температурах 1000 К инертен и нагревостоек, порядка 500 К активен и агрессивен к металлам, применяемым в элегазовых распределительных [1].

В электрическом поле обладает способностью электроны, высокую электрическую элегаза. Захватывая , элегаз малоподвижные ионы, медленно разгоняются в поле.

Эксплуатационная элегаза улучшается в поле, поэтому эксплуатационной надежности отдельных элементов устройств должна наибольшую равномерность и электрического поля.

В поле появляются перенапряженности электрического , которые коронирующие разряды. действием этих элегаз разлагается, в своей среде фториды (SF2, ), вредно конструкционные материалы распределительных элегазовых (КРУЭ).

избежание поверхности элементов металлических и экранов ячеек чистыми и гладкими и иметь шероховатостей и . Обязательность этих требований , , пыль, частицы также местные напряженности поля, а ухудшается электрическая элегазовой изоляции.

электрическая прочность элегаза позволяет сократить расстояния рабочем давлении , в результате уменьшается масса и электротехнического оборудования. , в свою , дает уменьшить габариты КРУЭ, важно, например, условий севера, каждый кубический помещения стоит дорого.

Высокая прочность элегаза высокую степень минимальных и расстояниях, а хорошие гашения дуги и элегаза увеличивают способность коммутационных и уменьшают нагрев частей.

Применение элегаза

Применение элегаза

позволяет прочих равных условиях увеличить токовую нагрузку 25% и допустимую температуру медных контактов 90°С (в воздушной среде 75°С) благодаря химической стойкости, негорючести, пожаробезопасности и большей охлаждающей способности элегаза [2].

Недостатком элегаза переход в состояние высоких температурах, определяет дополнительные к температурному режиму оборудования в эксплуатации. приведена зависимость элегаза температуры.

Диаграмма состояния элегаза в зависимости температуры

работы элегазового оборудования отрицательной температуре 40 . С необходимо, чтобы элегаза в аппаратах 0,4 более 0,03 г/см3.

повышении давления будет сжижаться более высокой . поэтому повышения надежности работы температурах минус 40°С подогревать (например, элегазового выключателя перехода элегаза в состояние нагревают 12°С).

Дугогасительная способность элегаза прочих условиях в несколько больше, . составом плазмы и зависимостью теплоемкости, - и электропроводности.

В плазмы молекулы элегаза распадаются. порядка К элегаза резко вследствие диссоциации . Поэтому плазмы в области - 3000 К выше ( ), . порядка 4000 К молекул уменьшается.

В образующаяся в дуге элегаза атомарная сера с потенциалом ионизации такой концентрации , которая достаточной дуги даже температурах порядка К. дальнейшем температуры теплопроводность падает, достигая воздуха, а затем увеличивается. Такие уменьшают напряжение и горящей дуги в 20 - 30% сравнению с дугой в вплоть температур 12 000 - 8000 К. дальнейшем снижении плазмы ( 7000 К и ) концентрация в уменьшается, в электрическая проводимость падает.

6000 К сильно степень ионизации серы, усиливается захвата электронов фтором, низшими и молекулами элегаза.

температурах порядка К диссоциация молекул и начинается рекомбинация , плотность больше , атомарная сера соединяется с фтором. В области температур плазмы , идет дуги, этому также удаление электронов плазмы захвата молекулами элегаза и атомарным фтором. прочность промежутка увеличивается и в конечном восстанавливается.

Особенность дуги в элегазе в , токе, близком к значению, тонкий дуги и обрывается в последний перехода тока нуль. К тому прохода тока нуль остаточный дуги в элегазе охлаждается, в счет увеличения теплоемкости температурах К, и электрическая быстро увеличивается.

Нарастание электрической прочности элегаза (1) и воздуха (2)

стабильность горения в элегазе минимальных тока низких температурах к отсутствию срезов и больших перенапряжений гашении дуги.

В электрическая прочность в момент прохождения дуги через больше, - большой времени дуги у скорость нарастания прочности после значения тока нуль меньше.

Производство элегаза

Производство элегаза

осуществляется в результате прямой реакции между расплавленной серой и газообразным фтором, полученным электролизе. синтезе элегаза образуются и другие фториды – S2F2, SF2, и S2F10, а также - присутствия влаги, и угольных анодов, электролиза [5]. Концентрация этих невелика, в среднем 0,01 – 0,1% объему. если чистый элегаз и является весьма соединением, которое 3000С реагирует с материалами, применяемыми в оборудовании, примеси изменить упомянутые свойства продукта и даже непригодным использования [5]. Поэтому тщательная очистка элегаза, , чистого элегаза национальном уровне – 6-02-2- -82 (отсутствие примесей, имеющих в технологии , гарантируется -изготовителем биологического контроля ) – и международном – 60 376.

Применение элегаза

Наибольшее применение газов в энергетике имеет воздух. связано с дешевизной, общедоступностью воздуха, простотой создания, обслуживания и ремонта воздушных электроизоляционных систем, возможностью визуального контроля. Объекты, в применяется воздух в электрической изоляции - электропередач, открытые устройства, воздушные и т.п.

Электроотрицательными называются , молекулы обладают сродством к , , захвате электрона и молекулы в отрицательный выделяется энергия. процесс приводит к прилипания электронов, и , , эффективного ударной ионизации коэффициента прилипания h = a-h. Поэтому электроотрицательные имеют повышенную прочность. электроотрицательных с высокой электрической наибольшее применение элегаз SF6.. название получил “электрический ”. свойства элегаза открыты в России, применение также в России. В 30х известный ученый Б.М. исследовал электрические свойства ряда газов и внимание некоторые свойства шестифтористой серы . Электрическая атмосферном и зазоре 1 составляет Е = 89 /. масса составляет , характерным очень большой теплового расширения и плотность. энергетических , в которых охлаждение каких- частей устройства, т.к. большом коэффициенте расширения легко конвективный поток, тепло. теплофизических : температура = -50 °С 2 , кипения (возгонки) = -63°С. значения последних означают возможность элегаза температурах.

других свойств отметим : химическая , нетоксичность, , термостойкость ( °С), взрывобезопасность, разложение в разрядах, температура сжижения. В примесей элегаз безвреден . Однако разложения элегаза в действия разрядов ( , в разряднике выключателе) токсичны и активны.

Комплекс элегаза обеспечил широкое использование изоляции. В устройствах обычно используется давлением в несколько большей энергоустановок, т.к., , электрическая увеличивается с ростом . основе изоляции созданы и электроустройств, кабели, конденсаторы, , компактные (закрытые распределительные ). Наиболее применение элегаз рубежом, в особенности в . Например, использование элегаза позволяет в уменьшить распредустройств, актуально стоимости земли размещения энергохозяйства. выгодно даже высокую стоимость элегаза - более 10$ 1 килограмм.

Повторное использование элегаза

В 95 % всех случаев элегаз может быть очищен месте. Около 4 % очищается нацентральных станциях, доступно соответствующее оборудование. Толькооколо 1 % очистки является возможным. Производитель и операторраспределительных устройств должны следовать нормам элегаза, допускается эксплуатации.

Очищенный может заполняться в газовую камеру с избыточного давления компрессора. Необходимое устанавливается через клапан высокого . Выбрать давления наполнения в с диапазоном установки клапана. , хранится в жидкой проходит через . Испаритель термостатом.

Сегодня в элегаз (гексафторид ) применяется в оборудовании; более 25 элегаз используется, газообразный изолятор в распределительных устройств. таком оборудовании ревизия, необходимо элегаз в экномичный и режим работы, а выпускать в атмосферу. Если критерий качества, элегаз может использован повторно. С зрения экологии подход снизит элегаза в атмосферу наличии небольших утечек в аппаратуре распределительных .

Повторная элегаза требует контроля качества и соблюдения стандартов в соответствие с IEC свежего и IEC 60480 использованного газа. DILO обеспечивают очистку и повторную элегаза.

Утилизация элегаза

Утилизация элегаза

может осуществляться трем способам: с использованием компрессора, с использованием крионасоса, работающего жидком азоте, комбинированием – т.е. использованием сорбционного насоса и насоса .

Возврат элегаза в аппараты осуществляться фазы, и фазы через . Возможна подача смесей элегаза с азотом с , которые в время часто в высоковольтном оборудовании.

наиболее общая системы газообслуживания, применяют достаточно предприятия. В составе наличие анализа элегаза.

В наиболее виде высоковольтной подстанции металлургического комбината. предприятиях обычно упрощенную схему.

В случаях, когда может быть , может утилизован экологически методом с помощью нагрева: 12000С элегаз химически активные , которые с кислородом и водородом и оксиды серы и . Продукты реакции удаляют прохождения через гидроксида кальция, превращаются в (применяют в строительстве) и кальция (используется в и медицинских целях) [1;7]. процесс имеет недостаток – высокую .

Таким , применение элегаза в высоковольтном оборудовании преимущества минимально объема, малой оборудования, высокой , производительности, приведенных затрат. соблюдении правил и эксплуатации элегазового практически возникает ситуаций , среды.

Следует уделить внимание факту, в время в России нашел применение в огнегасящего вещества, традиционные бромиды . середины 80-х XX века в качестве огнетушащих веществ в основном диоксид (углекислота), хладон (СF3Вr), хладон (С2F4Вr2), хладон (СF2СlВr). В СССР достигнут существенный в разработке также составов, включающих и другие газовые вещества.

Подписание Монреальского Протокола озонового слоя повлекло собой производства озоноразрушающих , в галонов R13В1, и R114B2, широко в пожаротушении. толчком к изысканию , экологически огнетушащих средств. В было санкционировано применение в качестве газовых средств – диоксида , ряда нового поколения ( соединения класса (R23, R125, , R236fa, , R31-10 и ), инертных и составов , а элегаза.

средств огнегашения различными критериями, в числе токсичностью, потенциалом, огнетушащей , потенциалом потепления, доступностью.

степень химической свойственна инертным : азоту (N2), (Аr), комбинациям аргонит (N2+Аr в равных частях) и инерген (N2+Аr+ в соотношении объемных 52:40:8). относят к экологически веществам, практически и подверженным в условиях термическому разложению. преимущества инертных являются, однако, безопасности применения. , высокие веществ вытесняют , повлечь гипоксическое организм человека. В средах может высокотоксичный оксид (угарный ).

действие диоксида (СО2) также связано с разбавлением среды в защищаемом и снижением в кислорода. , в отличие газов, СО2 выраженным биологическим . В концентрациях 2-5 % . сильное возбуждающее дыхательную систему, а в высоких концентрациях у людей отравления степени тяжести. концентрации диоксида (25-40 % .) в 2-3 раза превышают дозу воздействии.

Кроме газов к нетоксичным огнетушащим веществам гексафторид серы, элегаз (SF6). использовании элегаза средства объемного необходимо учитывать образования в условиях токсичных продуктов термического разложения. этом среди продуктов терморазложения диоксид серы ( ) и фтороводород (HF) – соединения, имеющие запах и оказывающие раздражающее действие оболочки дыхательных и органов зрения.

В пожаротушении широко и хладоны – фторпроизводные углеводородов, молекулы наряду с фтором включать хлор, , . обычных условиях представляют собой соединения слабой способностью и высокой стойкостью. В подавляющем являются веществами с преимущественно типом действия организм. Выраженность действия зависит хладона вдыхаемом , продолжительности и состояния живого . Другие жизни хладонов проявляются в нарушений сердечной , в меньшей оказывают органы дыхания, , кровь, энергообразования в клетках. окончания ингаляционного хладоны сравнительно выделяются организма с воздухом [4].

В качестве характеристики в пожаротушении использовать , а NOAEL и LOAEL, кардиотоксичность, т.е. степень продукта сердечную . NOAEL – концентрация, наблюдается кардиосенсибилизирующее кардиотоксическое действие; – наименьшая концентрация, которой наблюдается кардиотоксическое ; значения и LOAEL установлены результатов определения сердца у животных 5-минутном воздействии агента и последующем адреналина [2;4]. Сопоставляя огнетушащей концентрации и кардиотоксичности (таблица 1), заметить, довольно эффективных – R13I1 – ограничен к , особенно в с работающим персоналом. концентрации хладонов , 236fa и несколько процентов опасных концентраций человека, следовательно, использовать, учитывая, тушении образовываться области с местной концентрацией огнетушащей. Хладон R-23 и имеют высокие кардиотоксичности в сравнении с концентрацией, образуемые контакте с открытым примеси ограничивают применение в закрытых помещениях с персоналом. этой обоснованно использовать тушении электроники.

В Киотском приведены рекомендации к эмиссии углекислоты, высоким коэффициентом потепления (GWP) выработке электроэнергии. рассчитан основе жизни вещества в (lifetime), в приземных , а высоте , т.е. примерно 15 Земли. В этих - изменения давления и заметно снижается столкновения молекул, lifetime стратосферного 4 порядка выше в приземных условиях. этом моментальный газа рассчитанную возможен вулкана ядерном взрыве.

Таким , в пожаротушении является неплохим среди остальных средств. Возможны отличные решения элегаза после с использованием сорбционного , который довольно надежным оперативного элегаза и . С помощью операций элегаз , а после может повторно .

Определение утечек элегаза

Определение мест утечек гексафторида серы ( элегаза ) является одной важнейших задач контроля предприятий энергетической сферы. настоящего времени определение утечек элегаза производилось помощи течеискателей и газоанализаторов. И и метод является контактным методом и имеет свои . -первых, проведения работ отключение объекта высоковольтной нагрузки, влечет собой потери. -вторых, должен находится в близости к объекту , расстоянии 0,5 метров, в очередь представляет жизни и испольнителя, а также других неудобств в . Известны , когда объекты вообще контролю утечек, влечет собой риск возникновения .

С появлением TG-80 подход к определению утечек элегаза изменился. сути, отличием прежних контроля стала бесконтактного определения оборудования, этот метод безопасным . Кроме , бесконтактный решает вторую важную задачу, тепловизор TG-80, исполнитель находиться расстоянии 30 объекта исследования, дает возможность объекта отключения.

Гексафторид серы (также элегаз или шестифтористая сера, SF6) — неорганическое вещество, при нормальных условиях тяжёлый газ, в 5 раз тяжелее воздуха. Соединение было впервые получено и описано в 1900 году Анри Муассаном в ходе работ по изучению химии фтора.

Содержание работы

1) Свойства элегаза

1.1) Физические свойства

1.2) Электротехнические свойства

2) Конструкция высоковольтного оборудования с использованием элегаза

2.1) Комплектное распределительное устройство с элегазовым наполнением

2.2) Высоковольтные выключатели

2.3) Выключатели нагрузки

2.4) Трансформаторы тока

2.5) Трансформаторы напряжения

Файлы: 1 файл

Элегаз и его свойства.doc

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕСИТЕТ

Кафедра электротехники и электрооборудования предприятий

Элегаз. Его свойства и применение.

По дисциплине Электрооборудование подстанций

Выполнил: ст.гр. БАЭ-09 Хакимов Э.Ф.

Проверил: доц. Лопатин В.П.

1) Свойства элегаза

1.1) Физические свойства

1.2) Электротехнические свойства

2) Конструкция высоковольтного оборудования с использованием элегаза

2.1) Комплектное распределительное устройство с элегазовым наполнением

2.2) Высоковольтные выключатели

2.3) Выключатели нагрузки

2.4) Трансформаторы тока

2.5) Трансформаторы напряжения

1) Свойства элегаза

1.1) Физические свойства

Гексафторид серы (также элегаз или шестифт ористая сера, SF6) — неорганическое вещество, при нормальных условиях тяжёлый газ, в 5 раз тяжелее воздуха. Соединение было впервые получено и описано в 1900 году Анри Муассаном в ходе работ по изучению химии фтора.

В центре молекулы элегаза расположен атом серы, а на равном расстоянии от него в вершинах правильного октаэдра располагаются шесть атомов фтора.

Практически бесцветный газ, обладающий высоким (89кВ/см) пробивным напряжение м.

Плотность элегаза при T=273 K и давлении р=0,1 МПа составляет 6,56 кг/м³. Относительная диэлектрическая проницаемость — 1,0021.

Соединение распадается при температуре выше 1100 °С. Газообразные продукты распада элегаза ядовиты и обладают резким, специфическим запахом. Элегаз не поддерживает горения и дыхания, поэтому при накоплении его в производственных помещениях может возникнуть кислородная недостаточность. По ГОСТ 12.1.007-76 по степени воздействия на организм элегаз относится к 4 классу опасности, к которому принадлежат малоопасные вещества. Предельно допустимая концентрация (ПДК) в воздухе рабочей зоны производных помещений 5000 мг/м3. Предельно допустимая концентрация в атмосферном воздухе - 0,001 мг/м3.

Элегаз безвреден в смеси с воздухом. Однако вследствие нарушения технологии производства элегаза или его разложения в аппарате под действием электрических разрядов (дугового, коронного, частичных), в элегазе могут возникать чрезвычайно активные в химическом отношении и вредные для человека примеси, а также различные твёрдые соединения, оседающие на стенах конструкции. Интенсивность образования таких примесей зависит от наличия в элегазе примесей кислорода и особенно паров воды.

Некоторое количество элегаза в электротехнической аппаратуре также разлагается в процессе нормальной работы. Например, коммутация тока 31,5 кА в выключателе 110 кВ приводит к разложению 5-7 см³ элегаза на 1 кДж выделяемой в дуге энергии.

1.2) Электротехнические свойства

Значительная диэлектрическая прочность элегаза (превышает аналогичный параметр воздуха примерно в 3 раза при равном атмосферном давлении) обеспечивает высокую степень изоляции при минимальных размерах и расстояниях. Это позволяет уменьшить массу и габариты электротехнического оборудования, а хорошая способность гашения дуги и охлаждаемость элегаза увеличивают отключающую способность коммутационных аппаратов и уменьшают нагрев токоведущих частей.

При увеличении давления электрическая прочность элегаза возрастает почти пропорционально давлению и может быть выше электрической прочности жидких и некоторых твердых диэлектриков.

Элегаз примерно в 100 раз эффективнее воздуха по своей дугогасительной способности. Также элегаз имеет высокую теплоемкость, благодаря чему может эффективно отводить энергию горения дуги, не допуская ее перегрева.

Особенность гашения дуги в элегазе заключается в том, что при токе, близком к нулевому значению, тонкий стержень дуги еще поддерживается и обрывается в последний момент перехода тока через нуль. К тому же после прохода тока через нуль остаточный столб дуги в элегазе интенсивно охлаждается, в том числе за счет еще большего увеличения теплоемкости плазмы при температурах порядка 2000 К, и электрическая прочность быстро увеличивается.Такая стабильность горения дуги в элегазе до минимальных значений тока при относительно низких температурах приводит к отсутствию срезов тока и больших перенапряжений при гашении дуги.

Характерным является очень большой коэффициент теплового расширения и высокая плотность. Это важно для энергетических установок, в которых проводится охлаждение каких-либо частей устройства, так как при большом коэффициенте теплового расширения легко образуется конвективный поток, уносящий тепло.

Применение элегаза позволяет при прочих равных условиях увеличить токовую нагрузку на 25% и допустимую температуру медных контактов до 90°С (в воздушной среде 75°С) благодаря химической стойкости, негорючести, пожаробезопасности и большей охлаждающей способности элегаза.

Элегаз не стареет, т. е. не меняет своих свойств с течением времени, при электрическом разряде распадается, но быстро рекомбинирует, восстанавливая первоначальную диэлектрическую прочность.

Стоимость элегаза достаточно высока, однако он нашёл достаточно широкое применение в технике, особенно в высоковольтной электротехнике. Он прежде всего используется как диэлектрик, то есть в качестве основной изоляции для комплектных распределительных устройств, высоковольтных измерительных трансформаторов тока и напряжения и др. Также элегаз используется как среда дугогашения в высоковольтных выключателях.

 взрыво- и пожаробезопасность;

 снижения массо-габаритных показателей конструкции за счёт уменьшения изоляционных промежутков и улучшенных условий охлаждения токоведущих частей.

Недостатком элегаза является переход его в жидкое состояние при сравнительно высоких температурах, что определяет дополнительные требования к температурному режиму элегазового оборудования в эксплуатации.

Применение

 как изолятор и теплоноситель в высоковольтной электротехнике;

 как технологическая среда в электронной и металлургической промышленности;

 в системах газового пожаротушения в качестве пожаротушащего вещества;

 как хладагент благодаря высокой теплоёмкости, низкой теплопроводности и низкой вязкости;

 для изменения тембра голосовых связок (эффект пониженной тональности голоса), противоположно гелию;

 для улучшения звукоизоляции в стеклопакетах;

 в полупроводниковой промышленности для травления кремния.

2) Конструкция высоковольтного оборудования с использованием элегаза

2.1) КРУЭ(комплектное распределительное устройство с элегазовым наполнением)

КРУЭ - комплектное распределительное устройство с элегазовой изоляцией. Комплектные элегазовые распределительные устройства (КРУЭ) занимают лишь 5% территории, необходимой для обычных РУ с воздушной изоляцией. Поэтому их размещение особенно актуально в густонаселенных районах. КРУЭ поставляется укрупненными сборочными единицами, представляющими собой отдельные элементы такие как, выключатель, комбинированный разъединитель-заземлитель, заземлитель быстрого действия, трансформаторы напряжения и кабельные вводы. Все элементы КРУЭ изготавливаются из алюминия, это значительно снижает вес всего оборудования, что в конечном итоге позволяет отказаться от дорогостоящих фундаментов и грузоподъемных механизмов.

Ячейки КРУЭ выполняются, как правило, в трехфазном исполнении и состоят из отдельных элементов, заключенных в герметичную металлическую оболочку цилиндрической или шаровой формы, заполненной элегазом или смесью азота с элегазом. Для сочленения между собой оболочки элементов имеют фланцы и патрубки, контакты и уплотнения.
По функциональному назначению ячейки КРУЭ могут быть линейные, шиносоединительные, трансформаторов напряжения и секционные, с одной или двумя системами сборных шин. Ячейки состоят из трех полюсов, шкафов и сборных шин. В шкафах размещена аппаратура цепей сигнализации, блокировки, дистанционного электрического управления, контроля давления элегаза и подачи его в ячейку, питания приводов сжатым воздухом.

Сферы применения:
• Распределительные и трансформаторные подстанции;
• Промышленные электроустановки: высотные здания, аэропорты, метро, очистительные установки, портовые сооружения, ж/д электроснабжение.

• взрыво- и пожаробезопасность;
• возможность установки в сейсмически активных районах и зонах с повышенной загрязненностью;
• отсутствие электрических и магнитных полей;
• Модульная конструкция;
• Расширение КРУЭ без проведения работ с элегазом на месте;
• Необслуживаемый вакуумный силовой выключатель;

Наличие герметичных цельносварных резервуаров из высококачественной нержавеющей немагнитной стали без каких-либо уплотнений, с устойчивой к перепадам давления и температуры конструкцией, использование изолирующего газа, сохраняющего изоляционные свойства на протяжении всего срока службы без необходимости очистки и дозаправки, применения закрытой пофазной изоляции токоведущих элементов вне резервуара, наличие простого и наглядного указателя готовности к эксплуатации.

Экономичность
•Сверхнизкие эксплуатационные затраты за весь срок службы:
• отсутствие необходимости в техническом обслуживании;
• независимость от климатических воздействия;
• минимально занимаемое пространство;
• максимальная готовность к работе.

• длительный срок службы


Безопасность персонала
• Первичные цепи в герметичной оболочке безопасны для прикосновений;
• ВВ-предохранители и концевые кабельные муфты доступны только при заземленных присоединениях;
• Управление возможно только при закрытом корпусе;
• Заземление присоединений через заземлители с возможностью включения на КЗ.

Безопасность в работе
• Герметичная оболочка для первичных цепей:
– не зависит от воздействий окружающей среды (грязь, влага)
– герметичность в течение всего срока службы (сварной резервуар, вваренные проходные изоляторы).
• Необслуживаемые компонены привода;
• Доступ к приводам коммутационных аппаратов вне резервуара с элегазом;

2.2) Высоковольтные выключатели

Выпускаемые в России выключатели элегазовые предназначены для коммутации электрических цепей при нормальных и аварийных режимах работы, а также для работы в стандартных циклах при автоматическом повторном включении (АПВ) в сетях трехфазного переменного тока частотой 50 и 60 Гц с номинальным напряжением зависящем от серии в широком диапазоне климатических условий: от -60 до +55°С.

Выключатели представляют собой трехполюсный аппарат, полюсы которого имеют одну (общую) раму и управляются одним приводом либо каждый из трех полюсов выключателей имеет собственную раму и управляется своим приводом.

Общая информация об электрическом газе. Электроотрицательные свойства элегаза, способствующие активному захвату свободных электронов и повышению эффективности гашения дуги. Виды элегазовых выключателей и особенности работы механического привода.

Рубрика Физика и энергетика
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 21.04.2011
Размер файла 2,4 M

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Реферат

На тему: "Элегазовые выключатели"

Содержание

1. Дугогасительные устройства с системой продольного дутья

2. Автокомпрессионные ДУ

3. Виды элегазовых выключателей

4.Достоинство и недостатки

Список использованной литературы

элегаз выключатель привод

Одним из самых быстроразвивающихся направлений создания новых выключателей переменного тока высокого и сверхвысокого напряжения, отличающихся меньшими габаритами и отвечающих требованиям современной энергетики по коммутационной способности и надёжности, являются выключатели с дугогасящей средой, более эффективной по сравнению со сжатым воздухом и маслом.

Название элегаз( электрический газ) шести фтористой серы дал 1947 г советский физик Б.Гохбер и он же первым предложил о возможности применения элегаза в качестве изоляционной среды для электрооборудования высокого и сверх высокого напряжения.

Использование элегаза для этих целей обусловлено его высокими изоляционными и дугогасящими свойствами.

Чистый газообразный элегаз совершенно безвреден, химически не активен, поэтому в обычных эксплуатационных условиях он не действует ни на какие материалы, применяемые в аппаратостроении, обладает повышенной теплоотводящей способностью и является очень хорошей дугогасительной средой, позволяющей производить отключение очень больших токов при больших скоростях восстановления напряжения. В однородном поле электрическая прочность элегаза в 2,3-2,5 раза выше прочности воздуха.

Низкие температуры сжижения и сублимации дают возможность при обычных условиях эксплуатировать элегазовые аппараты без специального подогрева. Элегаз не горит и не поддерживает горения, следовательно, элегазовые аппараты являются взрыво- и пожаробезопасными.

Стоимость элегаза существенно зависит от объёма его производства. При большом его потреблении стоимость единицы объёма элегаза, имеющего такую плотность, при которой достигается равная с маслом электрическая прочность, незначительно будет отличаться от стоимости единицы объёма масла. Но при правильной эксплуатации элегаз не стареет и не требует поэтому такого тщательного ухода за собой, как масло.

Элегаз представляет собой соединение, имеющее химическую формулу SF6. При нормальных условиях это бесцветный, не имеющий запаха газ, плотность которого 6,52 кг/м 3 при нормальном атмосферном давлении и температуре 0C. Он приблизительно в пять раз тяжелее воздуха. Молекулярная масса элегаза 146,06. В нём содержится 21,95% серы и 78,05% фтора.

Одним из необходимых условий возможности использования того или иного соединения в электрических аппаратах является его химическая инертность. Оно не должно вступать в реакцию ни с каким материалом, применяемым в электроаппаратостроении. Чистый элегаз при обычных условиях удовлетворяет этому требованию, несмотря на то, что в состав его молекулы входит фтор, являющийся одним из наиболее активных химических элементов. По химической инертности чистый элегаз при нормальных условиях сравним с азотом или даже инертными газами. Строение молекулы и её энергетическое состояние определяют высокую стабильность элегаза.

Отметим также электроотрицательные свойства элегаза, способствующие активному захвату свободных электронов и повышению эффективности гашения дуги.

Молекула элегаза содержит шесть атомов фтора, расположенных в вершинах правильного октаэдра, и атом серы, который находится в центре молекулы на равных расстояниях от атомов фтора. При таком геометрическом расположении атомов в молекуле обеспечивается максимальное перекрытие электронного облака серы и фтора и понижается общая энергия молекулы. В случае недеформированных электронных оболочек атомов фтора радиус молекулы элегаза равен 3,07 . 10 -10 м. Радиус атома серы лишь на 20% больше радиуса атома фтора. При этом соотношении радиусов атомы фтора плотно облегают центральный атом серы, обеспечивая идеальную его защиту от внешних воздействий. В возбуждённом состоянии атом серы может образовывать шесть ковалентных связей. При атмосферном давлении элегаз, как и углекислый газ, может находиться только в газообразном состоянии. При pаб = 10 5 Па температура перехода из твёрдого состояния в газообразное (температура возгонки) равна - 63,8C. При давлении свыше раб = 2,28 . 10 5 Па элегаз в зависимости от температуры может находиться во всех трёх агрегатных состояниях. При этом давлении температура тройной точки равна -50,8C.

В дугогасительных устройствах (ДУ) элегазовых выключателей применяются различные способы гашения дуги в зависимости от номинального напряжения, номинального тока отключения и условия восстановления напряжения.

1. Дугогасительные устройства с системой продольного дутья

Интенсивное газодинамическое воздействие аксиального потока элегаза на ствол электрической дуги является наиболее эффективным способом гашения дуги. Поэтому оно используется в большинстве конструкций ДУ современных элегазовых выключателей переменного тока высокого напряжения. Гашение дуги в ДУ про исходит в дутьевых соплах в потоке элегаза высокого давления (0,5--0,6 МПа), куда ствол дуги попадает после размыкания кон тактов. Основными конструктивными параметрами систем продольного элегазового дутья (рис. 1) являются: площадь сечения Sc или диаметр dc горловины сопла, относительное расположение контактов, определяемое расстоянием z0, размеры элементов входной части сопла (z1, z3), а также геометрическая форма и размеры диффузоров (z2, б--полуугол расширения), площадь сечения SBC или диаметр dBC горловины вспомогательного сопла.

Оптимальные условия для гашения дуги в таких системах во многом определяются геометрическими параметрами дутьевых систем и особенно входной части, которые должны удовлетворять следующим основным требованиям:

-форма потенциального поля течения во входной части должна способствовать коаксиальной стабилизации ствола дуги потоком;

-в межконтактном промежутке должна быть образована оптимальная форма электрического поля, обеспечивающая наибольшую электрическую прочность промежутка.

Для оценки эффективности дутьевых систем элегазовых вы ключателей воспользуемся выражением удельной мощности от водимой потоком и отнесенной к площади сечения горловины сопла и к давлению в горловине сопла.

Давление элегаза рс в горловине сопла связано с давлением рк в дугогасительной камере, которое обычно задано, следующим соотношением:

Коэффициент бp зависит от режима работы дутьевого сопла.

Sс=EэфlэфI/(Pудpс)

можно приближенно определить площадь сечения SС и диаметр dc горловины сопла при заданных значениях I, Eэф, рк, Pуд.

В дугогасительных устройствах с несимметричным дутьем (рис. 1 г, е) оптимальные условия для гашения дуги выполняются более полно по сравнению с системами одностороннего дутья (рис. 1 а, д). На рис. 2 представлены опытные зависимости предельного минимального давления ргаш в камере, необходимого для успешного

Рис. 2 Зависимость предельного давления гашения от расстояния между контактами

1-одностороннее дутье; 2-несимметричное дутье

гашения дуги при отключении тока Iт= = 3 кА и скорости восстановления напряжения 1 кВ/мкс, от конструктивных параметров системы одностороннего и несимметричного дутья в элегазе. Оптимальные относительные расстояния z0/dc для этих систем примерно одинаковы:

Кроме того, найдено, что для системы несимметричного дутья оптимальное отношение площадей сечений SBC/Sc?0,20--0,25.

Таким же образом были получены оптимальные относительные расстояния для систем двухстороннего дутья (рис. 1 в, ж)

При выборе оптимальных параметров диффузоров дутьевых систем элегазовых ДУ, которые обычно работают при относительно небольшом (по сравнению с ДУ воздушных выключателей) избыточном давлении, принимают удлиненную форму сопла с углом расширения 2б=10ч12°.

2. Автокомпрессионные ДУ

Другой способ применяется в автокомпрессионных выключателях, в которых бак заполнен элегазом при давлении 0,3-0,4 МПа. При этом обеспечивается высокая электрическая прочность газа и возможность работы без подогрева при температуре до -40C.

В таких выключателях перепад давления, необходимый для гашения дуги, создаётся специальным компрессионным устройством, механически связанным с подвижным контактом аппарата. В процессе гашения получается перепад p=0,60,8 МПа. При этом обеспечиваются условия для получения критической скорости истечения и эффективного гашения дуги.

Рассмотрим типичную конструкцию автокомпрессионных ЭВ (рис. 3). Аппарат находится в отключенном положении, и кон такты 5 и 3 разомкнуты. К неподвижному контакту 3 ток подво дится через фланец 2, а к подвижному контакту 5 -- через фла нец 9. В верхней крышке 1 монтируется камера с адсорбентом. При включении ЭВ срабатывает пневмопривод 13 (укрепленный на основании 11), шток 12 которого соединен через изоляционную тягу 10 и стальной стержень 8 с подвижным контактом 5. Последний жестко связан с фторопластовым соплом 4 и подвижным цилиндром 6. Вся подвижная система ЭВ (элементы 5, 6, 8, 10, 12) движется вверх относительно неподвижного поршня 7, и полость К дугогасительной системы ЭВ увеличивается.

При отключении ЭВ шток 12 приводного силового механизма тянет подвижную систему выключателя вниз и в полости. К создается повышенное давление элегаза по сравнению, с давлением в камере ЭВ. Такая автокомпрессия элегаза обеспечивает истечение газовой среды через сопло 4, интенсивное охлаждение электрической дуги, возникающей между контактами 3 и 5 при отключении. Указатель, положения 14 дает возможность визуального контроля исходного положения контактной системы ЭВ. В некоторых конструкциях автокомпрессионных ЭВ используются пружинные, гидравлические силовые приводные механизмы, а организация истечения элегаза через сопла в дугогасительной камере происходит но принципу двухстороннего несимметричного дутья.

Схема ДУ двухстороннего дутья показана на рис. 4.

На этом рисунке верхняя половина ДУ изображена во включенном положении, а нижняя -- в отключен ном. Внутри герметичной изоляционной камеры 1, заполненной элегазом, соосно установлены два соплообразных неподвижных контакта 2 и 4 и неподвижный дутьевой поршень 5. Цепь тока при включенном положении выключателя образована скользящим не подвижным контактным мостиком 3, жестко связанным с подвижным дутьевым цилиндром 6. При отключении тока тяга 7 перемещает дутьевой цилиндр и контактный мостик вправо, в рабочем объеме цилиндра повышается давление.

Дуга, возникающая между контактным мостиком и левым соплом, потоком сжатого элегаза затягивается внутрь сопел. Двухстороннее продольное дутье интенсивно воздействует на ствол дуги, которая гаснет в один из переходов тока через нуль. В конце хода цилиндра на отключение между соплами остается свободный изоляционный промежуток обеспечивающий необходимую электрическую прочность. Отработанный элегаз сбрасывается под оболочку изоляционной камеры.

Аппарат находится в отключенном положении. Главные контакты 5, 7 и дугогасительные контакты 2, 4 находятся в разомкнутом состоянии. В полостях К, В, Б давление элегаза по стоянно: р=рВ=рБ=const. Изоляционная покрышка 6 отделяет полости ЭВ от внешнего пространства. При подаче команды на включение внешний привод (на рис. 5 не показан) обеспечивает перемещение справа налево подвижной системы ЭВ: подвижного дутьевого цилиндра 8, подвижного главного 7 и дугогасительного 2 контактов, которые жестко связаны через тягу с силовым приводным механизмом. В начале замыкаются дугогасительные контакты 2, 4, а затем -- главные контакты 5, 7. Вся подвижная система движется относительно неподвижного поршня 1 и неподвижных контактов 5 и 4.

В ДУ автокомпрессионных ЭВ необходимое для гашения дуги давление достигается после определенного хода поршневой системы. Поэтому при создании выключателей этого типа возникают трудности с обеспечением времени отключения менее 0,04 с. Од ним из способом сокращения времени отключения является уменьшение длины хода подвижной системы до момента размыкания контактов. Для того чтобы давление элегаза к моменту размыкания контактов (этап предварительного сжатия элегаза) сохранялось на необходимом уровне, поршень на этой части хода ускоренно перемещается навстречу движущемуся цилиндру (см. рис. 4). На этапе гашения дуги (после размыкания контактов) поршень остается неподвижным, а дутьевой цилиндр продолжает перемещаться вплоть до своего конечного положения. Взаимные перемещения цилиндра и поршня обеспечиваются кинематической схемой привода выключателя. Сокращение времени отключения выключателя может быть достигнуто также за счет уменьшения длительности горения дуги. Так например, в автокомпрессионном ДУ (на рис. 6) перепад давления в дутьевой системе создается не только в результате сжатия элегаза, но и в результате разрежения в области выхлопа через подвижный дугогасительный кон такт -- сопло 1.

В этом ДУ по сравнению с ранее рассмотренной системой ДУ с неподвижным поршнем (см. рис. 5) имеется зона разрежения 2, которая образуется при движении дополнитель ного поршня 3. Отработанный элегаз сначала попадает в зону разрежения, а затем при открытии окон 4 для выхлопа -- под оболочку изоляционной камеры.

Виды элегазовых выключателей

Колонковые и баковые элегазовые выключатели ВГТ,ВГТЗ, ВГУГ,ВГF,ВГГ,ВГБЭ,ВГБЭП,ВЭБ предназначены для коммутации электрических цепей переменного тока в нормальных и аварийных режимах.

На рис. 5.II приведен разрез отечественного выключателя 110 кВ на номинальный рабочий ток 2000 А и номинальный ток отключения 40 кА серии элегазовых баковых выключателей типа ВГБ с автономным гидравлическим приводом и встроенными трансформаторами тока.

В качестве основного изолятора в электротехнических установках широко применяется смесь фтора и серы, известная как элегаз. При обычной температуре и рабочем давлении он не имеет цвета и запаха, не горючий и практически в 5 раз плотнее и тяжелее воздуха. Свойства элегаза остаются неизменными в течение неограниченного времени. При попадании в его среду электрического разряда, вначале происходит распад, а затем быстрое восстановление первоначальной диэлектрической прочности. Благодаря своим качествам, элегаз используется в элегазовых устройствах гашения электрической дуги и является основой элегазовой изоляции.

Физическая и химическая природа элегаза

С точки зрения химии элегаз представляет собой чрезвычайно инертное соединение. Он не реагирует на кислоты и щелочи, окислители и восстановители. Данное вещество обладает повышенной устойчивостью к расплавленным металлам, слаборастворимо в воде и вступает во взаимодействие только с органическими растворителями.

Элегаз и его свойства

Для распада этого соединения необходима температура 1100 градусов и выше. Продуктами распада являются газообразные составляющие, обладающие токсичностью и специфическим резким запахом. Накапливаясь в помещении, элегаз может вызвать кислородную недостаточность. В целом он относится к малоопасным веществам с предельно допустимой концентрацией в помещении – 5000 мг/м 3 , а на открытом воздухе – 0,001 мг/м 3 .

При захвате соединением электронов, происходит образование малоподвижных ионов. В результате, существенно снижается количество носителей заряда. Их разгон в электрическом поле крайне замедленный, что препятствует образованию и развитию электронных лавин. За счет этого элегаз обладает высокой электрической прочностью. Увеличенное давление способствует росту электрической прочности пропорционально действующему давлению. Нередко этот показатель превышает аналогичный параметр у жидких и твердых диэлектрических материалов.

Существенным недостатком элегаза является потеря его изоляционных качеств и переход в жидкое состояние под действием низких температур. Поэтому к температурному режиму элегазовых установок предъявляются дополнительные требования. Одним из наиболее подходящих вариантов выхода из подобных ситуаций служит смешивание элегаза с другими видами газов, например, с азотом. Другой способ заключается в использовании системы подогрева, существенно повышающей надежность оборудования при температурах минус 40 и ниже.


Физические свойства элегаза во многом зависят от равномерности и однородности электрического поля, выдаваемого распределительными устройствами. Неоднородные поля вызывают появление местных перенапряжений, которые, в свою очередь, приводят к возникновению коронирующих разрядов. Данные разряды способствуют разложению элегаза и образованию в этой среде низших фторидов, пагубно воздействующих на конструктивные элементы коммутационного оборудования.

В связи с этим, все делали и составные части должны иметь очень гладкие поверхности, на которых отсутствуют заусеницы, шероховатости и грязь, приводящие к созданию местных напряженностей электрического поля, снижению электрической прочности элегазовой изоляционной системы.

Дугогасительные качества элегаза

При всех одинаковых условиях элегаз обладает значительно большей дугогасительной способностью, по сравнению с обычным воздухом. Основными факторами являются состав плазмы, плотность элегаза, а также теплоемкость, тепло- и электропроводность, находящиеся между собой в температурной зависимости.

При достижении состояния плазмы, наступает распад молекул элегаза. Когда температура достигает 2000 К, происходит резкое увеличение теплоемкости из-за молекулярной диссоциации. Поэтому в температурном промежутке между 2000 и 3000 К теплопроводность плазмы во много раз увеличивается по сравнению с обычным воздухом. При достижении температуры 4000 К диссоциация молекул начинает уменьшаться.


Одновременно в дуге элегаза образуется атомарная сера. Ее низкий потенциал ионизации вызывает такую концентрацию электронов, которая способна поддерживать дугу даже при температуре 3000 К. Дальнейшее повышение температуры приводит к падению теплопроводности плазмы, в результате этот параметр становится таким же, как и у воздуха. Далее вновь происходит увеличение теплопроводности.

За счет этих процессов сопротивление и напряжение горящей дуги в элегазе снижается примерно на 20-30% относительно дуги, возникающей в воздухе. Подобное состояние удерживается вплоть до температур от 8 до 12 тыс. градусов. Когда температура плазмы начинает снижаться до 7000 К и далее, в ней соответственно уменьшается концентрация электронов, что приводит к падению электрической проводимости плазмы.

При достижении 6000 К ионизация атомарной серы сильно снижается, а захват электронов свободным фтором, наоборот, усиливается. В этом процессе участвуют также низшие фториды и молекулы элегаза. Диссоциация молекул завершается при температуре 4000 К, после чего начинается их рекомбинация. Это приводит к еще большему снижению плотности электроном, поскольку происходит химическое соединение атомарной серы с фтором.

В данном температурном диапазоне характеристики теплопроводности плазмы еще сохраняются на высоком уровне, охлаждение дуги продолжается за счет удаления из плазмы свободных электронов. Их захватывает атомарный фтор и молекулы элегаза. Постепенно происходит увеличение и полное восстановление электрической прочности промежутка дуги.

Промышленное получение элегаза

В камере сгорания имеется сопло, охлаждаемое водой, через которое подается фтор. Здесь же установлена термопара и конденсатор для возгонов серы. Сама сера в расплавленном виде подается из камеры загрузки в камеру сгорания через специальное отверстие, расположенное в нижней части перегородки. Отверстие оказывается закрыто расплавленной серой, что предотвращает попадание фтора в камеру загрузки.


Данный реактор, несмотря на простую конструкцию, обладает некоторыми отрицательными качествами. Сера фторируется на поверхности расплава, из-за этого в большом количестве выделяется тепло. Под его воздействием, а также под влиянием фтора, происходит усиленная коррозия реактора на границе разделения производственного цикла. Поэтому, когда производительность реактора увеличивается, появляется необходимость в отводе тепла в большом количестве и выборе материала для реактора, устойчивого к коррозии.

Избежать подобных недостатков возможно с помощью других способов производства элегаза. Нередко используется реакция фтора и четырехфтористой серы совместно с катализатором, а также термическое разложение соединения SF5CI при температуре 200-300 С. Данные способы считаются сложными и дорогостоящими, поэтому на практике используются довольно редко.

Применение элегаза и его влияние на окружающую среду

Элегаз широко используется в коммутационном оборудовании, как наиболее эффективная дугогасящая и изолирующая среда. Благодаря его свойствам, размеры современных распределительных устройств стали значительно компактнее на фоне традиционных образцов оборудования с воздушной изоляцией.

В оборудовании применяются три элегазовые конструкции, принципиально различающиеся между собой. Два первых варианта известны как управляемые системы под давлением и замкнутые системы под давлением. Во время эксплуатации требуется регулярное техническое обслуживание, что приводит к утечкам элегаза.


Третий вариант представляет собой так называемую герметично запечатанную систему, не требующую обслуживания на протяжении всего срока службы. Тем не менее, утечки иногда появляются в результате неисправности сальников или срока эксплуатации свыше 30 лет.

Подобные утечки отрицательно влияют на окружающую среду и вносят свой негативный вклад в создание парникового эффекта. Тем не менее, элегаз продолжает использоваться в высоковольтном оборудовании, поскольку достойной альтернативы ему пока не существует. В настоящее время рассматриваются вопросы по ограничению данного соединения в распределительных устройствах среднего напряжения.

Элегаз и его применение. Свойства и производство

Элегаз (электротехнический газ) представляет собой бесцветный, без запаха, не горючий газ, который при нормальном атмосферном давлении и температуре 20 °C в 5 раз тяжелее воздуха и обладает в 5 раз большей, чем у воздуха молекулярной массой. Соединение было впервые получено и описано французским химиком Анри Муассаном в ходе работ по изучению свойств фтора в конце XIX века.

Химически элегаз представляет собой шестифтористую серу SF6 (рис. 1). Соединение не стареет, т. е. не меняет своих свойств с течением времени, при электрическом разряде распадается, но быстро рекомбинирует (процесс, обратный ионизации), восстанавливая первоначальную диэлектрическую прочность, по этой причине элегаз является основным изоляционном материалом в коммутационном оборудовании 35 кВ и выше.

Производство элегаза

Получение элегаза осуществляется следующими способами:

  • - основной промышленный метод получения: в результате прямой реакции между расплавленной серой и газообразным фтором, полученным при его электролизе (сжигание серы в потоке фтора - рис. 2). Реакция проходит при температуре 138 - 149 °C в стальном горизонтальном реакторе (крекинг - печь). Реактор разделен перегородкой на камеру загрузки и камеру сгорания. Камера загрузки имеет люк для загрузки серы и электронагреватель для ее плавления. Камера сгорания имеет сопло для подачи фтора, охлаждаемое водой, термопару и конденсатор для возгонов серы, расположенной над камерой. Расплав серы поступает из камеры загрузки в камеру сгорания через отверстие внизу перегородки, закрытое расплавом, что исключает выход фтора в камеру загрузки. Несмотря на свою простоту, данная конструкция реактора имеет некоторые недостатки, а именно:
    • фторирование серы идет на поверхности расплава с выделением большого количества тепла, которое вызывает усиленную коррозию реактора фтором на границе раздела фаз;
    • при увеличении производительности реактора возникает проблема отвода большого количества тепла и подбора коррозионностойкого материала реактора;
    • еще одним недостатком метода является то, что при таком синтезе элегаза попутно образуются и другие фториды - S2F2, SF2, SF4, и S2F10, а также примеси из-за присутствия влаги, воздуха и угольных анодов, используемых для электролиза фтора. Концентрация этих веществ невелика, в среднем составляет 0,01 - 0,1% по объему. Но если химически чистый элегаз нетоксичен и является весьма инертным соединением, которое до температуры 300°С не реагирует ни с какими материалами, то примеси могут изменить упомянутые свойства продукта и даже сделать его непригодным для использования. Поэтому необходима тщательная очистка производимого элегаза. Состав чистого элегаза регламентируется ТУ 6-02-2-686-82 и стандартом МЭК 6о 376 (отсутствие токсичных примесей, имеющих место в технологии его производства, гарантируется заводом - изготовителем на основе биологического контроля партии);


    • по реакции фтора с четырехфтористой серой SF4 в присутствии катализатора;
    • термическим разложением SF5CI при 200. 300 °C;
    • фторированием соединений серы (например, COS). Данный способ безотходного производства элегаза, основанный на повторном фторировании загрязняющих продуктов, в Российской Федерации пока не используется, как и предыдущие два.

    Физические и химические свойства элегаза

    Элегаз является чрезвычайно химически инертным соединением. Он не взаимодействует с щелочами, кислотами, окислителями, восстановителями, устойчив к действию расплавленных металлов. Элегаз так же очень слабо растворяется в воде и взаимодействует лишь с органическими растворителями.

    Соединение распадается при температуре выше 1100 °С. Газообразные продукты распада элегаза ядовиты и обладают резким, специфическим запахом. Элегаз не поддерживает горения и дыхания, поэтому при накоплении его в производственных помещениях может возникнуть кислородная недостаточность. По ГОСТ 12.1.007-76 по степени воздействия на организм элегаз относится к 4 классу опасности, к которому принадлежат малоопасные вещества. Предельно допустимая концентрация (ПДК) в воздухе рабочей зоны производных помещений 5000 мг/м3. Предельно допустимая концентрация в атмосферном воздухе - 0,001 мг/м3.

    Напряжение пробоя (кВ)

    Напряжение пробоя и функция давления для неоднородного электрического поля

    Захватывая электроны, элегаз образует малоподвижные ионы, которые медленно разгоняются в электрическом поле и развитие электронных лавин затруднено.

    Значительная диэлектрическая прочность элегаза обеспечивает высокую степень изоляции при минимальных размерах и расстояниях, что позволяет уменьшить массу и габариты электротехнического оборудования, а хорошая способность гашения дуги и охлаждаемость элегаза увеличивают отключающую способность коммутационных аппаратов и уменьшают нагрев токоведущих частей.

    Применение элегаза позволяет при прочих равных условиях увеличить токовую нагрузку на 25% и допустимую температуру медных контактов до 90°С (в воздушной среде 75°С) благодаря химической стойкости, негорючести, пожаробезопасности и большей охлаждающей способности элегаза.

    В электрическом поле элегаз обладает способностью захватывать электроны (количество носителей заряда уменьшается), что и обусловливает его высокую электрическую прочность (на примере сравнения с азотом - рис. 3).

    При увеличении давления электрическая прочность элегаза возрастает почти пропорционально давлению и может быть выше электрической прочности жидких и некоторых твердых диэлектриков.

    Однако это преимущество становится недостатком элегаза при низких температурах по причине перехода его в жидкое состояние и потере изоляционных свойств, что определяет дополнительные требования к температурному режиму элегазового оборудования в эксплуатации. На рис. 4 приведена зависимость состояния элегаза от давления и температуры.


    Как видно из рис. 4, температура сжижения элегаза при избыточном давлении (давлении заполнения оборудования) 0,3 МПа составляет -45 °С, а при 0,5 МПа она повышается до -30 °С. Таким образом, наибольшее рабочее давление и, следовательно, наибольший уровень электрической прочности элегаза в изоляционной конструкции ограничиваются возможностью сжижения элегаза при низких температурах.

    В связи с этим, выходом из ситуации является применение смеси элегаза с другими газами, у которых электрическая прочность лишь на 10. 15 % ниже прочности чистого элегаза, а допустимое давление резко возрастает. Так, например, у смеси из 30 % элегаза и 70 % азота сжижение при температуре -45 °С наступает при давлении 8 МПа.

    Таким образом, допустимое рабочее давление для смеси оказывается примерно в 30 раз выше, чем для чистого элегаза.

    Еще одним вариантом повышения надежности работы электрооборудования при температурах - 40 °С и ниже является подогрев элегаза (бак элегазового выключателя во избежание перехода элегаза в жидкое состояние нагревают до плюс 12°С).

    Эксплуатационная способность элегаза улучшается в равномерном электрическом поле, поэтому конструкция отдельных элементов распределительных устройств должна обеспечивать наибольшую равномерность и однородность электрического поля.

    В неоднородном поле появляются местные перенапряжения электрического поля, которые вызывают коронирующие разряды. Под действием этих разрядов элегаз разлагается, образуя в своей среде низшие фториды (SF2, SF4), вредно действующие на конструкционные материалы коммутационного оборудования.

    Во избежание разрядов поверхности отдельных металлических деталей коммутационного оборудования выполняются особо гладкими, они не должны иметь загрязнений, шероховатостей и заусенцев. Обязательность выполнения этих требований диктуется тем, что грязь, пыль, металлические частицы также создают местные напряженности электрического поля, а при этом ухудшается электрическая прочность элегазовой изоляции.

    Теплопроводность SF6 ниже, чем у воздуха, но его полная теплоотдача, в особенности, если учесть конвекцию очень хорошая (как у водорода или гелия), выше чем у воздуха, но ниже чем у азота (рис. 5).


    Как видно из графика теплопроводности, при температурах около 2000 К теплоемкость элегаза резко увеличивается вследствие диссоциации (распад молекул на ионы). Поэтому теплопроводность плазмы, а следовательно и дугогасительная способность элегаза в области температур 2000 - 3000 К при прочих равных условиях значительно выше (на два порядка), чем воздуха.

    При температурах порядка 4000 К диссоциация молекул заканчивается и начинается рекомбинация молекул. В этой области температур теплопроводность плазмы еще значительная, идет охлаждение дуги, этому способствует также удаление свободных электронов из плазмы за счет захвата их молекулами элегаза и атомарным фтором. Электрическая прочность промежутка постепенно увеличивается и в конечном счете восстанавливается.

    При дальнейшем росте температуры (до 7000 К) теплопроводность плазмы падает, достигая теплопроводности воздуха. Вплоть до температур порядка 8000 - 12 000 К такие процессы уменьшают напряжение и сопротивление горящей дуги в элегазе на 20 - 30% по сравнению с дугой в воздухе.

    Особенность гашения дуги в элегазе заключается в том, что при токе, близком к нулевому значению, тонкий стержень дуги еще поддерживается и обрывается в последний момент перехода тока через нуль. К тому же после прохода тока через нуль остаточный столб дуги в элегазе интенсивно охлаждается, в том числе за счет еще большего увеличения теплоемкости плазмы при температурах порядка 2000 К, и электрическая прочность быстро увеличивается.

    Такая стабильность горения дуги в элегазе до минимальных значений тока при относительно низких температурах приводит к отсутствию срезов тока и больших перенапряжений при гашении дуги.
    В воздухе электрическая прочность промежутка в момент прохождения тока дуги через нуль больше, но из-за большой постоянной времени дуги у воздуха скорость нарастания электрической прочности после прохождения значения тока через нуль меньше.

    Читайте также: