Elegas e suas propriedades

O gás SF6 — gás elétrico — é o hexafluoreto de enxofre SF6 (seis flúor)… O gás SF6 é o principal isolante nos elementos celulares isolados com SF6.

À pressão de trabalho e temperaturas normais Gás SF6 — gás incolor, inodoro, não inflamável, 5 vezes mais pesado que o ar (densidade 6,7 vs. 1,29 para o ar), peso molecular também 5 vezes maior que o do ar .

O gás SF6 não envelhece, ou seja, não altera suas propriedades com o tempo; ele se decompõe durante uma descarga elétrica, mas se recombina rapidamente, recuperando sua rigidez dielétrica original.

Em temperaturas de até 1000 K, o gás SF6 é inerte e resistente ao calor, até temperaturas de cerca de 500 K é quimicamente inativo e não agressivo para os metais usados ​​na construção do painel SF6.

Em um campo elétrico, o gás SF6 tem a capacidade de capturar elétrons, resultando em uma alta rigidez dielétrica do gás SF6. Ao capturar elétrons, o gás SF6 forma íons de baixa mobilidade que são lentamente acelerados em um campo elétrico.

O desempenho do gás SF6 melhora em um campo uniforme, portanto, para confiabilidade operacional, o projeto de elementos individuais do painel deve garantir a maior uniformidade e homogeneidade do campo elétrico.

Em um campo não homogêneo, aparecem sobretensões locais do campo elétrico, que causam descargas corona. Sob a influência dessas descargas, o SF6 se decompõe, formando no ambiente fluoretos inferiores (SF2, SF4), que têm um efeito prejudicial nos materiais estruturais. aparelhagem completa isolada a gás (GIS).

Para evitar vazamentos, todas as superfícies de elementos individuais de peças metálicas e grades de células são limpas e lisas e não devem apresentar rugosidade e rebarbas. A obrigação de cumprir esses requisitos é ditada pelo fato de que sujeira, poeira e partículas de metal também criam tensões locais no campo elétrico e, portanto, a rigidez dielétrica do isolamento SF6 se deteriora.

A alta rigidez dielétrica do gás SF6 permite reduzir as distâncias de isolamento a baixa pressão de trabalho do gás, o que reduz o peso e as dimensões do equipamento elétrico. Isso, por sua vez, permite reduzir o tamanho do quadro, o que é muito importante, por exemplo, para as condições do norte, onde cada metro cúbico de instalação é muito caro.

A alta rigidez dielétrica do gás SF6 fornece um alto grau de isolamento com dimensões e distâncias mínimas, e a boa capacidade de extinção de arco e capacidade de resfriamento do SF6 aumenta a capacidade de interrupção dos dispositivos de comutação e reduz aquecimento de partes vivas.

O uso do gás SF6 permite, em igualdade de outras condições, aumentar a carga atual em 25% e a temperatura permitida dos contatos de cobre até 90 ° C (no ar 75 ° C) devido à resistência química, não inflamabilidade, segurança contra incêndio e maior capacidade de resfriamento do gás SF6.

Uma desvantagem do SF6 é sua transição para o estado líquido em temperaturas relativamente altas, o que impõe requisitos adicionais para o regime de temperatura do equipamento de SF6 em operação. A figura mostra a dependência do estado do gás SF6 com a temperatura.

Gráfico do estado do gás SF6 versus temperatura

Para a operação do equipamento SF6 em temperaturas negativas menos 40 gr, é necessário que a pressão do gás SF6 no aparelho não exceda 0,4 MPa a uma densidade não superior a 0,03 g / cm3.

À medida que a pressão aumenta, o gás SF6 se liquefaz a uma temperatura mais alta. portanto, para melhorar a confiabilidade do equipamento elétrico em temperaturas de aproximadamente menos 40 ° C, ele deve ser aquecido (por exemplo, o reservatório de um disjuntor SF6 é aquecido a mais 12 ° C para evitar a passagem do gás SF6 para um líquido estado).

A capacidade de arco do gás SF6, outras coisas sendo iguais, é várias vezes maior que a do ar. Isso é explicado pela composição do plasma e a dependência da temperatura da capacidade de calor, calor e condutividade elétrica.

No estado de plasma, as moléculas de SF6 se desintegram. Em temperaturas da ordem de 2000 K, a capacidade calorífica do gás SF6 aumenta acentuadamente devido à dissociação das moléculas. Portanto, a condutividade térmica do plasma na faixa de temperatura de 2.000 a 3.000 K é muito maior (em duas ordens de grandeza) do que a do ar. Em temperaturas da ordem de 4000 K, a dissociação das moléculas diminui.

Ao mesmo tempo, o enxofre atômico de baixo potencial de ionização formado no arco SF6 contribui para uma concentração de elétrons suficiente para manter o arco mesmo em temperaturas da ordem de 3000 K. À medida que a temperatura aumenta ainda mais, a condutividade do plasma diminui, atingindo a condutividade térmica do ar e depois aumenta novamente. Tais processos reduzem a tensão e a resistência de um arco de queima no gás SF6 em 20 - 30% em comparação com um arco no ar a temperaturas da ordem de 12.000 - 8.000 K. Como resultado, a condutividade elétrica do plasma diminui.

Em temperaturas de 6000 K, o grau de ionização do enxofre atômico é significativamente reduzido e o mecanismo de captura de elétrons por flúor livre, fluoretos inferiores e moléculas de SF6 é aprimorado.

Em temperaturas de cerca de 4000 K, a dissociação das moléculas termina e a recombinação das moléculas começa, a densidade eletrônica diminui ainda mais à medida que o enxofre atômico se combina quimicamente com o flúor. Nesta faixa de temperatura, a condutividade térmica do plasma ainda é significativa, o arco é resfriado, isso também é facilitado pela remoção de elétrons livres do plasma devido à sua captura por moléculas de SF6 e flúor atômico. A rigidez dielétrica da lacuna aumenta gradualmente e eventualmente se recupera.

Uma característica da extinção do arco no gás SF6 reside no fato de que, em uma corrente próxima a zero, a haste fina do arco ainda é mantida e se rompe no último momento do cruzamento da corrente pelo zero.Além disso, depois que a corrente passa por zero, a coluna de arco residual no gás SF6 esfria intensamente, inclusive devido ao aumento ainda maior da capacidade térmica do plasma em temperaturas da ordem de 2.000 K, e a rigidez dielétrica aumenta rapidamente .

O aumento da rigidez dielétrica do gás SF6 (1) e do ar (2)

Essa estabilidade da queima do arco no gás SF6 para valores mínimos de corrente em temperaturas relativamente baixas resulta na ausência de interrupções de corrente e grandes sobretensões durante a extinção do arco.

No ar, a rigidez dielétrica da lacuna no momento em que a corrente do arco cruza o zero é maior, mas devido à grande constante de tempo do arco no ar, a taxa de aumento da rigidez dielétrica após a corrente cruzar o zero é menor.