چگونه SF6 قوس الکتریکی را خاموش می‌کند

چگونه خاموش کننده قوس سولفور هگزا فلوئورید (SF6) کار می‌کند

1. ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی SF6

• قدرت عایق‌بندی بالا: مولکول‌های SF6 دارای الکترونگاتیو منفی قوی هستند که به آنها اجازه می‌دهد تا الکترون‌های آزاد را به سرعت جذب کرده و یون‌های منفی را تشکیل دهند. این یون‌های منفی با سرعت کمتری حرکت می‌کنند و احتمال کمتری برای ایجاد یونیزاسیون دارند، که منجر به قدرت عایق‌بندی بالای گاز SF6 می‌شود. این موضوع SF6 را در مقایسه با هوا یا خلاء در زمینه عایق‌بندی بسیار برتر می‌سازد.

• ظرفیت حرارتی بالا: SF6 دارای وزن مولکولی بزرگ (تقریباً 146) است و ظرفیت حرارتی و هدایت حرارتی بالا را نشان می‌دهد. وقتی یک قوس ایجاد می‌شود، گاز SF6 می‌تواند مقدار زیادی از حرارت را جذب کند، قوس را به سرعت خنک کرده و دمای آن را کاهش می‌دهد.

• پایداری شیمیایی: SF6 در دمای اتاق بسیار پایدار است اما در دماهای بالا (مثلاً در حین ایجاد قوس) به ترکیبات فلوئورید پایین‌تر (مانند SF4، S2F10 و غیره) تجزیه می‌شود. این محصولات تجزیه شده پس از خاموش شدن قوس دوباره به SF6 ترکیب می‌شوند و ویژگی‌های عایق‌بندی گاز را بازیابی می‌کنند.

2. اصول اساسی خاموش کردن قوس توسط SF6

ایجاد و خاموش کردن قوس: هنگامی که قطع‌کننده برق باز می‌شود، تماس‌ها از هم جدا می‌شوند و جریان از طریق فاصله کوچک بین تماس‌ها عبور می‌کند و قوسی ایجاد می‌کند. حضور قوس دماهای محلی بالا را ایجاد می‌کند که موجب بخار شدن ماده تماس و تولید تعداد زیادی الکترون آزاد می‌شود که قوس را حفظ می‌کنند.

نقش گاز SF6:

• سریع خنک کردن قوس: گاز SF6 دارای ظرفیت حرارتی بالا است و می‌تواند حرارت تولید شده توسط قوس را به سرعت جذب کرده و دمای قوس را به سرعت کاهش دهد. با کاهش دما، انرژی جنبشی ذرات باردار (الکترون‌ها و یون‌ها) در قوس کاهش می‌یابد و انرژی قوس کم می‌شود.

• کاهش یونیزاسیون: مولکول‌های SF6 می‌توانند الکترون‌های آزاد از قوس را به سرعت جذب کرده و یون‌های منفی را تشکیل دهند. این یون‌های منفی با سرعت کمتری حرکت می‌کنند و احتمال کمتری برای حفظ فرآیند یونیزاسیون دارند، بنابراین ادامه توسعه قوس را متوقف می‌کنند.

• بازیابی قدرت عایق‌بندی: پس از خاموش شدن قوس، گاز SF6 به سرعت ویژگی‌های عایق‌بندی خود را بازیابی می‌کند. به دلیل قدرت عایق‌بندی بالاتر نسبت به هوا، عایق‌بندی بین تماس‌ها به سرعت بازیابی می‌شود و از دوباره روشن شدن قوس جلوگیری می‌کند.

3. فرآیند دقیق خاموش کردن قوس توسط SF6

• مرحله اولیه تشکیل قوس: هنگامی که تماس‌های قطع‌کننده شروع به جدایی می‌کنند، جریان از طریق فاصله کوچک بین آنها عبور می‌کند و قوسی ایجاد می‌کند. دمای قوس به سرعت به چند هزار درجه سانتیگراد افزایش می‌یابد و ماده تماس را بخار می‌کند و تعداد زیادی الکترون آزاد تولید می‌کند.

• اثر خنک‌کننده گاز SF6: هنگام تشکیل قوس، گاز SF6 حرارت تولید شده توسط قوس را به سرعت جذب می‌کند و دمای قوس را کاهش می‌دهد. همزمان، مولکول‌های SF6 الکترون‌های آزاد از قوس را جذب کرده و یون‌های منفی را تشکیل می‌دهند که فرآیند یونیزاسیون را کاهش می‌دهند.

• خاموش شدن قوس: با کاهش دمای قوس، انرژی ذرات باردار در قوس به تدریج کاهش می‌یابد و قوس کاملاً خاموش می‌شود. در این مرحله، گاز SF6 به سرعت ویژگی‌های عایق‌بندی خود را بازیابی می‌کند، قدرت عایق‌بندی بین تماس‌ها افزایش می‌یابد و از دوباره روشن شدن قوس جلوگیری می‌کند.

• بازیابی پس از خاموش شدن قوس: پس از خاموش شدن قوس، محصولات تجزیه شده SF6 (مانند SF4، S2F10 و غیره) به سرعت دوباره ترکیب می‌شوند و SF6 را تشکیل می‌دهند، ساختار شیمیایی و ویژگی‌های عایق‌بندی گاز را بازیابی می‌کنند. این فرآیند بسیار سریع انجام می‌شود، معمولاً در چند میلی‌ثانیه.

4. مزایای خاموش کردن قوس توسط SF6

• خاموش کردن سریع قوس: گاز SF6 می‌تواند قوس را تقریباً فوراً خاموش کند، معمولاً نزدیک به صفر گذار جریان. این کار مدت زمان قوس را کاهش می‌دهد و آسیب به تماس‌ها را کم می‌کند.

• بازیابی سریع قدرت عایق‌بندی: پس از خاموش شدن قوس، گاز SF6 به سرعت قدرت عایق‌بندی خود را بازیابی می‌کند، از دوباره روشن شدن قوس جلوگیری می‌کند و قطع قطعی جریان را تضمین می‌کند.

• مناسب برای ولتاژ و جریان بالا: قدرت عایق‌بندی بالا و عملکرد ممتاز خاموش کردن قوس SF6 آن را برای کاربردهای ولتاژ و جریان بالا، مانند سیستم‌های انتقال ولتاژ فوق بالا (UHV)، مخصوصاً مناسب می‌سازد.

• عدم وجود خطر آتش‌سوزی: گاز SF6 قابل اشتعال نیست و خطر آتش‌سوزی که ممکن است در قطع‌کننده‌های پر شده با روغن رخ دهد را حذف می‌کند و آن را برای استفاده در سیستم‌های برق ایمن‌تر می‌کند.

5. کاربردهای خاموش کردن قوس توسط SF6

• قطع‌کننده‌های ولتاژ بالا: گاز SF6 به طور گسترده‌ای در قطع‌کننده‌های ولتاژ بالا، به خصوص در سیستم‌هایی که در 110kV و بالاتر عمل می‌کنند، از جمله سیستم‌های انتقال ولتاژ فوق بالا (UHV) و ولتاژ بسیار بالا (EHV) استفاده می‌شود. قطع‌کننده‌های SF6 عملکرد قطع ممتاز، طراحی فشرده و عمر خدمت طولانی را ارائه می‌دهند و برای عملیات مکرر و قطع جریان‌های بالا مناسب هستند.

• سوئیچ‌های بار و جداکننده‌ها: علاوه بر قطع‌کننده‌ها، گاز SF6 در سوئیچ‌های بار و جداکننده‌ها نیز استفاده می‌شود و قابلیت‌های عایق‌بندی و خاموش کردن قوس مطمئن را ارائه می‌دهد.

• GIS (تجهیزات تغییر دهنده برق عایق‌بندی شده با گاز): در سیستم‌های GIS، گاز SF6 به عنوان مedium عایق‌بندی در تجهیزات تغییر دهنده برق بسته شده استفاده می‌شود و اتصالات برق با چگالی بالا و عایق‌بندی مطمئن را ارائه می‌دهد.

خلاصه

گاز SF6 با استفاده از ویژگی‌های عایق‌بندی فوق‌العاده، ظرفیت حرارتی بالا و بازیابی سریع قدرت عایق‌بندی، قوس‌ها را به طور موثر خاموش می‌کند. این مکانیسم خاموش کردن قوس مؤثر قطع‌کننده‌های SF6 را به عنوان اجزای ضروری در سیستم‌های برق ولتاژ بالا می‌سازد و عملکرد ایمن و مطمئن را تضمین می‌کند. SF6 به طور گسترده‌ای در سیستم‌های انتقال و توزیع برق استفاده می‌شود، جایی که توانایی آن در خاموش کردن سریع قوس و جلوگیری از دوباره روشن شدن برای حفظ پایداری و ایمنی سیستم بسیار مهم است.