Hvordan slukker SF6 en bue?

Hvordan SF6 (Sulfur Hexafluoride) Buekvælning Fungerer

1. Fysiske og Kjemiske Egenskaber af SF6

• Høj Isolationsstyrke: SF6-molekyler har en stærk negativ elektronegativitet, hvilket gør at de hurtigt kan fange frie elektroner, danner negative ioner. Disse negative ioner bevæger sig mere langsomt og er mindre tilbøjelige til at forårsage ionisering, hvilket resulterer i SF6-gasens høje isolationsstyrke. Dette gør SF6 langt superiør til luft eller vakuum med hensyn til isolation.

• Høj Varmekapacitet: SF6 har et stort molekylært vægt (omkring 146) og viser høj varmekapacitet og termisk ledningsevne. Når en bue dannes, kan SF6-gas absorbere en betydelig mængde varme, hurtigt køle buen og reducere dens temperatur.

• Kemisk Stabilitet: SF6 er meget stabil ved rumtemperatur, men opdeles til lavere fluorforbindelser (såsom SF4, S2F10, osv.) ved høje temperaturer (f.eks. under bueopbygning). Disse nedbrydningsprodukter rekomponerer sig tilbage til SF6, når bue er slukket, og gasserens isolerende egenskaber genoprettes.

2. Grundlæggende Principper for SF6 Buekvælning

Buedannelse og Slukning: Når en strømbryder åbnes, adskilles kontakterne, og strømmen løber igennem den lille kløft mellem kontakterne, danner en bue. Tilstedeværelsen af bue genererer lokal høj temperatur, som forårsager kontaktmaterialet at fordampes og producere en stor mængde frie elektroner, der vedligeholder bue.

Rolle af SF6 Gas:

• Hurtig Køling af Bue: SF6-gas har en høj varmekapacitet og kan hurtigt absorbere den varme, der dannes af bue, hvilket føder til en hurtig temperaturnedgang i bue. Når temperaturen falder, minker den kinetiske energi af de opladte partikler (elektroner og ioner) i bue, hvilket udtømmer buens energi.

• Inhibering af Ionisering: SF6-molekyler kan hurtigt fange frie elektroner fra bue, danner negative ioner. Disse negative ioner bevæger sig mere langsomt og er mindre tilbøjelige til at vedligeholde ioniseringsprocessen, hvilket forhindrer den fortsatte udvikling af bue.

• Genoprettelse af Isolationsstyrke: Efter bue er slukket, genopretter SF6-gas hurtigt sin isolerende egenskab. På grund af dens superiøre isolationsstyrke sammenlignet med luft, bliver isolationen mellem kontakterne hurtigt genoprettet, hvilket forhindrer bue i at tændes igen.

3. Detaljeret Proces for SF6 Buekvælning

• Indledende Stadium af Buedannelse: Da strømbryderkontakter begynder at adskilles, løber strømmen igennem den lille kløft mellem dem, danner en bue. Buens temperatur stiger hurtigt til flere tusinde grader Celsius, hvilket forårsager kontaktmaterialet at fordampes og producere en stor mængde frie elektroner.

• Køleffekt af SF6 Gas: Når bue dannes, absorberer SF6-gas hurtigt den varme, der dannes af bue, hvilket fører til en temperaturnedgang i bue. Samtidig fanger SF6-molekyler frie elektroner fra bue, danner negative ioner, som inhiberer ioniseringsprocessen.

• Buens Udløsning: Når buens temperatur falder, minker energien af de opladte partikler i bue gradvist, hvilket fører til den fuldstændige udløsning af bue. I dette øjeblik genopretter SF6-gas hurtigt sin isolerende egenskab, øger isolationen mellem kontakterne og forhindrer bue i at tændes igen.

• Efter-Bue Genoprettelse: Efter bue er slukket, rekomponerer nedbrydningsprodukterne af SF6 (såsom SF4, S2F10, osv.) hurtigt til SF6, genopretter gasens oprindelige kemiske struktur og isolerende egenskaber. Denne proces foregår meget hurtigt, typisk inden for få millisekunder.

4. Fordele ved SF6 Buekvælning

• Hurtig Bueudløsning: SF6-gas kan næsten øjeblikkeligt slukke bue, typisk nær nulpunktskrydset af strømmen. Dette reducerer buens varighed, minimerer skade på kontakterne.

• Hurtig Genoprettelse af Isolation: Efter bue er slukket, genopretter SF6-gas hurtigt sin isolationsstyrke, forhindrer bue i at tændes igen og sikrer en pålidelig afbrydelse af strømmen.

• Egnethed til Højt Spænding og Høj Strøm: Den høje isolationsstyrke og fremragende buekvælningsydeevne af SF6 gør det særligt egnet til højt-spændings- og høj-strøm-anvendelser, såsom i ultra-højt-spænding (UHV) transmissionsystemer.

• Ingen Brandrisiko: SF6-gas er ikke brandbar, hvilket eliminerer brandrisikoen, der kan opstå med oliefyldte strømbrydere, gør det sikrere at bruge i elektriske systemer.

5. Anvendelser af SF6 Buekvælning

• Højt-Spændingsstrømbrydere: SF6-gas anvendes bredt i højt-spændingsstrømbrydere, især i systemer, der opererer på 110kV og over, herunder UHV og ekstra-højt-spænding (EHV) transmissionsystemer. SF6-strømbrydere tilbyder fremragende afbrydelsesydeevne, kompakt design og lang levetid, gør dem ideelle til hyppige operationer og høj-strøm-afbrydelser.

• Belastningskontakter og Afskærmere: Ud over strømbrydere anvendes SF6-gas også i belastningskontakter og afskærmere, giver pålidelig isolation og buekvælningskapacitet.

• GIS (Gas-isoleret Skifter): I GIS-systemer fungerer SF6-gas som isoleringsmedium i lukkede skifter, tilbyder højdensitets elektriske forbindelser og pålidelig isolation.

Oversigt

SF6-gas effektivt slukker bue ved at udnytte dets superiøre isolerende egenskaber, høj varmekapacitet og hurtig genoprettelse af isolationsstyrke. Denne effektive buekvælningsmekanisme gør SF6-strømbrydere til essentielle komponenter i højt-spændings strømsystemer, sikrer sikker og pålidelig drift. SF6 anvendes bredt i strømtransmissions- og -fordelingsystemer, hvor dets evne til hurtigt at slukke bue og forhindre genopblusning er afgørende for at opretholde systemets stabilitet og sikkerhed.