Elegas dan propertinya
Gas SF6 — gas listrik — adalah sulfur heksafluorida SF6 (enam fluor)… Gas SF6 adalah insulator utama dalam elemen sel berinsulasi SF6.
Pada tekanan kerja dan suhu normal gas SF6 — gas tidak berwarna, tidak berbau, tidak mudah terbakar, 5 kali lebih berat dari udara (densitas 6,7 vs 1,29 untuk udara), berat molekul juga 5 kali lipat dari udara .
Gas SF6 tidak menua, yaitu tidak mengubah sifat-sifatnya dari waktu ke waktu; itu terurai selama pelepasan listrik, tetapi dengan cepat bergabung kembali, mendapatkan kembali kekuatan dielektrik aslinya.
Pada suhu hingga 1000 K, gas SF6 inert dan tahan panas, hingga suhu sekitar 500 K secara kimia tidak aktif dan tidak agresif terhadap logam yang digunakan dalam konstruksi switchgear SF6.
Dalam medan listrik, gas SF6 memiliki kemampuan untuk menangkap elektron, sehingga menghasilkan kekuatan dielektrik gas SF6 yang tinggi. Dengan menangkap elektron, gas SF6 membentuk ion dengan mobilitas rendah yang dipercepat secara perlahan dalam medan listrik.
Kinerja gas SF6 meningkat dalam bidang yang seragam, oleh karena itu, untuk keandalan operasional, desain elemen individual dari switchgear harus menjamin keseragaman dan homogenitas medan listrik terbesar.
Dalam medan yang tidak homogen, tegangan lebih lokal dari medan listrik muncul, yang menyebabkan pelepasan korona. Di bawah pengaruh pelepasan ini, SF6 terurai, membentuk fluorida yang lebih rendah (SF2, SF4) di lingkungan, yang memiliki efek berbahaya pada bahan struktural. switchgear berinsulasi gas lengkap (GIS).
Untuk menghindari kebocoran, semua permukaan elemen individual dari bagian logam dan kisi-kisi sel bersih dan halus dan tidak boleh kasar dan kasar. Kewajiban untuk memenuhi persyaratan ini ditentukan oleh fakta bahwa kotoran, debu, partikel logam juga menciptakan tekanan lokal di medan listrik dan dengan demikian kekuatan dielektrik insulasi SF6 memburuk.
Kekuatan dielektrik yang tinggi dari gas SF6 memungkinkan untuk mengurangi jarak isolasi pada tekanan kerja gas yang rendah, akibatnya berat dan dimensi peralatan listrik berkurang. Ini, pada gilirannya, memungkinkan untuk mengurangi ukuran switchgear, yang sangat penting, misalnya untuk kondisi di utara, di mana setiap meter kubik ruangan sangat mahal.
Kekuatan dielektrik yang tinggi dari gas SF6 memberikan insulasi tingkat tinggi dengan dimensi dan jarak minimum, dan kemampuan pemadaman busur yang baik dan kemampuan pendinginan SF6 meningkatkan kapasitas pemutusan perangkat switching dan mengurangi memanaskan bagian aktif.
Penggunaan gas SF6 memungkinkan, kondisi lain dianggap sama, untuk meningkatkan beban saat ini sebesar 25% dan suhu kontak tembaga yang diizinkan hingga 90 ° C (di udara 75 ° C) karena ketahanan bahan kimia, tidak mudah terbakar, keamanan api dan kapasitas pendinginan gas SF6 yang lebih besar.
Kerugian SF6 adalah transisinya ke keadaan cair pada suhu yang relatif tinggi, yang menetapkan persyaratan tambahan untuk rezim suhu peralatan SF6 yang sedang beroperasi. Angka tersebut menunjukkan ketergantungan keadaan gas SF6 pada suhu.
Grafik keadaan gas SF6 versus suhu
Untuk pengoperasian peralatan SF6 pada suhu negatif minus 40 gr, tekanan gas SF6 dalam peralatan harus tidak melebihi 0,4 MPa dengan kepadatan tidak lebih dari 0,03 g / cm3.
Saat tekanan meningkat, gas SF6 akan mencair pada suhu yang lebih tinggi. oleh karena itu, untuk meningkatkan keandalan peralatan listrik pada suhu sekitar minus 40 ° C, peralatan tersebut harus dipanaskan (misalnya, reservoir pemutus sirkuit SF6 dipanaskan hingga plus 12 ° C untuk menghindari pelepasan gas SF6 menjadi cairan negara).
Kapasitas busur gas SF6, hal lain dianggap sama, beberapa kali lebih besar daripada udara. Ini dijelaskan oleh komposisi plasma dan ketergantungan suhu dari kapasitas panas, panas dan konduktivitas listrik.
Dalam keadaan plasma, molekul SF6 hancur. Pada suhu sekitar 2000 K, kapasitas panas gas SF6 meningkat tajam karena disosiasi molekul. Oleh karena itu, konduktivitas termal plasma pada kisaran suhu 2000 — 3000 K jauh lebih tinggi (dua kali lipat) daripada udara. Pada suhu urutan 4000 K, disosiasi molekul menurun.
Pada saat yang sama, belerang atom potensial ionisasi rendah yang terbentuk dalam busur SF6 berkontribusi pada konsentrasi elektron yang cukup untuk mempertahankan busur bahkan pada suhu sekitar 3000 K. Dengan meningkatnya suhu lebih jauh, konduktivitas plasma menurun , mencapai konduktivitas termal udara dan kemudian meningkat lagi. Proses semacam itu mengurangi tegangan dan resistansi busur pembakaran dalam gas SF6 sebesar 20-30% dibandingkan dengan busur di udara hingga suhu sekitar 12.000-8.000 K. Akibatnya, konduktivitas listrik plasma menurun.
Pada suhu 6000 K, derajat ionisasi sulfur atom berkurang secara signifikan dan mekanisme penangkapan elektron oleh molekul fluor bebas, fluorida rendah, dan SF6 ditingkatkan.
Pada suhu sekitar 4000 K, disosiasi molekul berakhir dan rekombinasi molekul dimulai, kerapatan elektron semakin berkurang karena atom belerang secara kimiawi bergabung dengan fluor. Pada kisaran suhu ini, konduktivitas termal plasma masih signifikan, busur didinginkan, hal ini juga difasilitasi oleh penghilangan elektron bebas dari plasma karena penangkapannya oleh molekul SF6 dan atom fluor. Kekuatan dielektrik celah secara bertahap meningkat dan akhirnya pulih.
Ciri pemadaman busur pada gas SF6 terletak pada kenyataan bahwa pada arus mendekati nol, batang busur tipis masih dipertahankan dan putus pada saat terakhir persilangan arus melalui nol.Selain itu, setelah arus melewati nol, kolom busur sisa dalam gas SF6 mendingin secara intensif, termasuk karena peningkatan kapasitas panas plasma yang lebih besar pada suhu sekitar 2000 K, dan kekuatan dielektrik meningkat dengan cepat. .
Peningkatan kekuatan dielektrik gas SF6 (1) dan udara (2)
Stabilitas pembakaran busur seperti itu dalam gas SF6 ke nilai arus minimum pada suhu yang relatif rendah menyebabkan tidak adanya gangguan arus dan tegangan berlebih yang besar selama pemadaman busur.
Di udara, kekuatan dielektrik celah pada saat arus busur melintasi nol lebih besar, tetapi karena konstanta waktu busur yang besar di udara, laju peningkatan kekuatan dielektrik setelah arus melintasi nol lebih kecil.