Элегаз (SF6) в электроэнергетике

Опубликовано: Обновлено:

В энергетике (высоковольтное оборудование), металлургии (рабочая среда), системах газового пожаротушения (рабочая среда), а также в качестве хладагента, индуктора шума и окислителя в различных отраслях промышленности.

Содержание

Газ и его свойства

Электрический газ был впервые получен в ходе экспериментов французских химиков Анри Муассана и Поля Лебо в 1901 году. Газ был создан при изучении химии фтора как одного из соединений этого элемента.

Изоляционные свойства SF6 стали известны примерно в 1938-39 годах, и гексафторид серы (SF6) начал использоваться в электрооборудовании со второй половины 20-го века. В начале своей истории SF6 использовался как изоляционный газ, но позже его стали применять и для гашения электрической дуги.

Например, в 1971 году были изобретены первые высоковольтные выключатели с SF6 в качестве дугогасительной среды.

Другим способом повышения эксплуатационной надежности электрооборудования при температурах -40°C и ниже является газовая изоляция среды (бак элегазового выключателя нагревается до +12°C для предотвращения конденсации элегазовой среды).

Производство электрического газа

Электрический газ может быть получен следующими методами:

  • – Основной промышленный метод включает прямую реакцию между расплавленной серой и газообразным фтором, полученным электролизом (сжигание серы в потоке фтора – Рисунок 2). Реакция протекает при температуре 138 – 149 °C в горизонтальном стальном реакторе (крекинг-печь). Реактор разделен перегородкой на камеру подачи и камеру сгорания. Загрузочная камера имеет люк для загрузки серы и электрический нагреватель для плавления серы. Камера сгорания имеет водоохлаждаемую фторную форсунку, термопару и конденсатор сублиматов серы, расположенный над камерой. Расплавленная сера поступает из загрузочной камеры в камеру сгорания через отверстие в нижней перегородке, закрытое расплавленной серой, что предотвращает попадание фтора в загрузочную камеру. Несмотря на свою простоту, эта конструкция реактора имеет некоторые недостатки, а именно:
    • Фторирование серы происходит на поверхности расплава с выделением большого количества тепла, что приводит к усилению коррозии реактора под действием фтора на границе раздела фаз;
    • Увеличение производительности реактора приводит к проблемам отвода тепла и выбора коррозионностойкого материала реактора;
    • Другим недостатком этого метода является то, что в процессе синтеза газа также образуются другие фториды – S2F2, SF2, SF4 и S2F10 – и примеси из-за присутствия влаги, воздуха и углеродных анодов, используемых при электролизе фтора. Концентрация этих веществ низкая, в среднем 0,01 – 0,1% по объему. Но хотя химически чистый газ нетоксичен и является очень инертным соединением, не вступающим в реакцию ни с какими материалами при температуре до 300°C, примеси могут изменить эти свойства продукта и даже сделать его бесполезным. Поэтому необходимо тщательно очистить полученный газ. Состав чистых газоизолированных элементов регламентируется стандартом ТУ 6-02-2-686-82 и стандартом МЭК 6о 376 (отсутствие токсичных примесей в технологии производства гарантируется производителем на основе биологического контроля партии);

    • реакция фтора с тетрафторидом серы SF4 в присутствии катализатора;
    • Термическое разложение SF5CI при 200. 300 °C;
    • Фторирование соединений серы (например, COS). Этот метод безотходного производства газа на основе повторного фторирования загрязняющих продуктов пока не используется в Российской Федерации, как и два предыдущих.

    Смесь фтора и серы, известная как газ SF6, обычно используется в качестве основного изолятора в электроустановках. При нормальной температуре и рабочем давлении он не имеет цвета и запаха, не воспламеняется, почти в пять раз плотнее и тяжелее воздуха. Его свойства остаются неизменными в течение неограниченного периода времени. При воздействии электрического разряда он сначала разрушается, а затем быстро восстанавливает свою первоначальную диэлектрическую прочность. Благодаря своим свойствам изоляционный газ используется в качестве основы газовой изоляции в газоизолированных дугогасительных устройствах.

    Свойства подавления газовой дуги

    При любых условиях дугогасящая способность газовой изоляции намного выше, чем у стандартной воздушной. Основными факторами являются состав плазмы, плотность газа, теплоемкость, тепло- и электропроводность, которые все связаны с температурой.

    Когда достигается состояние плазмы, молекулы газа распадаются. Когда температура достигает 2000 К, происходит резкое увеличение теплоемкости из-за молекулярной диссоциации. Поэтому в диапазоне температур между 2000 и 3000 К теплопроводность плазмы во много раз превышает теплопроводность обычного воздуха. Когда температура достигает 4000 К, молекулярная диссоциация начинает уменьшаться.

    В то же время в серной дуге производится атомарная сера. Его низкий потенциал ионизации создает концентрацию электронов, которая поддерживает дугу даже при температуре 3000 К. Дальнейшее повышение температуры приводит к уменьшению теплопроводности плазмы, так что этот параметр становится таким же, как для воздуха. Затем теплопроводность снова увеличивается.

    Эти процессы снижают сопротивление и напряжение дуги, горящей в газе SF6, примерно на 20-30% по сравнению с дугой, возникающей в воздухе. Это состояние сохраняется до температур от 8000 до 12000 градусов Цельсия. Когда температура плазмы начинает снижаться до 7000 К и выше, концентрация электронов в плазме соответственно уменьшается, что приводит к снижению электропроводности плазмы.

    Когда температура достигает 6000 К, ионизация атомарной серы сильно уменьшается, а захват электронов свободным фтором, наоборот, увеличивается. В этом процессе также участвуют низшие молекулы фтора и серы. Диссоциация молекул завершается при температуре 4000 К, после чего начинается рекомбинация. Это приводит к дальнейшему снижению электронной плотности, поскольку атомарная сера химически связана с фтором.

    В этом диапазоне температур теплопроводность плазмы все еще сохраняется на высоком уровне, охлаждение дуги продолжается, благодаря удалению свободных электронов из плазмы. Они захватываются атомными частицами фтора и серы. Постепенно электрическая прочность дугового промежутка увеличивается до полного его восстановления.

    Молекулы электрического газа имеют симметричную форму. Они довольно компактны, благодаря наличию атомов с отрицательным электрическим зарядом, которые имеют высокий молекулярный вес. В центральной части молекулы элегазы находится атом серы, а вокруг него – атомы фтора. Примечательно, что эта молекула имеет октаэдрическую форму с шестью вершинами, на которых расположены атомы фтора. Именно эта молекулярная структура делает элегаз химически инертным соединением. Он обладает очень низкой реакционной способностью даже при смешивании с другими газами.

    Использование природного газа в энергетике

    Благодаря своим превосходным электрическим свойствам изоляционный газ широко используется в энергетике, особенно в качестве изолятора и охладителя в высоковольтной промышленности. Он используется в распределительных устройствах, высоковольтных трансформаторах тока и напряжения и автоматических выключателях.

    компания eaton об использовании гексафторида серы в своем оборудовании

    В 2013 году компания eaton выпустила видеоролик о своем видении газоизолированного оборудования в энергетическом секторе.

    И еще несколько необычных свойств ЭЭГ

    Что произойдет, если набрать в легкие чистый газ, а затем начать говорить? Ответ – в видеоролике ниже.

    Posted on May 6, 2021 by adminmysl. This entry was posted in история открытий, научные изобретения, научные открытия, научные факты and tagged история науки, энергия, энергия. Добавьте постоянную ссылку в закладки.

    Теория Великого объединения

    Полупроводники P-n типа

    При напряжении 110 кВ и выше устройства с газовой изоляцией дешевле устройств с вакуумной изоляцией; при напряжении 330 кВ и выше альтернативы устройствам с газовой изоляцией пока нет. При среднем напряжении ситуация совершенно иная.

    Элегаты: мифы и реальность

    Об использовании этого газа в энергетике впервые задумались советские инженеры, но реализована идея была на Западе. Россия начала использовать газоизолирующие устройства в 1990-х годах, но споры об их опасности не утихают до сих пор.

    Гексафторид серы (SF6) бесцветен, нетоксичен и невоспламеняем. Он назван так из-за своих высоких электроизоляционных и дугогасящих свойств, а также высокого напряжения пробоя.

    На первый взгляд, SF6 кажется почти идеальным для электрических установок. Однако из-за высоких затрат на утилизацию, недостаточной компактности газоизолированных приборов и токсичных соединений, образующихся в процессе их работы, производители начали отказываться от гексафторида серы в пользу более экологичных изоляционных материалов.

    Сегодня мы рассмотрим утверждения критиков и попытаемся отделить мифы от реальности, которые были созданы о газоизолированных приборах.

    Сам по себе SF не токсичен; ГОСТ классифицирует его как малоопасное вещество (четвертый класс опасности). Инертность гексафторида серы немного меньше, чем у гелия.

    Он разлагается при температуре выше 1100 °C, поэтому воздействие электрической дуги приводит к образованию ядовитых газообразных продуктов – низших фторидов и соединений серы.

    Если водяной пар и кислород попадают в заполненную газом камеру, могут образоваться агрессивные соединения фтористого водорода, плавиковая кислота и другие высокотоксичные продукты.

    Адсорбирующие фильтры, установленные в современных распределительных устройствах и распределителях, поглощают влагу и газообразные продукты разложения, а твердые частицы оседают в самом аппарате, никак не влияя на его функциональность.

    Кроме того, газоизолированные аппараты не требуют частого обслуживания, а во многих из них герметичные резервуары, заполненные гексафторидом серы, не открываются в течение всего срока службы.

    Проблемы возникают во время ремонта, который должен выполняться квалифицированным персоналом с использованием специального оборудования: даже при соблюдении всех мер предосторожности невозможно полностью исключить утечку токсичных соединений.

    Еще одной проблемой, связанной с токсичными продуктами, является утилизация использованного оборудования. Их нельзя просто выбросить на свалку или демонтировать без специальной техники.

    Иногда внутреннее короткое замыкание вызывает образование постоянной электрической дуги на корпусе, что приводит к быстрому повышению давления внутри газоизолированного резервуара.

    Когда гексафторид серы впервые был использован в энергетике, он вызвал проблемы, которые решены в современном оборудовании: производители оснащают их клапанами сброса давления и другими защитными механизмами.

    В большинстве случаев это спасает газоизолированное оборудование от “взрыва”, но в случае производственного брака или неправильного подключения последствия могут быть трагическими.

    Elegas очень текуч, что позволяет ему просачиваться через уплотнительные швы или металлический корпус контейнеров.

    Однако даже в высоковольтном оборудовании, где давление в камере достигает семи атмосфер, годовой уровень утечки не превышает 1% (на практике еще меньше). В оборудовании среднего напряжения проблемы утечки тока полностью отсутствуют.

    Предельно допустимая концентрация изоляционного газа в производственных помещениях составляет 5000 мг/м³.

    Если он накапливается в больших концентрациях, персонал может испытывать кислородную недостаточность: национальные “Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей” требуют, чтобы помещения с элегазовыми распределительными устройствами (КРУЭ) были оборудованы устройствами, сигнализирующими о недопустимых концентрациях гексафторида серы, а также приточно-вытяжной вентиляцией.

    MRL для гексафторида серы в окружающем воздухе составляет 0,001 мг/м3. Его озоноразрушающий потенциал ODP равен 0, но его потенциал глобального потепления GWP составляет 24 900.

    Гексафторид серы является одним из так называемых “новых газов”, упомянутых в Киотском протоколе. Как парниковый газ, он, можно сказать, гораздо опаснее пресловутого CO².

    Здесь мы подходим к важной экологической проблеме – использованное оборудование SF6 нуждается в надлежащей утилизации не только из-за накопившихся в нем токсичных продуктов. Даже чистый SF6 нельзя выбрасывать в атмосферу.

    Компании редко рассматривают воздействие решения на окружающую среду, если оно не влияет на итоговую прибыль компании. Первое газоиспользующее оборудование появилось в России более двадцати лет назад и уже подходит к концу срок его эксплуатации.

    Как мы писали ранее, запрещено выбрасывать ячейки на свалку, в результате чего компании приходится тратить деньги на их утилизацию. Это довольно серьезная проблема, учитывая, что массового рынка для утилизации дизельного топлива практически не существует. Услуги по переработке отходов не будут дешевыми.

    При напряжении 110 кВ и выше оборудование с газовой изоляцией дешевле вакуумного; при напряжении 330 кВ и выше альтернативы газу нет. При среднем напряжении ситуация совершенно иная.

    Прогресс продолжается: Сочетание вакуумной технологии, воздушной изоляции и современной конструкции установки с минимальным количеством деталей в механизме переключения позволяет добиться хороших результатов.

    Компания Eaton производит распределительные устройства Xiria с номинальным током сборных шин 630 А для сетей до 24 кВ. Они не содержат газа и не используют смазку.

    Эти агрегаты не требуют частого и сложного технического обслуживания, что снижает эксплуатационные расходы. По окончании срока службы все их компоненты могут быть переработаны экономически эффективным способом без необходимости дорогостоящей утилизации.

    Около 20 лет назад распределительные устройства с элегазовой изоляцией были оправданы даже в диапазоне среднего напряжения, но сегодня экологические нормы становятся все более жесткими, поэтому покупка КРУЭ может оказаться нецелесообразной инвестицией.

    Фторид серы(VI) – Фторид серы(VI) … Википедия

    Ссылки

    1. ↑Ставки (1)
    2. ↑Технические требования, упаковка
    3. ↑Ставки (2)
    4. ↑Гексафторид серы
    5. ↑Видео

    Фонд Викимедиа . 2010 .

    Полезный сайт

    Смотреть что такое “Elegase” в других словарях:

    ЭЛЕГАС . – См. в статье Фториды серы … Большой энциклопедический словарь

    электрогаз – Существительное, синонимы: 1 – гексафторид (2) Словарь синонимов ASIS. V. N. Тришин. 2013 … Словарь синонимов

    гексафторид серы – Гексафторид серы – [Я.Н. Лугинский, М.С. Феси Жилинская, Ю.С. Кабиров. Англо-русский словарь по электротехнике и энергетике, Москва, 1999] электротехника, основные понятия Синонимы гексафторид серы EN… …. руководство технического переводчика

    сера – См. фториды серы. * * * * * * ЭЛЕКТРОГАЗ ЭЛЕКТРОГАЗ, см. Фториды серы (см. Фториды серы) … Энциклопедический словарь

    вход для выравнивания воздуха – 3.1.1 Воздушно-электрический ввод : Конструкция присоединения конечного питающего элемента комплектного распределительного устройства с элегазовой изоляцией (КРУЭ) к воздушной линии электропередачи, устройству гибких или жестких шин вне КРУЭ….. … Глоссарий терминов для нормативных актов и технической документации

    кабельный выход – 3.1.2 “Кабельный” кабелепровод: Конструкция для подключения концевого питающего элемента блока распределительного устройства и панели управления к кабельной линии. Источник: СТО 70238424.29.240.10.005 2011: Распределительные устройства с элегазовой изоляцией (КРУЭ). Условия доставки. Стандарты … Глоссарий терминов для технической и нормативной документации

    маслозаборник с масляной изоляцией – 3.1.3 впуск нефти и газа: Конструкция оконечного устройства, питающего распределительное устройство, непосредственно соединенное с масляным трансформатором. Источник: СТО 70238424.29.240.10.005 2011: КРУЭ с элегазовой изоляцией (КРУЭ) …. … Глоссарий терминов в юридических документах

    Фторид серы(VI) – Фторид серы(VI) … Википедия

    вход – 3.1.9 гильза: конструкция, содержащая один или несколько проводников на конце оболочки, изолирующая оболочку и соединительные средства (например, воздушные гильзы). Источник … Глоссарий терминов для нормативно-технической документации

    СТО 70238424.29.240.10.005-2011: распределительные устройства с элегазовой изоляцией (КРУЭ). Условия поставки. Стандарты и требования – Терминология СТО 70238424.29.240.10.005-2011: Распределительные устройства с элегазовой изоляцией (КРУЭ). Условие доставки. Стандарты и требования: 3.1.1 Впуск газового воздуха: Конструкция концевого соединения питающего компонента …. Глоссарий терминов в нормативно-технической документации

Читайте далее:

Сохранить статью?