Диэлектрический газ
Диэлектрический газ , или изолирующий газ , представляет собой диэлектрический материал в газообразном состоянии. Его основная цель – предотвратить или быстро погасить электрические разряды . Диэлектрические газы используются в качестве электрических изоляторов в устройствах с высоким напряжением , например, в трансформаторах , автоматических выключателях (а именно, элегазовых выключателях ), распределительных устройствах (а именно, высоковольтных распределительных устройствах ), радиолокационных волноводах и т. д.
Для применения при высоком напряжении хороший диэлектрический газ должен иметь высокую диэлектрическую прочность , высокую термическую стабильность и химическую инертность по отношению к используемым конструкционным материалам, негорючесть и низкую токсичность , низкую температуру кипения , хорошие свойства теплопередачи и низкую стоимость. [1]
Наиболее распространенным диэлектрическим газом является воздух из-за его повсеместного распространения и низкой стоимости. Другим часто используемым газом является сухой азот .
В особых случаях, например, для переключателей высокого напряжения, газы с хорошими диэлектрическими свойствами и очень высоким напряжением пробоя необходимы высокоэлектроотрицательным присутствующими элементам, например галогенам . Предпочтение отдается , поскольку они быстро рекомбинируют с ионами, в разрядном канале. Галогенные газы очень агрессивны . Поэтому предпочтительны другие соединения, которые диссоциируют только по пути разряда; гексафторид серы , фторорганические соединения (особенно перфторуглероды ) и хлорфторуглероды Наиболее распространены .
Напряжение пробоя газов примерно пропорционально их плотности . Напряжение пробоя также увеличивается с увеличением давления газа. Многие газы имеют ограниченное верхнее давление из-за их сжижения .
Продукты разложения галогенсодержащих соединений возникновение коронных разрядов обладают высокой коррозионной активностью, поэтому следует предотвращать .
Накопление влаги может ухудшить диэлектрические свойства газа. анализ влажности Для раннего обнаружения этого используется .
Диэлектрические газы также могут служить хладагентами .
Вакуум является альтернативой газу в некоторых приложениях.
При необходимости можно использовать смеси газов. Добавление гексафторида серы может значительно улучшить диэлектрические свойства более плохих изоляторов, например гелия или азота. [2] Многокомпонентные газовые смеси могут обладать превосходными диэлектрическими свойствами; оптимальные смеси сочетают в себе газы, присоединяющие электроны ( гексафторид серы , октафторциклобутан ) с молекулами, способными термализовать (замедлить) ускоренные электроны (например, тетрафторметан , фтороформ ). Изоляционные свойства газа контролируются сочетанием присоединения электронов, рассеяния электронов и ионизации электронов . [3]
Атмосферное давление существенно влияет на изоляционные свойства воздуха. Приложения, работающие под высоким напряжением, например, ксеноновые лампы-вспышки, могут испытывать электрические пробои на больших высотах.
| Газ | Формула | Напряжение пробоя относительно воздуха | Молекулярная масса (г/моль) | Плотность * (г/л) | ОДП | ПГП | Электронное прикрепление | Характеристики |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Гексафторид серы | Сан-Франциско 6 | 3.0 | 146.06 | 6.164 | 22800 | Самый популярный изоляционный газ. Он плотный и богат фтором , который хорошо гасит разряды. Хорошие охлаждающие свойства. Отлично гасит дугу. Коррозионные продукты разложения. Хотя большинство продуктов разложения склонны к быстрому повторному образованию SF. 6 , искрение или коронный разряд могут привести к образованию декафторида дисеры ( S 22F 10 ), высокотоксичный газ , по токсичности близкий к фосгену . Гексафторид серы в электрической дуге также может вступать в реакцию с другими материалами и образовывать токсичные соединения, например фторид бериллия из на основе оксида бериллия керамики . Часто используется в смесях, например, с азотом или воздухом. | ||
| Азот | Н 2 | 1.15 | 28 | 1.251 | – | – | нет | Часто используется при высоком давлении. Не способствует горению. Может использоваться с 10–20% SF 6 как более дешевая альтернатива SF 6 . Может использоваться отдельно или в сочетании с CO 2 . Неэлектронное присоединение, эффективное для замедления электронов. |
| Воздух | 29/смесь | 1 | 1.2 | – | – | Напряжение пробоя 30 кВ/см при 1 атм. Очень хорошо исследован. Под воздействием электрического разряда образует коррозийные оксиды азота и другие соединения, особенно в присутствии воды. Коррозионные продукты разложения. Может способствовать горению, особенно при сжатии. | ||
| Аммиак | Нью-Хэмпшир 3 | 1 | 17.031 | 0.86 | ||||
| Углекислый газ | СО 2 | 0.95 | 44.01 | 1.977 | – | 1 | слабый | |
| Окись углерода | СО | 1.2 [4] | слабый | Эффективен для замедления электронов. Токсично. | ||||
| Сероводород | ЧАС 2 С | 0.9 | 34.082 | 1.363 | ||||
| Кислород | ТО 2 | 0.85 | 32.0 | 1.429 | – | – | Очень эффективно облегчает горение. Опасен, особенно при высокой концентрации или сжатии. | |
| хлор | кл. 2 | 0.85 | 70.9 | 3.2 | ||||
| Водород | ЧАС 2 | 0.65 | 2.016 | 0.09 | практически нет | Низкое напряжение пробоя, но высокая теплоемкость и очень низкая вязкость. Используется для охлаждения, например, турбогенераторов с водородным охлаждением . Проблемы с управлением и безопасностью. Очень быстрое выключение возбуждения, может использоваться в искровых разрядниках с высокой частотой повторения и быстрых тиратронах . | ||
| Диоксид серы | ТАК 2 | 0.30 | 64.07 | 2.551 | ||||
| Закись азота | Н 22О | ~1.3 | слабый | Слабо связывает электроны. Эффективен в замедлении электронов. [4] | ||||
| 1,2-Дихлортетрафторэтан ( R-114 ) | CF 2 ККФ 2 кл. | 3.2 | 170.92 | 1.455 | ? | сильный | Давление насыщения при 23 °C составляет около 2 атм, что дает напряжение пробоя в 5,6 раз выше, чем у азота при 1 атм. Коррозионные продукты разложения. | |
| Дихлордифторметан (R-12) | CF 2 кл. 2 | 2.9 | 120.91 | 6 | 1 | 8100 | сильный | Давление пара 90 фунтов на квадратный дюйм (6,1 атм) при 23 ° C, что дает напряжение пробоя в 17 раз выше, чем у воздуха при 1 атм. Более высокие напряжения пробоя могут быть достигнуты за счет увеличения давления за счет добавления азота. Коррозионные продукты разложения. |
| Трифторметан | CF 3 H | 0.8 | слабый | |||||
| 1,1,1,3,3,3-Гексафторпропан (R-236fa) | CF 3 СН 2 CF 3 | 152.05 | 6300 | сильный | Коррозионные продукты разложения. | |||
| Тетрафторид углерода (R-14) | CF 4 | 1.01 [1] | 88.0 | 3.72 | – | 6500 | Плохой изолятор при использовании в одиночку. В смеси с SF 6 несколько снижает диэлектрические свойства гексафторида серы, но существенно снижает температуру кипения смеси и предотвращает конденсацию при предельно низких температурах. Снижает стоимость, токсичность и коррозионную активность чистого SF 6 . [5] | |
| Гексафторэтан (R-116) | С 22F 6 | 2.02 [1] | 138 | 5.734 | – | 9200 | сильный | |
| 1,1,1,2-Тетрафторэтан (R-134а) | С 22Ч 22F 4 | сильный | Возможная альтернатива SF 6 . [6] Его дугогасительные свойства плохие, но диэлектрические свойства довольно хорошие. | |||||
| Перфторпропан (R-218) | С 33F 8 | 2.2 [1] | 188 | 8.17 | – | ? | сильный | |
| Октафторциклобутан (R-C318) | С 4 Ф 8 | 3.6 [1] | 200 | 7.33 | – | ? | сильный | Возможная альтернатива SF 6 . |
| Перфторбутан (Р-3-1-10) | С 4 Ф 10 | 2.6 [1] | 238 | 11.21 | – | ? | сильный | |
| 30% Сан-Франциско 6 /70% воздух | 2.0 [1] | |||||||
| Гелий | Он | Нет | Неэлектронное присоединение, неэффективное для замедления электронов. | |||||
| Неон | Ne | 0.02 [4] | Нет | Неэлектронное присоединение, неэффективное для замедления электронов. | ||||
| Аргон | С | 0.2 [4] | Нет | Неэлектронное присоединение, неэффективное для замедления электронов. | ||||
| вакуум | Высокий вакуум используется в конденсаторах и переключателях. Проблемы с поддержанием вакуума. Более высокие напряжения могут привести к образованию рентгеновских лучей . [7] [8] |
* Плотность приблизительная; Обычно указывается атмосферное давление, температура может варьироваться, но чаще всего она составляет 0 °C.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г М.С. Найду; НАИДУ М.С. (22 ноября 1999 г.). Техника высокого напряжения . МакГроу-Хилл Профессионал. стр. 35–. ISBN 978-0-07-136108-8 . Проверено 17 апреля 2011 г.
- ^ Пол Г. Слэйд (2008). Вакуумный прерыватель: теория, конструкция и применение . ЦРК Пресс. стр. 433–. ISBN 978-0-8493-9091-3 . Проверено 17 апреля 2011 г.
- ^ Рамаприя Партасарати Использование атомов Ридберга в качестве микромасштабной лаборатории для исследования низкоэнергетических электрон-молекулярных взаимодействий
- ^ Перейти обратно: а б с д Лукас Г. Кристофору Исследования и результаты альтернатив чистому SF 6 . Национальный институт стандартов и технологий. Гейтерсбург, доктор медицины. EPA.gov
- ^ Лукас Г. Кристофору; Джеймс К. Олтофф (1 января 1998 г.). Газообразные диэлектрики VIII . Спрингер. стр. 45–. ISBN 978-0-306-46056-2 . Проверено 17 апреля 2011 г.
- ^ Газообразные диэлектрики с низким потенциалом глобального потепления - Заявка на патент США 20080135817 Описание. Архивировано 13 октября 2012 г. в Wayback Machine . Patentstorm.us (12 декабря 2006 г.). Проверено 21 августа 2011 г.
- ^ Ганс Р. Грим; Ральф Харви Ловберг (1970). Физика плазмы . Академическая пресса. стр. 201–. ISBN 978-0-12-475909-1 . Проверено 9 января 2012 г.
- ^ Равиндра Арора; Вольфганг Мош (25 февраля 2011 г.). Инженерия высокого напряжения и электроизоляции . Джон Уайли и сыновья. стр. 249–. ISBN 978-1-118-00896-6 . Проверено 9 января 2012 г.