Întreruptor cu hexafluorura de sulf - 123 kV-1250 A

CAPITOLUL I

IZOLATIA IN SF6

Proprietati ale gazelor electronegative legate de utilizarea lor ca izolanti si ca medii de stingere a arcului electric

Remarcand proprietatile electroizolante si extinctoare, firma Westinghouse a initiat inca din anul 1953 utilizarea gazului SF6 pentru realizarea de separatoare de sarcina pentru 15÷16 kV si pentru curenti de 600 A la un cosφ=0,5…1.

S-au realizat deasemenea deja instalatii complete de distributie pentru tensiuni pana la 330 kV compacte, proprii pentru alimentarea de centre urbane aglomerate unde rationalizarea utilizarii spatiului devine o necessitate.

Proprietatile gazelor electronegative sunt legate de utilizarea lor ca izolanti si medii de stingere a arcului electric.

Se conosc si s-au studiat teoretic si experimental urmatoarele gaze pe baza de fluor cu proprietati electroizolante convenabile:

- hexafluorura de sulf: SF6

- hexafluoretanul: C2F6

- perfluorpropanul: C3F8

- octafluorciclobutanul: C4F8

Din compararea acestor date (tabelul 1, [1,2,3]) rezulta urmatoarele:

- ca rigiditate dielectrica valoarea cea mai mare corespunde octofluorciclobutanului (C4F8): 2,9. Hexafluorura de sulf (SF6) ocupa locul doi cu 2,6.

- coeficientul de transfer al caldurii cel mai bun corespunde perfluorpropanului (C3F8) si anume: 2,5; iar pentru hexafluorura de sulf (SF6) ia valoarea de numai 1,9.

- randamentul maxim pentru racirea fortata corespunde gazelor C3F8 si C4F8: 26%, iar SF6 are numai 11%.

Ultimele doua caracteristici comentate nu prezinta mult interes in constructia intreruptoarelor, ci mai ales pentru transformatoare.

Temperatura de fierbere, importanta pentru functionarea echipamentelor in zone climatice reci este de -640C pentru SF6 si de -780C pentru C2F6.

Starea de agregare a SF6 in functie de temperatura si presiune este prezentata in fig. 1.1a [1,2,3].

In afara de caracteristicile prezentate mai sus, alte particularitati ale SF6, de exemplu: constanta de timp mica a arcului in acest gaz, captarea de electroni liberi de catre molecula de SF6 au condus la preferarea acestui gaz ca mediu de stingere in intreruptoare.

Experientele au aratat ca pentru acelasi curent in arc, in tuburi din teflon de diametru mic, diametrul arcului in SF6 este sensibil mai mic decat al arcului in azot.

Cercetarile amanuntite in scop de aplicare in constructia de intreruptoare au ajuns la urmatoarele concluzii cu privire la gazul SF6:

- Capacitatea de a stinge arcul electric a gazului SF6 este de aproximativ zece ori mai mare decat a aerului. Aceasta proprietate se datoreaza factorilor:

- arcul electric in acest gaz are o constanta de timp foarte mica, de ordinul a numai o microsecunda, mult mai mica decat a arcului in aer;

- gazul SF6 are o buna conductivitate termica, fapt ce contribuie la o intensa disipare de caldura din coloana arcului spre exterior.

- Conductivitatea electrica a coloanei de arc in acest gaz este mai mica decat la aer;

- Rigiditatea dielectrica a gazului SF6 la presiunea atmosferica depaseste dublul rigiditatii dielectrice a aerului, a azotului si a bioxidului de carbon.

Acest fapt este foarte important din punct de vedere al aplicatiilor industriale, deoarece daca, accidental se produc pierderi de gaz din recipientii sub presiune, rezerva de rigiditate dielectrica este inca suficienta pentru aparatele de comutare, pentru a face manevre curente.

In [3,4] se indica variatia tensiunii de strapungere cu presiunea pentru SF6, ulei electroizolant si azot.

S-a demonstrat ca efectul Corona creste cu presiunea hexafluorurii de sulf [3,4].

Acest efect, creand sarcini spatiale datorita proprietatilor electronegative ale hexafluorurii de sulf, influenteaza valoarea rigiditatii dielectrice.

Experimental s-a constatat ca maximul corespunde presiunii de 2 daN/cm2, iar la valoarea presiunii de 4 daN/cm2 acest efect are un minim. Aceste date permit alegerea unei presiuni optime de functionare ca dielectric a gazului respectiv.

Mai trebuie mentionat ca amorsarea unei descarcari electrice in SF6 nu produce depuneri de carbon, ceea ce se intampla in ulei sau in alte gaze care contin carbon.

- SF6 este un gaz inert din punct de vedere chimic, si nu manifesta fenomenul de imbatranire.

Produsele ce rezulta din descompunerea moleculei de SF6, sub actiunea arcului electric se recombina practic spontan in cea mai mare parte, iar urmele acestor produse pot fi absorbite de un strat de aluminiu activat.

Cunoasterea gradului de puritate a SF¬6 este importanta deoarece atat calitatile electroizolante cat si capacitatea extinctoare sunt influentate de acestea.

- Lichefierea acestui gaz la temperatura uzuala (+200C) se produce numai la o presiune de circa 20 daN/cm2, iar la (-400C) la o presiune de 3 daN/cm2, prezinta deasemenea un avantaj important: posibilitatea de a folosi intreruptoarele ce intrebuinteaza astfel de mediu de stingere in instalatii exterioare, unde temperatura poate cobori mult, intre (-300 ... -400) fara a folosi sisteme auxiliare de incalzire permanenta a recipientilor cu gaz pe timp rece.

- Ruperea arcului intr-un mediu compatibil reduce esential solicitarile mecanice datorate undelor de soc generate de efectul termodinamic al arcului electric.

- Conductivitatea termica ridicata in raport cu a aerului usureaza problema incalzirii in regim permanent.

- Conductivitatea sonica in acest gaz este slaba (viteza sunetului in SF6 este de circa trei ori mai mica decat in aer). Aceasta insusire permite o rupere silentioasa a arcului mai ales tinand seama si de faptul ca nu se produc esapari de gaze spre exteriorul recipientilor.