エレガとその特性

SF6 ガス (電気ガス) は六フッ化硫黄 SF6 (6 つのフッ素) です… SF6 ガスは、SF6 絶縁セル要素の主な絶縁体です。

使用圧力および常温では、SF6 ガス - 無色、無臭、不燃性のガスで、空気より 5 倍重く (密度 6.7 対空気の 1.29)、分子量も空気の 5 倍です。

SF6 ガスは老化しません。つまり、時間が経っても特性が変化しません。放電中に分解しますが、すぐに再結合して元の絶縁耐力を回復します。

SF6 ガスは、1000 K までの温度では不活性で耐熱性があり、約 500 K の温度までは化学的に不活性で、SF6 開閉装置の構造に使用される金属に対して攻撃的ではありません。

電界中では、SF6 ガスは電子を捕捉する能力があり、その結果、SF6 ガスの絶縁耐力が高くなります。 SF6 ガスは電子を捕捉することにより、電界中でゆっくりと加速される低移動度イオンを形成します。

SF6 ガスの性能は均一な電界で向上するため、動作の信頼性を確保するには、開閉装置の個々の要素の設計で電界の最大限の均一性と均一性を保証する必要があります。

不均一な電界では、電界の局所的な過電圧が発生し、コロナ放電を引き起こします。これらの放電の影響により、SF6 は分解し、環境中で低級フッ化物 (SF2、SF4) を形成し、構造材料に悪影響を及ぼします。完全なガス絶縁開閉装置 (GIS)。

漏れを避けるために、金属部品の個々の要素およびセルのグリッドのすべての表面は清潔で滑らかであり、粗さやバリがあってはなりません。これらの要件を満たす義務は、汚れ、塵、金属粒子によっても電界に局所的な応力が生じ、SF6 絶縁体の絶縁耐力が低下するという事実によって決まります。

SF6 ガスの高い絶縁耐力により、ガスの低い使用圧力で絶縁距離を短縮でき、その結果、電気機器の重量と寸法が削減されます。これにより、開閉装置のサイズを縮小することが可能になります。これは、たとえば、敷地の 1 立方メートル当たりの価格が非常に高価である北部の状況では非常に重要です。

SF6 ガスの高い絶縁耐力は、最小限の寸法と距離で高度な絶縁を提供し、SF6 の良好な消弧能力と冷却能力により、スイッチング デバイスの遮断容量が増加し、スイッチング デバイスの遮断能力が向上します。 充電部の加熱.

SF6 ガスを使用すると、他の条件が同じであれば、電流負荷が 25% 増加し、耐薬品性、不燃性、火災安全性により、銅接点の許容温度が最大 90 °C (空気中 75 °C) まで増加します。 SF6 ガスの冷却能力が向上します。

SF6 の欠点は、比較的高温で液体状態に移行することであり、これにより、動作中の SF6 装置の温度領域に追加の要件が設定されます。図はSF6ガスの状態の温度依存性を示しています。

温度に対するSF6ガスの状態のグラフ

負の温度マイナス 40 gr で SF6 装置を操作するには、装置内の SF6 ガスの圧力が 0.03 g / cm3 以下の密度で 0.4 MPa を超えないことが必要です。

圧力が増加すると、SF6 ガスはより高い温度で液化します。したがって、約マイナス 40 °C の温度で電気機器の信頼性を向上させるには、電気機器を加熱する必要があります (たとえば、SF6 ガスが液体に混入するのを避けるために、SF6 サーキット ブレーカーのリザーバーはプラス 12 °C に加熱されます)州）。

SF6 ガスのアーク容量は、他の条件が同じであれば、空気のアーク容量よりも数倍大きくなります。これは、プラズマの組成と熱容量、熱および熱の温度依存性によって説明されます。 電気伝導性.

プラズマ状態では、SF6 分子は崩壊します。 2000 K 程度の温度では、分子の解離により SF6 ガスの熱容量が急激に増加します。したがって、2000 ～ 3000 K の温度範囲におけるプラズマの熱伝導率は、空気の熱伝導率よりもはるかに高くなります (2 桁)。 4000 K 程度の温度では、分子の解離が減少します。

同時に、SF6 アークで形成される低イオン化ポテンシャルの硫黄原子は、3000 K 程度の温度でもアークを維持するのに十分な電子の集中に寄与します。温度がさらに上昇すると、プラズマの伝導率が低下します。空気の熱伝導率に達し、その後再び増加します。このようなプロセスでは、12,000 ～ 8,000 K 程度の温度までの空気中でのアークと比較して、SF6 ガス中での燃焼アークの電圧と抵抗が 20 ～ 30% 低下します。その結果、プラズマの導電率が低下します。

6000 K の温度では、原子状硫黄のイオン化度が大幅に低下し、遊離フッ素、低級フッ化物、SF6 分子による電子捕獲機構が強化されます。

約 4000 K の温度では、分子の解離が終了し、分子の再結合が始まり、原子状硫黄がフッ素と化学結合するため、電子密度はさらに減少します。この温度範囲では、プラズマの熱伝導率は依然として大きく、アークは冷却されます。これは、SF6 分子とフッ素原子による自由電子の捕捉によるプラズマからの自由電子の除去によっても促進されます。ギャップの絶縁耐力は徐々に増加し、最終的には回復します。

SF6 ガス中でのアーク消弧の特徴は、ゼロに近い電流でも細いアークロッドが維持され、電流がゼロを通過する最後の瞬間に切れることにあります。さらに、電流がゼロを通過した後、2000 K 程度の温度でプラズマの熱容量がさらに大きく増加することなどにより、SF6 ガス内の残留アーク柱が集中的に冷却され、絶縁耐力が急速に増加します。 。

SF6ガス(1)と空気(2)の絶縁耐力の増加

比較的低温で最小電流値までの SF6 ガス中でのアーク燃焼のこのような安定性により、アーク消弧中に電流の中断や大きな過電圧が発生しません。

空気中では、アーク電流がゼロと交差する瞬間のギャップの絶縁耐力は大きくなりますが、空気中でのアークの時定数が大きいため、電流がゼロと交差した後の絶縁耐力の増加率は小さくなります。