SF6 ทำลายอาร์กได้อย่างไร

การทำงานของวงจรดับไฟฟ้าโดยใช้ SF6 (ซัลเฟอร์เฮกซาฟลูออไรด์)

1. คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของ SF6

• ความแข็งแรงในการฉนวนสูง: โมเลกุลของ SF6 มีความเป็นลบสูง ทำให้สามารถจับอิเล็กตรอนที่ไม่ผูกพันได้อย่างรวดเร็ว สร้างไอออนลบ ไอออนลบเหล่านี้เคลื่อนที่ช้าลงและมีโอกาสทำให้เกิดการไอโอไนซ์น้อยลง ทำให้ SF6 มีความแข็งแรงในการฉนวนสูง เมื่อเทียบกับอากาศหรือสุญญากาศ SF6 มีความเหนือกว่าอย่างมากในด้านการฉนวน

• ความจุความร้อนสูง: SF6 มีน้ำหนักโมเลกุลใหญ่ (ประมาณ 146) และมีความจุความร้อนและความนำความร้อนสูง เมื่อมีการสร้างอาร์คไฟฟ้า SF6 สามารถดูดซับความร้อนจำนวนมาก ทำให้อาร์คไฟฟ้าเย็นลงอย่างรวดเร็วและลดอุณหภูมิลง

• ความเสถียรทางเคมี: SF6 มีความเสถียรสูงที่อุณหภูมิห้อง แต่จะย่อยสลายเป็นสารฟลูออไรด์ที่มีระดับต่ำกว่า (เช่น SF4, S2F10 ฯลฯ) ที่อุณหภูมิสูง (เช่น ในระหว่างการสร้างอาร์คไฟฟ้า) ผลิตภัณฑ์จากการย่อยสลายเหล่านี้จะรวมตัวกลับเป็น SF6 เมื่ออาร์คไฟฟ้าดับ ทำให้คืนสภาพคุณสมบัติในการฉนวนของแก๊ส

2. หลักการพื้นฐานของการดับอาร์คไฟฟ้าโดยใช้ SF6

การสร้างและดับอาร์คไฟฟ้า: เมื่อสวิตช์วงจรเปิด คอนแทคแยกออกจากกัน และกระแสไฟฟ้าไหลผ่านช่องว่างเล็ก ๆ ระหว่างคอนแทค สร้างอาร์คไฟฟ้า การมีอาร์คไฟฟ้าทำให้เกิดอุณหภูมิสูงในบริเวณเฉพาะ ทำให้วัสดุคอนแทคระเหิดและสร้างอิเล็กตรอนที่ไม่ผูกพันจำนวนมาก ซึ่งสนับสนุนอาร์คไฟฟ้า

บทบาทของแก๊ส SF6:

• การทำให้อาร์คไฟฟ้าเย็นลงอย่างรวดเร็ว: แก๊ส SF6 มีความจุความร้อนสูงและสามารถดูดซับความร้อนที่สร้างโดยอาร์คไฟฟ้าอย่างรวดเร็ว ทำให้อุณหภูมิของอาร์คไฟฟ้าลดลงอย่างรวดเร็ว เมื่ออุณหภูมิลดลง พลังงานจลน์ของอนุภาคที่มีประจุ (อิเล็กตรอนและไอออน) ในอาร์คไฟฟ้าลดลง ทำให้พลังงานของอาร์คไฟฟ้าลดลง

• การยับยั้งการไอโอไนซ์: โมเลกุลของ SF6 สามารถจับอิเล็กตรอนที่ไม่ผูกพันจากอาร์คไฟฟ้าอย่างรวดเร็ว สร้างไอออนลบ ไอออนลบเหล่านี้เคลื่อนที่ช้าลงและมีโอกาสทำให้เกิดการไอโอไนซ์น้อยลง ทำให้ยับยั้งการพัฒนาของอาร์คไฟฟ้า

• การคืนสภาพคุณสมบัติในการฉนวน: หลังจากอาร์คไฟฟ้าดับ แก๊ส SF6 สามารถคืนสภาพคุณสมบัติในการฉนวนอย่างรวดเร็ว เนื่องจากมีความแข็งแรงในการฉนวนสูงกว่าอากาศ ความแข็งแรงในการฉนวนระหว่างคอนแทคจะคืนสภาพอย่างรวดเร็ว ป้องกันไม่ให้อาร์คไฟฟ้าเกิดขึ้นใหม่

3. กระบวนการละเอียดของการดับอาร์คไฟฟ้าโดยใช้ SF6

• ระยะเริ่มต้นของการสร้างอาร์คไฟฟ้า: เมื่อคอนแทคของสวิตช์วงจรเริ่มแยกออกจากกัน กระแสไฟฟ้าไหลผ่านช่องว่างเล็ก ๆ ระหว่างคอนแทค สร้างอาร์คไฟฟ้า อุณหภูมิของอาร์คไฟฟ้าเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วถึงหลายพันองศาเซลเซียส ทำให้วัสดุคอนแทคระเหิดและสร้างอิเล็กตรอนที่ไม่ผูกพันจำนวนมาก

• ผลการทำให้อาร์คไฟฟ้าเย็นลงของแก๊ส SF6: เมื่อมีการสร้างอาร์คไฟฟ้า แก๊ส SF6 ดูดซับความร้อนที่สร้างโดยอาร์คไฟฟ้าอย่างรวดเร็ว ทำให้อุณหภูมิของอาร์คไฟฟ้าลดลง พร้อมกับโมเลกุลของ SF6 จับอิเล็กตรอนที่ไม่ผูกพันจากอาร์คไฟฟ้า สร้างไอออนลบ ซึ่งยับยั้งกระบวนการไอโอไนซ์

• การดับอาร์คไฟฟ้า: เมื่ออุณหภูมิของอาร์คไฟฟ้าลดลง พลังงานของอนุภาคที่มีประจุในอาร์คไฟฟ้าลดลงอย่างค่อยเป็นค่อยไป จนกระทั่งอาร์คไฟฟ้าดับอย่างสมบูรณ์ ณ จุดนี้ แก๊ส SF6 สามารถคืนสภาพคุณสมบัติในการฉนวนอย่างรวดเร็ว เพิ่มความแข็งแรงในการฉนวนระหว่างคอนแทค และป้องกันไม่ให้อาร์คไฟฟ้าเกิดขึ้นใหม่

• การฟื้นฟูหลังจากอาร์คไฟฟ้าดับ: หลังจากอาร์คไฟฟ้าดับ ผลิตภัณฑ์จากการย่อยสลายของ SF6 (เช่น SF4, S2F10 ฯลฯ) รวมตัวกลับเป็น SF6 อย่างรวดเร็ว คืนสภาพโครงสร้างทางเคมีและคุณสมบัติในการฉนวนของแก๊ส กระบวนการนี้เกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว โดยทั่วไปภายในไม่กี่มิลลิวินาที

4. ข้อดีของการดับอาร์คไฟฟ้าโดยใช้ SF6

• การดับอาร์คไฟฟ้าอย่างรวดเร็ว: แก๊ส SF6 สามารถดับอาร์คไฟฟ้าได้เกือบในทันที โดยทั่วไปใกล้กับจุดเปลี่ยนศูนย์ของกระแสไฟฟ้า ทำให้ลดระยะเวลาของอาร์คไฟฟ้า ลดความเสียหายต่อคอนแทค

• การคืนสภาพคุณสมบัติในการฉนวนอย่างรวดเร็ว: หลังจากอาร์คไฟฟ้าดับ แก๊ส SF6 สามารถคืนสภาพคุณสมบัติในการฉนวนอย่างรวดเร็ว ป้องกันไม่ให้อาร์คไฟฟ้าเกิดขึ้นใหม่ และรับประกันการตัดกระแสไฟฟ้าได้อย่างเชื่อถือได้

• เหมาะสมสำหรับแรงดันและกระแสสูง: ความแข็งแรงในการฉนวนและการดับอาร์คไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยมของ SF6 ทำให้เหมาะสมสำหรับการใช้งานในระบบแรงดันและกระแสสูง เช่น ในระบบส่งกำลังไฟฟ้าแรงดันสูงมาก (UHV)

• ไม่มีความเสี่ยงจากไฟไหม้: แก๊ส SF6 เป็นสารไม่ติดไฟ ทำให้ไม่มีความเสี่ยงจากไฟไหม้ที่อาจเกิดขึ้นกับสวิตช์วงจรที่ใช้น้ำมัน ทำให้ปลอดภัยในการใช้งานในระบบไฟฟ้า

5. การใช้งานของการดับอาร์คไฟฟ้าโดยใช้ SF6

• สวิตช์วงจรแรงดันสูง: แก๊ส SF6 ใช้กันอย่างแพร่หลายในสวิตช์วงจรแรงดันสูง โดยเฉพาะในระบบที่ทำงานที่แรงดัน 110kV ขึ้นไป รวมถึงระบบส่งกำลังไฟฟ้าแรงดันสูงมาก (UHV) และแรงดันสูงมาก (EHV) สวิตช์วงจร SF6 มีประสิทธิภาพในการตัดกระแสไฟฟ้า ขนาดกะทัดรัด และอายุการใช้งานยาวนาน ทำให้เหมาะสมสำหรับการใช้งานบ่อยครั้งและการตัดกระแสไฟฟ้าสูง

• สวิตช์โหลดและสวิตช์แยก: นอกจากสวิตช์วงจรแล้ว แก๊ส SF6 ยังใช้ในสวิตช์โหลดและสวิตช์แยก ให้การฉนวนและคุณสมบัติในการดับอาร์คไฟฟ้าที่เชื่อถือได้

• GIS (Gas-Insulated Switchgear): ในระบบ GIS แก๊ส SF6 ใช้เป็นสารฉนวนในสวิตช์เกียร์แบบปิด ให้การเชื่อมต่อไฟฟ้าที่มีความหนาแน่นสูงและฉนวนที่เชื่อถือได้

สรุป

แก๊ส SF6 สามารถดับอาร์คไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยใช้คุณสมบัติในการฉนวนที่สูง ความจุความร้อนสูง และการคืนสภาพคุณสมบัติในการฉนวนอย่างรวดเร็ว กลไกการดับอาร์คไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพนี้ทำให้สวิตช์วงจร SF6 เป็นส่วนประกอบสำคัญในระบบไฟฟ้าแรงดันสูง รับประกันการดำเนินงานที่ปลอดภัยและเชื่อถือได้ SF6 ใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบส่งและกระจายกำลังไฟฟ้า ซึ่งความสามารถในการดับอาร์คไฟฟ้าอย่างรวดเร็วและป้องกันการเกิดอาร์คไฟฟ้าใหม่เป็นสิ่งสำคัญในการรักษาความมั่นคงและความปลอดภัยของระบบ