Hur släcker SF6 en båge?

Hur SF6 (sulfhexafluorid) bågsläckning fungerar

1. Fysiska och kemiska egenskaper hos SF6

• Hög isoleringsstyrka: SF6-molekyler har en stark negativ elektronegativitet, vilket gör att de snabbt kan fånga fria elektroner och bildar negativa jon. Dessa negativa jon rör sig långsammare och är mindre benägna att orsaka jonisering, vilket resulterar i den höga isoleringsstyrkan hos SF6-gas. Detta gör att SF6 är betydligt överlägset jämfört med luft eller vakuum när det gäller isolering.

• Hög värmeemottagande kapacitet: SF6 har en stor molekylär massa (ungefär 146) och visar hög värmeemottagande kapacitet och termisk ledningsförmåga. När en båge genereras kan SF6-gas absorbera ett stort antal värme, svalkar snabbt bågen och minskar dess temperatur.

• Kemisk stabilitet: SF6 är mycket stabil vid rumstemperatur men dekomponerar till lägre fluorförbindelser (som SF4, S2F10, etc.) vid höga temperaturer (t.ex. under bågsläckning). Dessa dekompositionsprodukter återbildar SF6 när bågen släcks, vilket återställer gasens isolerande egenskaper.

2. Grundläggande principer för SF6 bågsläckning

Bågens uppbyggande och släckning: När en strömbrytare öppnas skiljs kontakterna åt, och ström går genom den lilla gapet mellan kontakterna, vilket bildar en båge. Bågens närvaro genererar lokala höga temperaturer, vilket orsakar att kontaktmaterialet ångar ut och producerar ett stort antal fria elektroner, vilket håller bågen vid liv.

SF6-gasens roll:

• Snabb kylning av bågen: SF6-gas har en hög värmeemottagande kapacitet och kan snabbt absorbera värmen som genereras av bågen, vilket leder till att bågens temperatur snabbt sjunker. När temperaturen sjunker minskar de uppladdade partiklernas (elektroner och jon) kinetiska energi, vilket utarmar bågens energi.

• Undertryckning av jonisering: SF6-molekyler kan snabbt fånga fria elektroner från bågen, vilket bildar negativa jon. Dessa negativa jon rör sig långsammare och är mindre benägna att bibehålla joniseringsprocessen, vilket hindrar den fortsatta utvecklingen av bågen.

• Återställning av isoleringsstyrka: Efter att bågen släcks återställer SF6-gas snabbt sin isolerande egenskap. På grund av dess överlägsna isoleringsstyrka jämfört med luft återställs isoleringen mellan kontakterna snabbt, vilket förhindrar att bågen tänds igen.

3. Detaljerad process för SF6 bågsläckning

• Inledande stadium av bågbildning: När strömbrytar-kontakterna börjar skiljas åt går ström genom det lilla gapet mellan dem, vilket bildar en båge. Bågens temperatur stiger snabbt till flera tusen grader Celsius, vilket orsakar att kontaktmaterialet ångar ut och producerar ett stort antal fria elektroner.

• Kylningsverkan av SF6-gas: När bågen bildas absorberar SF6-gas snabbt värmen som genereras av bågen, vilket leder till att bågens temperatur sjunker. Samtidigt fångar SF6-molekyler fria elektroner från bågen, vilket bildar negativa jon, vilket undertrycker joniseringsprocessen.

• Bågsläckning: När bågens temperatur sjunker minskar energin hos de uppladdade partiklerna i bågen gradvis, vilket leder till fullständig släckning av bågen. Vid detta tillfälle återställer SF6-gas snabbt sin isolerande egenskap, vilket ökar isoleringen mellan kontakterna och förhindrar att bågen tänds igen.

• Efterbågshämtning: Efter att bågen släcks återkombinerar dekompositionsprodukterna av SF6 (som SF4, S2F10, etc.) snabbt till SF6, vilket återställer gasens ursprungliga kemiska struktur och isolerande egenskaper. Denna process inträffar mycket snabbt, vanligtvis inom några millisekunder.

4. Fördelar med SF6 bågsläckning

• Snabb bågsläckning: SF6-gas kan släcka bågen nästan omedelbart, vanligtvis nära nollpasseringen av strömmen. Detta minskar bågens varaktighet, vilket minimerar skadan på kontakterna.

• Snabb återställning av isolering: Efter att bågen släcks återställer SF6-gas snabbt sin isoleringsstyrka, vilket förhindrar att bågen tänds igen och säkerställer en pålitlig avbrott av strömmen.

• Lämplighet för högspänning och högström: Den höga isoleringsstyrkan och den utmärkta bågsläckningsprestandan hos SF6 gör den särskilt lämplig för högspännings- och högströmsapplikationer, såsom i ultra-högspännings (UHV) transmissionsystem.

• Inget brandhot: SF6-gas är icke-brandbar, vilket eliminerar risken för brand som kan uppstå med oljefyllda strömbrytare, vilket gör den säkrare att använda i elektriska system.

5. Användningsområden för SF6 bågsläckning

• Högspänningsströmbrytare: SF6-gas används omfattande i högspänningsströmbrytare, särskilt i system som opererar vid 110kV och över, inklusive UHV och extra-högspännings (EHV) transmissionsystem. SF6-strömbrytare erbjuder utmärkt brytningsprestanda, kompakt design och lång livslängd, vilket gör dem idealiska för frekventa operationer och högströmsavbrott.

• Lastuttagare och isolatorer: Utöver strömbrytare används SF6-gas också i lastuttagare och isolatorer, vilket ger pålitlig isolering och bågsläckningskapacitet.

• GIS (gasisoleringsschakt): I GIS-system fungerar SF6-gas som isoleringsmedium i inneslutna schakt, vilket erbjuder högdensitets elektriska anslutningar och pålitlig isolering.

Sammanfattning

SF6-gas släcker effektivt bågar genom att utnyttja sina överlägsna isolerande egenskaper, höga värmeemottagande kapacitet och snabb återställning av isoleringsstyrka. Denna effektiva bågsläckningsmekanism gör SF6-strömbrytare till viktiga komponenter i högspänningskraftsystem, vilket säkerställer säker och pålitlig drift. SF6 används omfattande i kraftöverföring och distributionsystem, där dess förmåga att snabbt släcka bågar och förhindra återupptändning är kritisk för att upprätthålla systemets stabilitet och säkerhet.