Глава первая
ИЗОЛЯЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ЭЛЕГАЗА 1. Элегаз — среда для электротехнического оборудования
Наиболее распространенными изоляционными, дугогасительными и охлаждающими средами, которые применяются в электротехническом оборудовании, являются минеральное масло и воздух. Газы по сравнению с маслом и твердыми изоляционными материалами имеют определенные преимущества, главные из которых: ничтожнейшая проводимость и практическое отсутствие диэлектрических потерь, независимость в однородном поле электрической прочности от частоты, неподверженность газовой изоляции заметным остаточным изменениям и малая загрязнённость под действием дуги и короны [4, 9, 10].
Электрическая прочность газовой изоляции в равномерных или слабо неравномерных полях увеличивается с ростом давления и при определенных условиях, как видно из рис. 1, где приведена зависимость пробивного напряжения υпр от расстояния между электродами s, прочность газовой изоляции может превысить электрическую прочность трансформаторного масла, фарфора и высокого вакуума.
Для упрощения конструкций оборудования с газовой изоляцией желательно, чтобы необходимая электрическая прочность была обеспечена при сравнительно небольшом избыточном давлении.
Однако при применении газа в электротехническом оборудовании, помимо изоляционных, необходимо учитывать и другие свойства газов, а именно: сам газ и продукты его разложения не должны быть токсичными; газ должен быть химически нейтрален по отношению к примененным в устройстве материалам; газ должен иметь низкую температуру сжижения, чтобы его можно было использовать при повышенных давлениях и требуемых по условиям эксплуатации температурах; газ должен обладать хорошей теплоотводящей способностью; диссоциация газа должна быть незначительной; газ должен быть пожаро- и взрывобезопасным; газ должен быть легко доступным и недорогим.
При использовании газа в коммутационных аппаратах необходимо, кроме того, чтобы газ обладал хорошей дугогасительной способностью.
С точки зрения доступности воздух имеет неоспоримое преимущество по сравнению со всеми другими газами, однако по совокупности требований он не всегда приемлем.
В табл. 1 приведены данные Гохберга об относительной электрической прочности различных электроотрицательных (пояснения даны в § 2) газов и паров. Там же указаны температуры кипения соответствующих соединений при нормальных атмосферных условиях. Из табл. 1 видно, что ряд газов и паров обладает электрической прочностью, значительно превосходящей электрическую прочность воздуха.
Рис. 1. Зависимости пробивного напряжения от расстояния между электродами 1 — воздух при давлении 28 кГ/см2; 2 — элегаз при давлении 7 кГ/см2; 3 — высокий вакуум; 4— трансформаторное масло; 5 — фарфор; 6 — элегаз при атмосферном давлении; 7 — воздух при атмосферном давлении
Однако лишь некоторые из них удовлетворяют требованиям, предъявляемым к электрической газовой изоляции. Так, многие из указанных в таблице веществ в обычных условиях находятся в жидком состоянии, как, например, ССl4, которая в газообразном состоянии имеет электрическую прочность в 6,3 раза большую, чем воздух. Многим веществам, кроме того, свойственно более или менее интенсивное разложение в электрическом разряде. Некоторые вещества при разложении выделяют свободный углерод, который, оседая на поверхности твердых изоляционных элементов конструкции, делает их проводящими.
Единственным газом, наиболее полно удовлетворяющим поставленным требованиям, является элегаз. Чистый газообразный элегаз совершенно безвреден, химически не активен, поэтому при обычных эксплуатационных условиях он не действует ни на какие материалы, применяемые в аппаратостроении, обладает повышенной теплоотводящей способностью и является очень хорошей дугогасительной средой, позволяющей производить отключение очень больших токов при чрезвычайно больших скоростях восстановления напряжения. В равномерном поле электрическая прочность элегаза в 2,3—2,5 выше прочности воздуха.
Низкие значения температур сжижения и сублимации дают возможность при обычных условиях эксплуатировать элегазовые аппараты без специального подогрева. Элегаз не горит и не поддерживает горения, следовательно, элегазовые аппараты являются взрыво- и пожаробезопасными.
Стоимость элегаза существенно зависит от объема его производства. На международном рынке элегаз продается по цене 3,75 долл, за килограмм. При большом его потреблении стоимость единицы объема элегаза, имеющего такую плотность, при которой достигается равная с маслом электрическая прочность, незначительно будет отличаться от стоимости единицы объема масла. Но при правильной эксплуатации элегаз не стареет и не требует поэтому такого тщательного ухода, как масло.
Таблица 1
1 Температура возгонки.
Конструктор должен хорошо знать свойства элегаза, чтобы в полной мере использовать его преимущества и свести к минимуму влияние слабых его сторон.
