Физико-химические свойства элегаза

Шестифтористая сера SF₆ (элегаз) относится к «электроотрицательным» газам, получившим такое название из-за способности их молекул захватывать свободные электроны, превращаясь в тяжелые и малоподвижные отрицательно заряженные ионы. Элегаз при нормальной температуре (20°С) и давлении 0,1 МПа представляет собой газ без цвета и запаха. Плотность его почти в 5 раз выше плотности воздуха, скорость звука в нем при температуре 30°С составляет 138,5 м/с (330 м/с в воздухе). Элегаз обладает низкой теплоемкостью в канале столба дуги и повышенной теплопроводностью горячих газов, окружающих столб дуги (2000 К). Это характеризует элегаз как среду, обладающую высокими теплопроводящими свойствами.

Чистый элегаз негорюч, бесцветен, инертен, нагревостоек до 800°С. Также он не имеет запаха и совершенно не ядовит. В химическом отношении элегаз так же неактивен по отношению к другим веществам, как и азот.

Одним из немногочисленных недостатков элегаза является способность разлагать влагосодержащие синтетические изоляционные материалы при соприкосновении с ними. Поэтому рекомендуется применять в элегазовых констукциях стойкие изоляционные материалы, например тефлон.

К недостаткам элегаза следует отнести высокую температуру сжижения. При давлении 1,5 МПа она составляет всего 6°С. Чтобы избежать сжижения элегаза, в выключателях с высоким давлением гасящей среды предусматривают автоматические нагреватели, поддерживающие постоянную температуру элегаза.

Кроме того, опыт и специальные исследования показали, что под влиянием электрической дуги или коронного разряда (теплоты) происходит разложение элегаза с образованием химически активных соединений. Газообразными продуктами разложения являются низшие фториды сред SF₂, SF₄.

Состав продуктов разложения (ПР) зависит от интенсивности дуги и от посторонних включений в элегазе: воздуха и влаги. Анализ ПР элегаза является мощным средством, указывающим, когда нужно ремонтировать оборудование и какова наиболее вероятная причина аварии.

Схема анализа – такая же, как при масляной изоляции: отбор проб дефектного элегаза, содержащего продукты разложения от теплоты дуги. Исследование дефектного элегаза включает в себя анализ ПР элегаза, содержания влаги в газе, определение интенсивности и длительности горения дуги. Основными инструментами, используемыми при анализе ПР, является газовый хромотограф с термоэлектронной ловушкой и пламенный спектрофотометр.

Анализ элегаза следует проводить:

- при приемочных испытаниях нового оборудования

- через регулярные промежутки времени в течение всего срока службы оборудования, сравнивая каждый раз результаты анализа с исходными данными;

- после каждой аварии до ремонта оборудования.

Молекулы элегаза достаточно термически достаточно стойки, однако, под влиянием высокой температуры дуги диссоцируют. При диссоциации поглощается много энергии, вследствие чего ствол дуги охлаждается, что способствует ее гашению. После погасания дуги происходит интенсивная рекомбинация ионов и элегаз самовосстанавливает свои свойства, хотя и не полностью. Для улавливания остаточных продуктов разложения применяют молекулярные фильтры или газоочистители из активированного алюминия. Но эти устройства не могут быть рассчитаны на весь объем продуктов разложения, образующихся в аварийных условиях, и рано или поздно требуется очистка элегаза от ПР и ревизия контактной системы выключателя.

Продукты разложения являются рекомбинацией низших фторидов серы с влагой и воздухом, находящимися в зоне диссоцированного элегаза. Их состав зависит от многих факторов: интенсивности и длительности дугового разряда, материала конструктивных элементов, содержания влаги и воздуха в элегазе.

Ход реакции может быть следующим: сначала SF₆ диссоцирует на SF_4, SF₂ и фториды металла. Фториды металла представляют собой твердые образования. Фториды серы являются газами и реагируют с кислородом воздушных включений, образуя SОF₄ и SОF₂. Дальнейшая диссоциация газов ведет к появлению SО₂ F₂, SF и SО₂. Другие побочные ПР вначале содержат F_2, SF, SF₂. Эти ПР диссоцируют дальше и приводят к ПР, показанным на рисунке 2.

Рисунок 2– Ход реакции разложения элегаза под действием теплоты дуги

Предполагается, что такой ход реакции и характер распределения ПР проявляется в результате коронного разряда, частичных разрядов и дугового разряда или под влиянием дуги отключения. Степень разложения будет зависеть от интенсивности и длительности этих процессов. Элегазовые выключатели даже после определенного числа нормальных коммутаций будут иметь концентрацию ПР, которая может оказаться недопустимой. Знание этой концентрации наряду с эксплуатационной предысторией выключателя необходимо для оценки надежности его работы.

Допустим, что в выключателе систематически фиксируется некоторое содержание SОF₂ и влаги. Если последующие анализы покажут резкое уменьшение влаги и увеличение концентрации SОF₂, следует предположить, что выключатель подвергается действию частичных разрядов, которые разлагают SF₆, и что происходит гидролиз ПР.

Пробы дефектного элегаза, направляемые в лабораторию для исследования, должны быть заключены в цилиндры из нержавеющей стали. Отбор проб упрощается при установке на оборудовании штуцеров для отбора газа. Текущий систематический анализ элегаза будет способствовать раннему обнаружению внутренних неисправностей оборудования, снизит аварийность, уменьшит затраты на ремонт и повысит надежность работы элегазового оборудования.

Дата добавления: 2015-09-05