Com esmorza el SF6 un arc?
Com funciona la extinció d'arc amb SF6 (Hexafluorur de Sulfur)
1. Propietats físiques i químiques del SF6
Força d'aïllament elevada: Les molècules de SF6 tenen una forta electronegativitat negativa, que els permet capturar ràpidament electrons lliures, formant ions negatius. Aquests ions negatius es mouen més lentament i són menys propensos a causar ionització, resultant en una forta capacitat d'aïllament del gas SF6. Això fa que el SF6 sigui molt superior a l'aire o al buit en termes d'aïllament.
Capacitat calorífica elevada: El SF6 té un pes molecular gran (aproximadament 146) i presenta una capacitat calorífica i conductivitat tèrmica elevades. Quan es genera un arc, el gas SF6 pot absorbir una quantitat significativa de calor, refredant ràpidament l'arc i reduint-ne la temperatura.
Estabilitat química: El SF6 és altament estable a temperatura ambient, però es descompon en compostos de fluor inferior (com el SF4, S2F10, etc.) a temperatures elevades (per exemple, durant l'arc). Aquests productes de descomposició es recombinen per formar SF6 un cop s'extingeix l'arc, restablint les propietats aïllants del gas.
2. Principis bàsics de la extinció d'arc amb SF6
Generació i extinció de l'arc: Quan un interruptor de circuit s'obre, els contactes es separen, i la corrent flueix a través de la petita fenda entre els contactes, formant un arc. La presència de l'arc genera temperatures locals elevades, causant que el material del contacte s'evapore i produeixi un gran nombre d'electrons lliures, que mantenen l'arc.
Rol del gas SF6:
Refredament ràpid de l'arc: El gas SF6 té una capacitat calorífica elevada i pot absorir ràpidament la calor generada per l'arc, fent que la temperatura de l'arc baixi ràpidament. A mesura que la temperatura disminueix, l'energia cinètica de les partícules carregades (electrons i ions) a l'arc disminueix, esgotant l'energia de l'arc.
Inhibició de l'ionització: Les molècules de SF6 poden capturar ràpidament electrons lliures de l'arc, formant ions negatius. Aquests ions negatius es mouen més lentament i són menys propensos a mantenir el procés d'ionització, inhibint així el desenvolupament continu de l'arc.
Restabliment de la força d'aïllament: Un cop s'extingeix l'arc, el gas SF6 restableix ràpidament les seves propietats aïllants. Gràcies a la seva superior capacitat d'aïllament comparada amb l'aire, l'aïllament entre els contactes es restableix ràpidament, prevenint que l'arc es reinici.
3. Procés detallat de la extinció d'arc amb SF6
Etapa inicial de formació de l'arc: A mesura que els contactes de l'interruptor de circuit comencen a separar-se, la corrent flueix a través de la petita fenda entre ells, formant un arc. La temperatura de l'arc augmenta ràpidament a diversos milers de graus Celsius, causant que el material del contacte s'evapore i produeixi un gran nombre d'electrons lliures.
Efecte de refredament del gas SF6: A mesura que es forma l'arc, el gas SF6 absorbeix ràpidament la calor generada per l'arc, fent que la temperatura de l'arc baixi. Simultàniament, les molècules de SF6 capturen electrons lliures de l'arc, formant ions negatius, que inhibeixen el procés d'ionització.
Extinció de l'arc: A mesura que la temperatura de l'arc disminueix, l'energia de les partícules carregades a l'arc disminueix gradualment, conduint a l'extinció completa de l'arc. En aquest moment, el gas SF6 restableix ràpidament les seves propietats aïllants, augmentant la força d'aïllament entre els contactes i prevenint que l'arc es reinici.
Recuperació post-arc: Un cop s'extingeix l'arc, els productes de descomposició del SF6 (com el SF4, S2F10, etc.) es recombinen ràpidament per formar SF6, restablint l'estructura química original i les propietats aïllants del gas. Aquest procés ocorre molt ràpidament, típicament en uns pocs mil·lisegons.
4. Avantatges de la extinció d'arc amb SF6
Extinció ràpida de l'arc: El gas SF6 pot extinguir l'arc gairebé instantàniament, normalment a prop de la creu zero de la corrent. Això redueix la durada de l'arc, minimitzant el daño als contactes.
Restabliment ràpid de l'aïllament: Un cop s'extingeix l'arc, el gas SF6 restableix ràpidament la seva força d'aïllament, prevenint que l'arc es reinici i assegurant una interrupció fiable de la corrent.
Aptitud per a tensions i corrents elevades: La forta capacitat d'aïllament i l'excel·lent rendiment en la extinció d'arc del SF6 ho fan particularment adequat per a aplicacions de tensions i corrents elevades, com en sistemes de transmissió d'alta tensió (UHV).
No hi ha risc d'incendi: El gas SF6 no és inflamable, eliminant el risc d'incendi que pot ocórrer amb els interruptors de circuit plens d'oli, fent-lo més segur per a l'ús en sistemes elèctrics.
5. Aplicacions de la extinció d'arc amb SF6
Interruptors de circuit de alta tensió: El gas SF6 s'utilitza ampliament en interruptors de circuit de alta tensió, especialment en sistemes que operen a 110kV i per sobre, inclosos els sistemes de transmissió d'alta tensió (UHV) i extra-alta tensió (EHV). Els interruptors de circuit SF6 ofereixen un excel·lent rendiment d'interrupció, un disseny compacte i una llarga vida útil, fent-los ideals per a operacions freqüents i interrupcions de corrent elevada.
Commutadors de càrrega i aïlladors: A més dels interruptors de circuit, el gas SF6 també s'utilitza en commutadors de càrrega i aïlladors, proporcionant aïllament i capacitats d'extinció d'arc fiables.
GIS (Equipament de Comutació Aïllat amb Gas): En els sistemes GIS, el gas SF6 serveix com a mitjà d'aïllament en equipament de comutació tancat, oferint connexions elèctriques de densitat elevada i aïllament fiable.
Resum
El gas SF6 extingeix eficientment els arcs utilitzant les seves superiors propietats d'aïllament, la capacitat calorífica elevada i el ràpid restabliment de la força d'aïllament. Aquest mecanisme eficient d'extinció d'arc fa que els interruptors de circuit SF6 siguin components essencials en sistemes de potència de alta tensió, assegurant una operació segura i fiable. El SF6 s'utilitza àmpliament en sistemes de transmissió i distribució de potència, on la seva capacitat per extinguir ràpidament els arcs i prevenir la reiniciació és crítica per mantenir la estabilitat i la seguretat del sistema.
