Как SF6 гаси дъга?
Как работи угасването на дъга с SF6 (шестфлуориден сулфур)
1. Физически и химически свойства на SF6
Висока изолационна способност: Молекулите на SF6 имат силна отрицателна електронегативност, която позволява бързо да уловят свободни електрони, формирайки отрицателни йони. Тези отрицателни йони се движат по-бавно и са по-малко склонни да причиняват йонизация, което води до високата изолационна способност на газа SF6. Това прави SF6 много по-ефективен от въздуха или вакуума като изолатор.
Висока теплопроводимост: SF6 има голяма молекулярна маса (приблизително 146) и показва висока теплопроводимост и термична проводимост. Когато се генерира дъга, газът SF6 може да абсорбира значително количество топлина, бързо охлаждайки дъгата и намалявайки нейната температура.
Химическа стабилност: SF6 е високо стабилен при нормална температура, но се разпада в по-ниски флуоридни спойки (например SF4, S2F10 и др.) при високи температури (например при дъга). След угасване на дъгата, продуктите от разпадането се рекомбинират обратно в SF6, възстановявайки изолационните свойства на газа.
2. Основни принципи на угасването на дъга с SF6
Генериране и угасване на дъга: Когато автоматично прекъсвател се отваря, контактите се разделят, а токът преминава през малката щепа между контактите, формирайки дъга. Присъствието на дъга генерира локализирано висока температура, причиняваща материалът на контактите да се парафирира и да произведе голямо количество свободни електрони, които поддържат дъгата.
Ролята на газа SF6:
Бързо охлаждане на дъгата: Газът SF6 има висока теплопроводимост и може бързо да абсорбира топлината, генерирана от дъгата, причинявайки температурата на дъгата да падне бързо. С намаляването на температурата, кинетичната енергия на заредените частици (електрони и йони) в дъгата намалява, опразнявайки енергията на дъгата.
Поддаване на йонизация: Молекулите на SF6 могат бързо да уловят свободни електрони от дъгата, формирайки отрицателни йони. Тези отрицателни йони се движат по-бавно и са по-малко склонни да поддържат процеса на йонизация, следователно инхибиращи продължаващото развитие на дъгата.
Възстановяване на изолационната способност: След угасване на дъгата, газът SF6 бързо възстановява своите изолационни свойства. Благодарение на своята по-висока изолационна способност в сравнение с въздуха, изолацията между контактите бързо се възстановява, предотвратявайки повторното запалване на дъгата.
3. Подробен процес на угасването на дъга с SF6
Начален етап на формирането на дъга: Когато контактите на автоматично прекъсвател започнат да се разделят, токът преминава през малката щепа между тях, формирайки дъга. Температурата на дъгата бързо се повишава до няколко хиляди градуса Целзий, причинявайки материалът на контактите да се парафирира и да произведе голямо количество свободни електрони.
Охладителен ефект на газа SF6: По време на формирането на дъгата, газът SF6 бързо абсорбира топлината, генерирана от дъгата, причинявайки температурата на дъгата да падне. Едновременно, молекулите на SF6 улавят свободни електрони от дъгата, формирайки отрицателни йони, които поддават процеса на йонизация.
Угасване на дъгата: С намаляването на температурата на дъгата, енергията на заредените частици в дъгата постепенно намалява, довеждайки до пълното угасване на дъгата. В този момент, газът SF6 бързо възстановява своите изолационни свойства, увеличавайки изолационната способност между контактите и предотвратявайки повторното запалване на дъгата.
Възстановяване след угасване на дъгата: След угасването на дъгата, продуктите от разпадането на SF6 (например SF4, S2F10 и др.) бързо се рекомбинират, формирайки SF6, възстановявайки оригиналната химическа структура и изолационните свойства на газа. Този процес се случва много бързо, обикновено в рамките на няколко милисекунди.
4. Предимства на угасването на дъга с SF6
Бързо угасване на дъгата: Газът SF6 може почти мигновено да угаси дъгата, обикновено близо до нулевия пресичане на тока. Това намалява продължителността на дъгата, минимизирайки повредите на контактите.
Бързо възстановяване на изолацията: След угасването на дъгата, газът SF6 бързо възстановява своята изолационна способност, предотвратявайки повторното запалване на дъгата и осигурявайки надеждно прекъсване на тока.
Подходящост за високо напрежение и висок ток: Високата изолационна способност и отличната способност за угасване на дъга на SF6 го правят особено подходящ за приложения с високо напрежение и висок ток, като в системите за свръхвисоко напрежение (UHV).
Отсъствие на риск от пожар: Газът SF6 не е горив, което елиминира риска от пожар, който може да възникне при масло-напълнени автоматични прекъсватели, правейки го по-безопасен за използване в електрически системи.
5. Приложения на угасването на дъга с SF6
Автоматични прекъсватели с високо напрежение: Газът SF6 широко се използва в автоматични прекъсватели с високо напрежение, особено в системи, работещи на напрежение 110kV и по-високо, включително UHV и EHV системи. Автоматичните прекъсватели с SF6 предлагат отлична способност за прекъсване, компактен дизайн и дълъг срок на полезност, правейки ги идеални за често използване и прекъсване на висок ток.
Предаватели на натоварване и изолатори: Освен в автоматични прекъсватели, газът SF6 се използва и в предаватели на натоварване и изолатори, предоставяйки надеждна изолация и способности за угасване на дъга.
GIS (газово изолирано комутационно устройство): В GIS системи, газът SF6 служи като изолатор в затворени комутационни устройства, предлагайки високоплотни електрически връзки и надеждна изолация.
Резюме
Газът SF6 ефективно угасва дъги, използвайки своите превъзходни изолационни свойства, висока теплопроводимост и бързо възстановяване на изолационната способност. Този ефективен механизъм за угасване на дъга прави автоматичните прекъсватели с SF6 ключови компоненти в системите с високо напрежение, осигурявайки безопасна и надеждна работа. SF6 широко се използва в системите за предаване и разпределение на електроенергия, където способността му да бързо угасва дъги и да предотвратява повторното им запалване е критична за поддържането на стабилността и безопасността на системата.
