SF6-gas eller Sulfurtetrafluorgas egenskaber
Historie af SF6
SF6 eller sulfurhexafluorgas molekyler er kombineret af et sulfuratom og seks fluoratomer. Denne gas blev først opdaget i året 1900 i laboratorierne ved Faculte de Pharmacie de, i Paris. I 1937 realiserede General Electrical Company for første gang, at SF6-gas kunne bruges som gaseøse isoleringsmateriale. Efter Anden Verdenskrig, dvs. midt på 20. århundrede, begyndte populariteten af at bruge sulfurhexafluorgas som isoleringsmateriale i elektriske systemer at stige meget hurtigt. Allied Chemical Corporation og Pennsalt var de første amerikanske virksomheder, der begyndte at producere denne gas kommercielt i 1948. Under 1960 blev brugen af sulfurhexafluorgas i højspændingsafbrydere populær. Da efterspørgslen efter denne gas steg, begyndte mange producenter i Europa og Amerika at producere SF6-gas i stor skala på det tidspunkt. I starten blev SF6-gas kun brugt til isoleringsformål i elektriske systemer. Men snart blev det indset, at denne gas har en enorm buekvælende egenskab. Derfor begyndte denne gas også at blive brugt i afbrydere som buekvælende medium. Verdens første SF6-gasisolerede understation blev etableret i Paris i 1966. Sulfurhexafluormediumspændingsafbrydere blev lanceret på markedet fra 1971.
Produktion af SF6-gas
SF6-gas produceres kommercielt ved reaktion mellem fluor (opnået ved elektrolyse) og sulfur.
Under processen med at producere denne gas, dannes andre biprodukter som SF4, SF2, S2F2, S2F10 i små procentdeler. Ikke blot disse biprodukter, men også urenheder som luft, fugt og CO2 findes i gasen under produktion. Alle disse biprodukter og urenheder filtreres i forskellige renseringstrin for at få den rene og raffinerede endeprodukt.
Kemiske egenskaber af SF6-gas
For at undersøge kemiske egenskaber af SF6-gas, introducerer vi først strukturen af SF6-molekylet. I dette gasmolekyle er ét svovlatom omgivet af seks fluoratomer.
Sulphur har atomnummer 16. Elektronkonfigurationen for svovlatomet er 2, 8, 6, dvs. 1S2 2S2 2P6 3S2 3P4. Fluoratomet har atomnummer 9. Elektronkonfigurationen for fluor er 1S2 2S2 2P5. Hvert svovlatom i SF6-molekylet danner en kovalent binding med 6 fluoratomer. På denne måde får svovlatomet i alt 6 kovalente bindinger, dvs. 6 par elektroner i dens ydre skal, og hvert fluoratom får 8 elektroner i sin yderste skal.
NB: – Her kan vi observere, at i sulfurhexafluor external shell of sulphur atom has 12 electrons instead of 8 electrons. Det betyder, at her overholder sulfur ikke den generelle oktalregel for atomstruktur, som siger, at et stabil atom kræver 8 elektroner i dens yderste skal. Dette er ikke en undtagelse. Nogle elementer i 3. periode og nedover kan danne forbindelser, der overstiger 8 elektroner i dens yderste skal. Molekylstrukturen for denne gas vises nedenfor,
På denne måde opfylder SF6 fuldt ud en stabil strukturtilstand. Den effektive radius for et sulfurhexafluormolekyle er 2.385 A. Denne elektronkonfiguration og struktur af denne gas gør SF6 ekstremt stabil. Gasen kan være stabil uden nogen opløsning i dens molekylære struktur op til 500oC. Den er højst brandfarlig. H2O og Cl kan ikke reagere med denne gas. Den reagerer heller ikke med syre.
SF6-gas er en af de tungeste gasser. Tætheden af denne gas ved 20oC ved én atmosfærisk tryk er ca. 6.139 kg/m3, hvilket er ca. 5 gange højere end luft under samme forhold. Molekyla massen for denne gas er 146.06. Variationen i tryk med temperatur er lineær for sulfurhexafluorgas og det er lille inden for servicetemperaturen, dvs. fra -25 til +50oC. Volumetrisk specifik varmekapacitet for denne gas er også høj. Den er ca. 3,7 gange højere end for luft, og derfor har denne gas også en enorm køleffekt i elektrisk udstyr. Termisk ledningsevne for denne gas er ikke særlig høj, den er endda lavere end luft. Alligevel er den passende til køleffekt i afbrydere. Dette skyldes, at under dissoveation af sulfurhexafluormolekyler omkring elektriske buer, absorberer disse molekyler en høj mængde varme. Denne varme frigives, når molekylerne reformerer sig ved periferien af bue. Denne proces hjælper med at overføre varme fra en varm region til en kold region meget hurtigt. Derfor har denne gas en fremragende køleffekt ved høje temperaturer, selvom termisk ledningsevne for SF6 ikke er særlig høj.
Elektriske egenskaber af SF6 Gas
SF6-gas er højst elektronegativ. Pga. høj elektronegativitet absorberer den frie elektroner, der dannes pga. bue mellem kontakter i afbrydere. Kombinationen af frie elektroner med molekyler producerer tunge og store ioner, som har meget lav mobilitet. På grund af absorptionen af frie elektroner og lav mobilitet af ioner har SF6 en fremragende dielektrisk egenskab. Dielektrisk styrke for SF6-gas er ca. 2,5 gange højere end for luft.
