Hvordan slukker SF6 en bue?

Hvordan SF6 (sulfur heksafluorid) bueutslukking fungerer

1. Fysiske og kjemiske egenskaper til SF6

• Høy isolasjonsevne: SF6-molekyler har en sterk negativ elektronegativitet, som lar dem raskt fange frie elektroner, danner negative ioner. Disse negative ionene beveger seg mye saktere og er mindre sannsynlige å forårsake ionisering, noe som fører til den høye isolasjonsevnen til SF6-gassen. Dette gjør at SF6 er langt bedre enn luft eller vakuum i isolasjonsmessig henseende.

• Høy varmekapasitet: SF6 har et stort molekylært vekt (omkring 146) og viser høy varmekapasitet og termisk ledningsevne. Når det dannes en bu, kan SF6-gassen absorbere en betydelig mengde varme, kjele buen raskt og redusere dens temperatur.

• Kjemisk stabilitet: SF6 er svært stabil ved romtemperatur, men dekomponerer seg til lavere fluorforbindelser (som SF4, S2F10, etc.) ved høye temperaturer (f.eks. under buedannelse). Disse nedbrytningsprodukter reknitter seg tilbake til SF6 når buen er slukket, og gassens isolasjonsegenskaper gjenopprettes.

2. Grunder for SF6-bueutslukking

Buedannelse og utslukking: Når en strømbryter åpnes, skiller kontaktpunktene seg, og strømmen går gjennom det lille gapet mellom kontaktpunktene, og dannes en bu. Buens tilstedeværelse genererer lokal høy temperatur, som fører til at kontaktmaterialet fordampes og produserer en stor mengde frie elektroner, som opprettholder buen.

Rollen til SF6-gassen:

• Rask kjøling av bu: SF6-gassen har høy varmekapasitet og kan raskt absorbere varmen som dannes av buen, noe som fører til at buens temperatur raskt synker. Når temperaturen synker, minker kinetisk energi hos de ladete partiklene (elektroner og ioner) i buen, og buens energi tømmes.

• Innhentering av ionisering: SF6-molekyler kan raskt fange frie elektroner fra buen, danne negative ioner. Disse negative ionene beveger seg mye saktere og er mindre sannsynlige å opprettholde ioniseringsprosessen, noe som hindrer buens videre utvikling.

• Gjenoppretting av isolasjonsevne: Etter at buen er slukket, gjenoppretter SF6-gassen raskt sine isolasjonsegenskaper. På grunn av dens overlegen isolasjonsevne sammenlignet med luft, gjenopprettes isolasjonen mellom kontaktpunktene raskt, og forhindrer at buen tennes på nytt.

3. Detaljert prosess for SF6-bueutslukking

• Inledende fase av buedannelse: Når kontaktpunktene i strømbryteren begynner å skilles, går strømmen gjennom det lille gapet mellom dem, og dannes en bu. Buens temperatur stiger raskt til flere tusen grader Celsius, som fører til at kontaktmaterialet fordampes og produserer en stor mengde frie elektroner.

• Kjølingseffekt av SF6-gassen: Når buen dannes, absorberer SF6-gassen raskt varmen som dannes av buen, noe som fører til at buens temperatur synker. Samtidig fanger SF6-molekyler frie elektroner fra buen, danne negative ioner, som innhenterer ioniseringsprosessen.

• Buens utslukking: Når buens temperatur synker, minker energien til de ladete partiklene i buen gradvis, noe som fører til full utslukking av buen. I dette punktet gjenoppretter SF6-gassen raskt sine isolasjonsegenskaper, øker isolasjonsevnen mellom kontaktpunktene og forhindrer at buen tennes på nytt.

• Etterbuegjenoppretting: Etter at buen er slukket, rekombinerer nedbrytningsprodukter av SF6 (som SF4, S2F10, etc.) raskt til SF6, gjenoppretter gassens opprinnelige kjemiske struktur og isolasjonsegenskaper. Denne prosessen foregår veldig raskt, typisk innen noen millisekunder.

4. Fordeler med SF6-bueutslukking

• Rask buutslukking: SF6-gassen kan slukke buen nesten umiddelbart, typisk nær null-krysset av strømmen. Dette reduserer buens varighet, minimerer skaden på kontaktpunktene.

• Rask gjenoppretting av isolasjon: Etter at buen er slukket, gjenoppretter SF6-gassen raskt sin isolasjonsevne, forhindrer at buen tennes på nytt og sikrer pålitelig avbryting av strømmen.

• Egnethet for høy spenning og høy strøm: Den høye isolasjonsevnen og den fremragende bueutslukningsprestasjonen til SF6 gjør den spesielt egnet for høy-spennings- og høy-strøm-applikasjoner, som i ultra-høy-spennings (UHV) transmisjonssystemer.

• Ingen brannfare: SF6-gassen er ikke brennbart, eliminere risiko for brann som kan oppstå med oljefylte strømbrytere, gjør den tryggere for bruk i elektriske systemer.

5. Anvendelser av SF6-bueutslukking

• Høy-spenningsstrømbrytere: SF6-gassen brukes vidt i høy-spenningsstrømbrytere, spesielt i systemer som opererer på 110kV og over, inkludert UHV og ekstra-høy-spennings (EHV) transmisjonssystemer. SF6-strømbrytere tilbyr fremragende brytingsprestasjon, kompakt design og lang levetid, gjør dem ideelle for hyppige operasjoner og høy-strøm-avbrytinger.

• Lastskiftere og isolatorer: I tillegg til strømbrytere, brukes SF6-gassen også i lastskiftere og isolatorer, gir pålitelig isolasjon og bueutslukningskapasiteter.

• GIS (gass-isoleret switchgear): I GIS-systemer, fungerer SF6-gassen som isolasjonsmedium i lukkede switchgear, tilbyr høy-tetthets elektriske koblinger og pålitelig isolasjon.

Oppsummering

SF6-gassen slukker effektivt buer ved å utnytte sine overlegne isolasjonsegenskaper, høy varmekapasitet og rask gjenoppretting av isolasjonsevne. Denne effektive bueutslukningsmekanismen gjør at SF6-strømbrytere er essensielle komponenter i høy-spennings strømsystemer, sikrer trygg og pålitelig drift. SF6 brukes vidt i strømtransmisjon og -distribusjonssystemer, der dens evne til raskt å slukke buer og forhindre nytenning er kritisk for å opprettholde systemets stabilitet og sikkerhet.