Какие виды изоляционных материалов всем известны? Первое, что приходит на ум - стекло, фарфор, различные полимеры, резина, ну и конечно же, масло. А я скажу, что есть ещё газовая изоляция. Зачем она нужна и какие преимущества даёт её использование?
Область применения
Возможно, уважаемый читатель, ты будешь удивлён, но газовая изоляция широко применяется в различных электроустановках. Один из наиболее распространённых газов для изоляции — воздух.
Именно воздухом разделены между собой провода воздушных линий электропередач и токоведущие части в открытых распределительных устройствах (ОРУ).
Также сжатым воздухом производится гашение дуги и приводятся в движение контакты в воздушных выключателях.
Однако, воздушная изоляция имеет существенные недостатки. Воздух очень легко увлажняется и загрязняется, а также в нём, при определённых условиях, может хорошо гореть электрическая дуга.
Поэтому все электроустановки с таким изолятором обладают значительными габаритами. А это большие площади, что в условиях современного города - большая роскошь.
Вакуум - тоже изолятор
Конечно, есть и другой изолятор, не имеющий вышеупомянутых недостатков — вакуум. Также есть весьма надёжные и компактные вакуумные выключатели. Они выдерживают большое количество аварийных отключений и требуют минимального технического обслуживания.
Как устроена вакуумная дугогасительная камера?
Теперь казалось бы, дело за малым. Нужно только поместить все компоненты распредустройства в вакуумные камеры и мы будем иметь компактное и защищённое от различных воздействий распредустройство.
Но есть одно НО. Вакуум, как и высокое давление, обладает большой разрушительной силой:
Кто знает, почему так получилось с цистерной?
К сожалению тут весьма громко заявляет о себе экономическая целесообразность. Для того чтобы противостоять атмосферному давлению, придётся делать стенки распредустройства очень толстыми. Это приведёт к повышению стоимости во много раз.
Электрический газ - лучший изолятор!
Конечно, учёные нашли выход. Это применение инертного газа — электрического газа или сокращённо, элегаза, в качестве изоляционного материала, который отлично подходит как для применения в высоковольтных коммутационных аппаратах, так и для использования в комплектных распределительных устройствах.
Химическая формула элегаза — SF6 или шестифтористая сера.
Первым, кто смог получить и описать этот инертный этот газ, был французский учёный химик Анри Муассан. Произошло это в 1900 году.
Свойства электрического газа
Элегаз практически бесцветный и не имеет вкуса и запаха. Не вступает в реакцию с водородом и кислородом. Не реагирует с растворами соляной кислоты и аммиака. В стандартных условиях его вес в 5 раз превышает вес воздуха. Поэтому, благодаря таким свойствам, элегаз, также применяется в системах пожаротушения.
Элегаз не токсичен и относится к 4 классу опасности — малоопасные химические вещества. При охлаждении до температуры -63,8 °C, при нормальном давлении, конденсируется в твёрдое вещество, не имеющее цвета.
Также, при нормальном давлении, его пробивное напряжение составляет 89 кВ/см, что превышает примерно в 3 раза этот показатель для воздуха. Это свойство позволяет использовать элегаз как изолятор в различных электроустановках, например, в выключателях.
Высокая электрическая прочность обусловлена тем, что молекулы элегаза могут захватывать и удерживать свободные электроны. Поэтому при дальнейшем увеличении напряжённости поля не происходит «лавины электронов» — явления, ведущего к пробою промежутка между токоведущими частями.
Использование элегаза при нормальном давлении, позволяет увеличивать токовую нагрузку на 25% по сравнению с воздухом, благодаря высокой охлаждающей способности, химической стойкости и пожаробезопасности. При этом с увеличением давления растёт и электрическая прочность элегаза, которая может превысить электрическую прочность жидких и даже, твёрдых диэлектриков.
Однако, при высоком давлении и низкой температуре, элегаз может перейти из газообразного в жидкое состояние.
Проблему решили, смешивая элегаз с другими газами, имеющими немного меньшую электрическую прочность, но которые переходят в жидкую фазу при более низких температурах.
Например, элегаз переходит в жидкое состояние уже при 0,5 МПа и при температуре в - 30℃. В то же время, смесь из 70% элегаза и 30% азота переходит в жидкое состояние при 8 МПа и температуре - 45℃. Конечно же, добавление других газов, неизбежно снижает диэлектрические свойства газовой смеси.
Существует и другой способ — использование подогрева. Элегаз можно применять в комплектных распределительных устройствах, которые находятся в закрытых, отапливаемых помещения. Если же, высоковольтный выключатель установлен на отрытом воздухе, то можно использовать подогрев. В зависимости от различных условий можно применять и обогрев, и смеси газов.
Нужно отметить, что использование элегаза предъявляет свои требования к внутренним поверхностям электроустановок. Поверхности должны быть максимально чистыми, без загрязнений и пыли. Также не допускается наличие заусенцев, рёбер и различных выступающих частей.
В противном случае все эти дефекты будут служить источниками неравномерности электрического поля, а значит, на таких поверхностях будут образовываться коронные разряды, приводящие к разложению элегаза.
Устройство элегазовых выключателей
Подходим к самому главному - к применению элегаза в практической электротехнике.
Главное отличие элегазовых выключателей от обычных - меньшие габариты при тех же параметрах.
Отличительной особенностью всех элегазовых выключателей является компактность, высокая надёжность, длительный межремонтный период.
В выключателе используется автокомпрессионный принцип гашения дуги. При размыкании контактов возникает электрическая дуга, которая приводит к разложению элегаза, что в свою очередь, приводит к росту давления в камере и скорейшему гашению дуги.
Также есть баковые выключатели.
От колонковых выключателей, в которых дугогасящая камера находится под напряжением, баковые выключатели отличает то, что дугогасительная камера у них заземлена. Ещё, особенностью конструкции является возможность установки двух трансформаторов тока на одну фазу.
Комплектные элегазовые распредустройства
Теперь стало возможным создание комплектных распределительных устройств, в которых изоляционной средой является элегаз (КРУЭ). Кроме сокращения размеров и уменьшения шума, снижается время простоя оборудования, а значит и расходы на эксплуатацию.
КРУЭ состоят из модульных герметичных цилиндрических ячеек, причём каждая из них выполняет свою функцию. Следовательно, ячейки можно подбирать под конкретную задачу.
Кроме выключателей и шин, в состав КРУЭ входят и другие модули — разъединители с заземляющими ножами.
Контактный штифт, который находится внутри модуля, может занимать одно из трёх положений. При этом модуль может управляться как электроприводом, так и в ручном режиме.
Для контроля отключённого и включённого положений, модуль оснащается указателем гарантированного положения контактов и смотровыми окнами.
Также, в состав КРУЭ могут входить трансформаторы тока, трансформаторы напряжения и ограничители перенапряжения.
Однако, замена ОРУ на КРУЭ позволяет не только снизить расходы на эксплуатацию. Теперь само оперативное обслуживание электроустановки становится намного безопаснее. Сам процесс можно автоматизировать и перевести на дистанционное управление. За счёт того, что оборудование находится в среде элегаза, переключения теперь не зависят от погодных условий.
Силовые трансформаторы на элегазе
Обычно в силовых трансформаторах в качестве изолирующей среды, а также для охлаждения обмоток применяется трансформаторное масло. Разумеется, что применение элегаза представляется наиболее логичной заменой маслу и надо отметить, что такие изоляторы уже давно выпускаются.
Такое решение позволяет достигать высоких характеристик:
1. Негорючесть.
2. Взрывобезопасность.
3. Компактность.
Благодаря своим характеристикам, такие трансформаторы могут применяться в подземных подстанциях, а также в таких зонах, где недопустима утечка масла.
Конструкция трансформатора с элегазовой изоляцией принципиально не отличается от масляного трансформатора.
Разумеется, что устройства защиты и сигнализации будут иметь некоторые различия. Так вместо датчиков температуры и уровня масла, в элегазовых трансформаторах применяются датчики температуры обмоток, реле плотности газа и мановакууммметр. Вместо газового реле применяется реле скачков давления.
Будущее элегаза
Кроме электротехники и систем тушения пожаров, элегаз также используется при создании различного научного оборудования, например, в ускорителях частиц или электронных микроскопах. Благодаря своим акустическим свойствам элегаз также применяют для заполнения стеклопакетов.
Однако, наряду с достоинствами, у элегаза есть и недостаток. Ранее, в статье уже упоминалось, что он в 5 раз тяжелее воздуха. При утечках, элегаз будет накапливаться на внизу, например, на нижних этажах подстанций. Конечно, это позволяет избавиться от различных грызунов, но если туда спустится работник, то может произойти непоправимое. Поэтому, в проектах различных установок включают системы вентиляции.
Ещё статьи на СамЭлектрик.ру
------------------------------------
Статья заинтересовала? Лайк, подписка, комментарий!
Подписывайтесь на Дзен СамЭлектрик.ру и заходите на блог www.SamElectric.ru !
Внимание! Автор не гарантирует, что всё написанное на этой странице - истина. За ваши действия и за вашу безопасность ответственны только вы!