Стартовая >> Оборудование >> Выключатели >> Технические характеристики элегаза

Технические характеристики элегаза

элегазовый выключатель

Рассмотрим характеристики элегаза применительно к его использованию в коммутационных электрических аппаратах высокого напряжения.
Представление о соотношении электрической прочности различных изоляционных сред, применяемых в выключателях, дает рис. 1. Как видно из рис. 1, электрическая прочность элегаза примерно в 2,5 раза выше электрической прочности воздуха и при избыточном давлении 0,25 МПа превышает прочность трансформаторного масла. Высокая электрическая прочность элегаза объясняется его электроотрицательными свойствами. В аппаратах высокого и сверхвысокого напряжений элегаз как изолирующая среда, используется при давлении 0,15 — 0,6 МПа. При этом обеспечивается необходимая электрическая прочность межэлектродных промежутков.

Зависимость давления смеси элегаза от температуры
Рис. 2. Зависимость давления смеси SF6 ( 60%) - N2 (40%) от температуры:
1 — линия насыщения для SF6; 2 — давление смеси в состоянии заполнения: 3 — парциальное давление элегаза: 4 — парциальное давление азота
Зависимость разрядного напряжения от давления элегаза
Рис. 1. Зависимость разрядного напряжения от давления между шарами диаметром 5 см при расстоянии 1 см между ними: 1 — элегаз; 2 — воздух: 3 — масло
Элегаз — тяжелая среда, и фазовые переходы (пар — жидкость, жидкость — пар) происходят при температурах, характерных для работы электрических аппаратов в ОРУ. Действительно, к примеру, давление пара Рнт при t = -45 °С составляет Рт = 0,35 МПа, при t = =-30 °С Рнх = 0,5 МПа (рис. 2). Обобщенная линия насыщения (кривая упругости пара), построенная на основе многочисленных экспериментов, приведена на рис. 2 (кривая 1). Фазовые переходы существенно ограничивают возможности повышения отключающей способности элегазовых выключателей за счет увеличения исходного давления Р0 элегаза, так как это неизбежно приводит к вынужденному уменьшению диапазона рабочих температур элегазового выключателя или к необходимости вводить нагревательное устройство. При температуре газовой среды Т менее 1400° К удельные теплоемкости Ср и С,, практически постоянны и не зависят от температуры и давления, однако 198 при анализе состояния среды в камере с электрической дугой следует учитывать, что быстрая диссоциация элегаза начинается при 2000 К с появлением новых частиц S, SF2, SF, S2. При 3000 К элегаза уже не существует, а продукты распада начинаются обогащаться ионами S + , F+, F~, S", т.е. среда представляет собой сложную многокомпонентную смесь. Поэтому в дугогасительных камерах элегазовых выключателей возможен лишь приближенный анализ термодинамического состояния среды с корректировкой по данным эксперимента.
Продукты разложения элегаза. Влажность в элегазовых выключателей. В нормативных документах по применению элегазового оборудования, в том числе по элегазовым выключателям, обязательно имеются пункты, которые предписывают тщательную очистку и осушку элегаза, периодический контроль за продуктами разложения и влажностью элегаза. Элегаз, который выпускается на химических заводах, имеет ряд примесей (CF4, SF4, S02F2, SOF2, водяной пар и т. д.). В частности присутствие фтористого углерода (CF4) снижает электрическую прочность товарного элегаза. Коррозионная способность элегаза объясняется наличием SF4, токсичные свойства — наличием S02F2, SOF2. Хотя количество этих примесей мало, перед употреблением в элегазовых выключателях требуются дополнительные мероприятия по его осушке и очистке.
Для слаботочных разрядов основным видом продуктов разложения является четырехфтористая сера SF4. Количество продуктов разложения элегаза при пробое зависит от энергии разряда, материала электродов, температуры среды. В продуктах разложения имеется и CF4, который, взаимодействуя с твердыми диэлектриками (внутренними изоляторами), способствует созданию полупроводниковых налетов. Последние резко снижают сопротивление утечки тока по поверхности изоляторов.
Значительный выход газообразных и твердых продуктов разложения имеется при сильноточной дуге. Хотя и здесь основным видом продуктов разложения является SF4, экспериментально зафиксировано и наличие продуктов гидролиза SF4 — фтористого тионила SOF2, а также фгороводорода HF. Эти соединения являются следствием наличия влаги (или оставшегося кислорода) в камере элегазового выключателя. При довольно высокой влажности возможно и появление таких кислот, как сернистая, серная, шестифтористо-кремневая. Следовательно, наличие влаги определяет образование токсичных соединений, широкого спектра коррозионно-активных соединений в камере элегазового выключателя. Поступление влаги в герметичную камеру элегазового выключателя осуществляется несколькими путями. В, частности, статические и динамические уплотнительные соединения создают условия для проникновения влаги в камеру элегазового выключателя.
Диффузия влаги через уплотнительные соединения может быть существенной при неудачном выборе материала уплотнения (прокладок), формы и размеров пазов, при деформации уплотнения и т.д. Стенки камеры элегазового выключателя, токопроводы, изоляционные материалы внутри камеры элегазового выключателя являются адсорбирующими поверхностями и значительно влияют на влажность газовой среды, особенно при резких изменениях температуры и в начальный период после сборки элегазового выключателя и установки в эксплуатацию (первый год эксплуатации). К примеру, если внутренний изолятор элегазового выключателя хранился в помещении с относительной влажностью 80 % при 20 °С, то при установке его в камеру элегазового выключателя вносится количество влаги, которое почти в 40 раз превышает влагосодержание собственно элегаза при его точке росы — 39 °С.
Поэтому внутренние изоляторы (и изоляционные элементы) сразу после изготовления должны быть помещены в герметичные полиэтиленовые мешки для хранения. Некоторые фирмы помещают в мешок адсорбент или цветной индикатор, показывающий Благосостояние в герметичном мешке.
Контроль за влажностью среды. Так как изолирующая способность внутренней изоляции наиболее чувствительна к выпадению росы на ее поверхности, то считается, что точка росы тк является наиболее удачным параметром для описания влажности как в ГРУ, так и в элегазовых выключателях. Однако условия, приводящие к конденсации, характеризуются в значительной степени перепадом температур при резком снижении температуры, когда влага успевает перераспределиться между газом, поверхностью камер, изоляционными материалами (влагонесущими объектами). Поэтому измерения точки росы должны производиться не только в начальный пусковой период работы элегазового выключателя, но и периодически, с учетом максимальных колебаний температуры воздуха.
В элегазовом выключателе, который находится в эксплуатации, в дугогасительной камере обязательно должен быть адсорбент, количество которого должно быть достаточным для поглощения продуктов разложения и поддержание влажности внутри элегазового выключателя в пределах установленных норм в соответствии с гарантированным сроком эксплуатации элегазового выключателя. Это количество адсорбента зависит от числа разрывов в 200 одной камере н, от тока отключения Iо ном, регламентированного числа отключений   тока Iо.ном > массы изоляционных материалов, объема камеры, плотности элегаза, адсорбции изоляционных материалов. Правильный выбор средств осушки и поглощения продуктов разложения элегаза, уплотнительных соединений, высокий уровень технологии производства элегазовых выключателей , позволяют обеспечить малое количество продуктов разложения элегаза, стойкость конструкционных материалов, а, следовательно, надежность элегазовых выключателей  в эксплуатации.
Выбор конструкционных материалов определяется не только функциональным предназначением, но и стойкостью их к продуктам разложения элегаза. Нестойкими к продуктам разложения элегаза являются стали СтЗ, Ст40, медь марок Ml, МБ, серебро, латуни Л59, Л63. Стойкими зарекомендовали себя алюминий и его сплавы, нержавеющие стали и марок Ст20, Ст60С2, Ст10ХК, никель и т.д. Хорошо защищают металлы от коррозии лакокрасочные покрытия, никелевые покрытия. Цинкование, лужение, кадмирование нестойких металлов не приводят к существенному повышению их стойкости к продуктам разложения элегаза.
Из диэлектрических и уплотнительных материалов стойкими являются фторопласт, текстолит на основе лавсана, полиуретан, эпоксифторопласт, композиции на основе полидивинилового и полидивинилизопренового каучука и т.д. Без дополнительных защитных мер невозможно использование в элегазовых выключателях фарфора, бакелита, стеклотекстолита и кремнийорганических материалов. Ответственными элементами элегазовых выключателей  являются внутренние изоляторы (герметичные и опорные), которые изготавливаются из эпоксидных компаундов. Из отечественных смол целесообразно использовать ЭДЛ, ЭД-5. Кварцевый песок, который обычно применяется в качестве наполнителя, активно взаимодействует с продуктами разложения элегаза. Его следует заменить фтористым кальцием (КФ-1) и электрокорунтом КФ-4). Наиболее жесткие требования по химической стойкости предъявляются к конструкционным материалам, которые непосредственно используются в дугогасительных устройствах.
Использование смеси элегаз — азот. Для подготовки элегазового оборудования к работе в эксплуатации используется сухой азот. В частности, очистка и осушка внутренних полостей элегазового оборудования перед заполнением элегазом проводится по циклам, где многократно сочетаются продувка сухим азотом и вакуумирование. Проверка герметичности также осуществляется азотом. Поэтому использование смеси SF6 — N2 привлекало внимание разработчиков элегазового оборудования уже с первых шагов производства элегазовых выключателей.
С использованием смеси SF6 — азот в элегазовых выключателях предполагается упростить технологию подготовки элегазового выключателя к эксплуатации, стабилизировать разрядные характеристики газовых промежутков, повысить исходное давление в камерах элегазового выключателя (с целью повышения отключающей способности) без изменения нижнего предела рабочей температуры, улучшить работу элегазового выключателя при отключении неудаленных токов КЗ.
При разработке элегазовых выключателей  на низкие температуры (t = -40 °С, ри = = 0,7 МПа) обычно используется смесь (в мольных долях) — SF6 (60%) и N2 (40%), а при расчете состояния заполнения (рис. 2, линия 2) модель смеси принимается как идеальная.
Однако вопрос об использовании смеси элегаз-азот в элегазовых выключателях недостаточно изучен. В частности, известно, что фазовые переходы для смесей характеризуются нестабильностью (размытый фазовый переход) по сравнению с однокомпонентной средой. На этот переход существенно влияют пыль, влага, ионы, твердые частицы и т.д. Недостаточно исследованы разрядные характеристики смеси для длинных промежутков, взаимосвязь расстояния между контактами выключателя с отключающей способностью элегазового выключателя, поведение смеси длительное время в эксплуатации.

 
« Технические характеристики трехполюсных автоматических выключателей типа А3700   Требования предъявляемые к выключателям по ГОСТ 687—78 »
электрические сети