چگونه SF6 قوس الکتریکی را خاموش می‌کند

چگونه خنثی‌سازی قوس الکتریکی با SF6 (سدیم هگزافلوئورید) کار می‌کند

1. ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی SF6

• قدرت عایق بندی بالا: مولکول‌های SF6 دارای الکترونگاتیویت منفی قوی هستند که به آنها اجازه می‌دهد الکترون‌های آزاد را سریعاً جذب کرده و یون‌های منفی تشکیل دهند. این یون‌های منفی حرکت کندتری دارند و کمتر احتمال دارد تا یونیزاسیون رخ دهد، که منجر به قدرت عایق بندی بالای SF6 می‌شود. این موضوع SF6 را در مقایسه با هوا یا خلأ در زمینه عایق بندی بسیار برتر می‌سازد.

• ظرفیت گرمایی بالا: SF6 وزن مولکولی بالا (تقریباً ۱۴۶) دارد و ظرفیت گرمایی و هدایت حرارتی بالایی دارد. هنگامی که قوس الکتریکی ایجاد می‌شود، گاز SF6 می‌تواند مقدار قابل توجهی از گرما را جذب کند، قوس را سریعاً خنک کرده و دمای آن را کاهش دهد.

• پایداری شیمیایی: SF6 در دمای محیط پایدار است اما در دماهای بالا (مانند زمان ایجاد قوس) به ترکیبات فلوئورید پایین‌تر (مانند SF4، S2F10 و غیره) تجزیه می‌شود. این محصولات تجزیه پس از خاموش شدن قوس دوباره به SF6 ترکیب می‌شوند و قدرت عایق بندی گاز را بازیابی می‌کنند.

2. اصول اساسی خنثی‌سازی قوس الکتریکی با SF6

ایجاد و خاموش کردن قوس: هنگامی که دستگاه قطع‌کننده باز می‌شود، تماس‌ها از هم جدا می‌شوند و جریان از طریق فاصله کوچک بین تماس‌ها می‌گذرد و قوس الکتریکی تشکیل می‌شود. حضور قوس دماهای محلی بالا را ایجاد می‌کند که باعث بخار شدن مواد تماس و تولید تعداد زیادی الکترون آزاد می‌شود که قوس را حفظ می‌کنند.

نقش گاز SF6:

• سریع خنک کردن قوس: گاز SF6 دارای ظرفیت گرمایی بالا است و می‌تواند گرماهای تولید شده توسط قوس را سریعاً جذب کند و دمای قوس را کاهش دهد. با کاهش دما، انرژی جنبشی ذرات باردار (الکترون‌ها و یون‌ها) در قوس کاهش می‌یابد و انرژی قوس کاسته می‌شود.

• کاهش یونیزاسیون: مولکول‌های SF6 می‌توانند الکترون‌های آزاد را از قوس سریعاً جذب کرده و یون‌های منفی تشکیل دهند. این یون‌های منفی حرکت کندتری دارند و کمتر احتمال دارد تا فرآیند یونیزاسیون را ادامه دهند، بنابراین توسعه قوس را مهار می‌کنند.

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

3. فرآیند دقیق خنثی‌سازی قوس الکتریکی با SF6

• مرحله اولیه تشکیل قوس: هنگامی که تماس‌های قطع‌کننده شروع به جدا شدن می‌کنند، جریان از طریق فاصله کوچک بین آنها می‌گذرد و قوس الکتریکی تشکیل می‌شود. دمای قوس به سرعت به چند هزار درجه سانتیگراد افزایش می‌یابد و مواد تماس بخار می‌شوند و تعداد زیادی الکترون آزاد تولید می‌کنند.

• اثر خنک‌کننده گاز SF6: همزمان با تشکیل قوس، گاز SF6 گرماهای تولید شده توسط قوس را سریعاً جذب می‌کند و دمای قوس را کاهش می‌دهد. همزمان مولکول‌های SF6 الکترون‌های آزاد را از قوس جذب کرده و یون‌های منفی تشکیل می‌دهند که فرآیند یونیزاسیون را مهار می‌کنند.

• خاموش شدن قوس: همزمان با کاهش دمای قوس، انرژی ذرات باردار در قوس به تدریج کاهش می‌یابد و قوس کاملاً خاموش می‌شود. در این مرحله، گاز SF6 سریعاً قدرت عایق بندی خود را بازیابی می‌کند و قدرت عایق بندی 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 SF6 (مانند SF4، S2F10 و غیره) به سرعت دوباره به SF6 ترکیب می‌شوند و ساختار شیمیایی و قدرت عایق بندی گاز را بازیابی می‌کنند. این فرآیند بسیار سریع است و معمولاً در چند میلی‌ثانیه اتفاق می‌افتد.

4. مزایای خنثی‌سازی قوس الکتریکی با SF6

• خاموش شدن سریع قوس: گاز SF6 می‌تواند قوس را تقریباً فوراً خاموش کند، معمولاً نزدیک به صفرگذرن جریان. این امر مدت زمان قوس را کاهش می‌دهد و آسیب به تماس‌ها را کمینه می‌کند.

• بازیابی سریع قدرت عایق بندی: پس از خاموش شدن قوس، گاز SF6 سریعاً قدرت عایق بندی خود را بازیابی می‌کند و از دوباره روشن شدن قوس جلوگیری می‌کند و مطمئن می‌شود که جریان به درستی قطع می‌شود.

• مناسب برای ولتاژ و جریان بالا: قدرت عایق بندی بالا و عملکرد ممتاز خنثی‌سازی قوس SF6 آن را برای کاربردهای ولتاژ و جریان بالا، مانند سیستم‌های انتقال ولتاژ فوق بالا (UHV)، بسیار مناسب می‌سازد.

• عدم خطر آتش‌سوزی: گاز SF6 قابل اشتعال نیست و خطر آتش‌سوزی که در قطع‌کننده‌های پر از روغن وجود دارد را حذف می‌کند و آن را برای استفاده در سیستم‌های برق ایمن‌تر می‌کند.

5. کاربردهای خنثی‌سازی قوس الکتریکی با SF6

• قطع‌کننده‌های ولتاژ بالا: گاز SF6 به طور گسترده در قطع‌کننده‌های ولتاژ بالا، به ویژه در سیستم‌هایی که در ولتاژ ۱۱۰kV و بالاتر عمل می‌کنند، شامل سیستم‌های انتقال ولتاژ فوق بالا (UHV) و ولتاژ بسیار بالا (EHV) استفاده می‌شود. قطع‌کننده‌های SF6 عملکرد قطع ممتاز، طراحی فشرده و عمر مفید طولانی دارند که آنها را برای عملیات مکرر و قطع جریان‌های بالا مناسب می‌سازد.

• سوئیچ‌های بار و جداکننده‌ها: علاوه بر قطع‌کننده‌ها، گاز SF6 در سوئیچ‌های بار و جداکننده‌ها نیز استفاده می‌شود و قابلیت عایق بندی و خنثی‌سازی قوس معتبری ارائه می‌دهد.

• GIS (تجهیزات سوئیچ‌کننده عایق‌بندی شده با گاز): در سیستم‌های GIS، گاز SF6 به عنوان ماده عایق‌بندی در تجهیزات سوئیچ‌کننده بسته استفاده می‌شود و اتصالات الکتریکی با چگالی بالا و عایق بندی قابل اعتماد ارائه می‌دهد.

خلاصه

گاز SF6 با استفاده از قدرت عایق بندی فوق‌العاده، ظرفیت گرمایی بالا و بازیابی سریع قدرت عایق بندی، قوس‌های الکتریکی را به طور موثر خاموش می‌کند. این مکانیسم خنثی‌سازی قوس موثر، قطع‌کننده‌های SF6 را به مولفه‌های ضروری در سیستم‌های برق ولتاژ بالا تبدیل می‌کند که عملکرد ایمن و قابل اعتماد را تضمین می‌کنند. SF6 به طور گسترده در سیستم‌های انتقال و توزیع برق استفاده می‌شود که توانایی سریع خاموش کردن قوس و جلوگیری از دوباره روشن شدن آن برای حفظ پایداری و ایمنی سیستم بسیار مهم است.