Элегаз. Его свойства и примнение

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕСИТЕТ

Кафедра электротехники и электрооборудования предприятий

Реферат

Элегаз. Его свойства и применение.

По дисциплине Электрооборудование подстанций

промышленных предприятий

Выполнил: ст.гр. БАЭ-09                                                                                    Хакимов Э.Ф.

Проверил: доц.                                                                                                                Лопатин В.П.

Уфа 2012

Содержание:

1)                 Свойства элегаза

1.1)          Физические свойства

1.2)          Электротехнические свойства

2)                 Конструкция высоковольтного оборудования с использованием элегаза

2.1)          Комплектное распределительное устройство с элегазовым наполнением

2.2)          Высоковольтные выключатели

2.3)          Выключатели нагрузки

2.4)          Трансформаторы тока

2.5)          Трансформаторы напряжения

1)                 Свойства элегаза

1.1)          Физические свойства

Гексафторид серы (также элегаз или шестифтористая сера, SF6) — неорганическое вещество, при нормальных условиях тяжёлый газ, в 5 раз тяжелее воздуха. Соединение было впервые получено и описано в 1900 году Анри Муассаном в ходе работ по изучению химии фтора.

В центре молекулы элегаза расположен атом серы, а на равном расстоянии от него в вершинах правильного октаэдра располагаются шесть атомов фтора.

Практически бесцветный газ, обладающий высоким (89кВ/см) пробивным напряжением. 

Плотность элегаза при T=273 K и давлении р=0,1 МПа составляет 6,56 кг/м³. Относительная диэлектрическая проницаемость — 1,0021.

Соединение распадается при температуре выше 1100 °С. Газообразные продукты распада элегаза ядовиты и обладают резким, специфическим запахом. Элегаз не поддерживает горения и дыхания, поэтому при накоплении его в производственных помещениях может возникнуть кислородная недостаточность. По ГОСТ 12.1.007-76 по степени воздействия на организм элегаз относится к 4 классу опасности, к которому принадлежат малоопасные вещества. Предельно допустимая концентрация (ПДК) в воздухе рабочей зоны производных помещений 5000 мг/м3. Предельно допустимая концентрация в атмосферном воздухе - 0,001 мг/м3.

Элегаз безвреден в смеси с воздухом. Однако вследствие нарушения технологии производства элегаза или его разложения в аппарате под действием электрических разрядов (дугового, коронного, частичных), в элегазе могут возникать чрезвычайно активные в химическом отношении и вредные для человека примеси, а также различные твёрдые соединения, оседающие на стенах конструкции. Интенсивность образования таких примесей зависит от наличия в элегазе примесей кислорода и особенно паров воды.

Некоторое количество элегаза в электротехнической аппаратуре также разлагается в процессе нормальной работы. Например, коммутация тока 31,5 кА в выключателе 110 кВ приводит к разложению 5-7 см³ элегаза на 1 кДж выделяемой в дуге энергии.

1.2)          Электротехнические свойства

Значительная диэлектрическая прочность элегаза (превышает аналогичный параметр воздуха примерно в 3 раза при равном атмосферном давлении) обеспечивает высокую степень изоляции при минимальных размерах и расстояниях. Это позволяет уменьшить массу и габариты электротехнического оборудования, а хорошая способность гашения дуги и охлаждаемость элегаза увеличивают отключающую способность коммутационных аппаратов и уменьшают нагрев токоведущих частей.

При увеличении давления электрическая прочность элегаза возрастает почти пропорционально давлению и может быть выше электрической прочности жидких и некоторых твердых диэлектриков.

 Элегаз примерно в 100 раз эффективнее воздуха по своей дугогасительной способности. Также элегаз имеет высокую теплоемкость, благодаря чему может эффективно отводить энергию горения дуги, не допуская ее перегрева.

Особенность гашения дуги в элегазе заключается в том, что при токе, близком к нулевому значению, тонкий стержень дуги еще поддерживается и обрывается в последний момент перехода тока через нуль. К тому же после прохода тока через нуль остаточный столб дуги в элегазе интенсивно охлаждается, в том числе за счет еще большего увеличения теплоемкости плазмы при температурах порядка 2000 К, и электрическая прочность быстро увеличивается.Такая стабильность горения дуги в элегазе до минимальных значений тока при относительно низких температурах приводит к отсутствию срезов тока и больших перенапряжений при гашении дуги.

Характерным является очень большой коэффициент теплового расширения и высокая плотность. Это важно для энергетических установок, в которых проводится охлаждение каких-либо частей устройства, так как при большом коэффициенте теплового расширения легко образуется конвективный поток, уносящий тепло.

Применение элегаза позволяет при прочих равных условиях увеличить токовую нагрузку на 25% и допустимую температуру медных контактов до 90°С (в воздушной среде 75°С) благодаря химической стойкости, негорючести, пожаробезопасности и большей охлаждающей способности элегаза.

Элегаз не стареет, т. е. не меняет своих свойств с течением времени, при электрическом разряде распадается, но быстро рекомбинирует, восстанавливая первоначальную диэлектрическую прочность.

Стоимость элегаза достаточно высока, однако он нашёл достаточно широкое применение в технике, особенно в высоковольтной электротехнике. Он прежде всего используется как диэлектрик, то есть в качестве основной изоляции для комплектных распределительных устройств, высоковольтных измерительных трансформаторов тока и напряжения и др. Также элегаз используется как среда дугогашения в высоковольтных выключателях.

Основные преимущества элегаза перед его основным «конкурентом», трансформаторным маслом, это:

                    взрыво- и пожаробезопасность;

                    снижения массо-габаритных показателей конструкции за счёт уменьшения изоляционных промежутков и улучшенных условий охлаждения токоведущих частей.

Недостатком элегаза является переход его в жидкое состояние при сравнительно высоких температурах, что определяет дополнительные требования к температурному режиму элегазового оборудования в эксплуатации.

Применение

                    как изолятор и теплоноситель в высоковольтной электротехнике;

                    как технологическая среда в электронной и металлургической промышленности;

                    в системах газового пожаротушения в качестве пожаротушащего вещества;

                    как хладагент благодаря высокой теплоёмкости, низкой теплопроводности и низкой вязкости;

                    для изменения тембра голосовых связок (эффект пониженной тональности голоса), противоположно гелию;

                    для улучшения звукоизоляции в стеклопакетах;

                    в полупроводниковой промышленности для травления кремния.

2)     Конструкция высоковольтного оборудования с использованием элегаза

2.1) КРУЭ(комплектное распределительное устройство с элегазовым наполнением)

КРУЭ - комплектное распределительное устройство с элегазовой изоляцией. Комплектные элегазовые распределительные устройства (КРУЭ) занимают лишь 5% территории, необходимой для обычных РУ с воздушной изоляцией. Поэтому их размещение особенно актуально в густонаселенных районах. КРУЭ поставляется укрупненными сборочными единицами, представляющими собой отдельные элементы такие как, выключатель, комбинированный разъединитель-заземлитель, заземлитель быстрого действия, трансформаторы напряжения и кабельные вводы. Все элементы КРУЭ изготавливаются из алюминия, это значительно снижает вес всего оборудования, что в конечном итоге позволяет отказаться от дорогостоящих фундаментов и грузоподъемных механизмов.

Ячейки КРУЭ выполняются, как правило, в трехфазном исполнении и состоят из отдельных элементов, заключенных в герметичную металлическую оболочку цилиндрической или шаровой формы, заполненной элегазом или смесью азота с элегазом. Для сочленения между собой оболочки элементов имеют фланцы и патрубки, контакты и уплотнения.
        По функциональному назначению ячейки КРУЭ могут быть линейные, шиносоединительные, трансформаторов напряжения и секционные, с одной или двумя системами сборных шин. Ячейки состоят из трех полюсов, шкафов и сборных шин. В шкафах размещена аппаратура цепей сигнализации, блокировки, дистанционного электрического управления, контроля давления элегаза и подачи его в ячейку, питания приводов сжатым воздухом.

              В полюс ячейки входят:
• коммутационные аппараты: выключатели, разъединители, заземлители;
• измерительные трансформаторы тока и напряжения;
• соединительные элементы: сборные шины, кабельные вводы («масло—элегаз»), проходные вводы («воздух—элегаз»), элегазовые токопроводы и др.
            Различные элементы ячеек по конструкции, условиям эксплуатации, монтажу, ремонту газовой схемы могут быть объединены в отсеки, а по условиям транспортировки — в транспортные блоки. Ячейки или их транспортные блоки заполнены элегазом или азотом при небольшом избыточном давлении.
КРУЭ снабжаются вспомогательным оборудованием и приспособлениями, обеспечивающими их нормальное обслуживание.

Сферы применения: 
• Распределительные и трансформаторные подстанции; 
• Промышленные электроустановки: высотные здания, аэропорты, метро, очистительные установки, портовые сооружения, ж/д электроснабжение.

Преимущества: 

• взрыво- и пожаробезопасность;
• возможность установки в сейсмически активных районах и зонах с повышенной загрязненностью;
• отсутствие электрических и магнитных полей;
• Модульная конструкция; 
• Расширение КРУЭ без проведения работ с элегазом на месте; 
• Необслуживаемый вакуумный силовой выключатель; 
 

Эксплуатационная надёжность

Наличие герметичных цельносварных резервуаров из высококачественной нержавеющей немагнитной стали без каких-либо уплотнений, с устойчивой к перепадам давления и температуры конструкцией, использование изолирующего газа, сохраняющего изоляционные свойства на протяжении всего срока службы без необходимости очистки и дозаправки, применения закрытой пофазной изоляции токоведущих элементов вне резервуара, наличие простого и наглядного указателя готовности к эксплуатации.

         Экономичность 
•Сверхнизкие эксплуатационные затраты за весь срок службы: 
• отсутствие необходимости в техническом обслуживании; 
• независимость от климатических воздействия; 
• минимально занимаемое пространство; 
• максимальная готовность к работе. 

• длительный срок службы

          Безопасность персонала 
• Первичные цепи в герметичной оболочке безопасны для прикосновений; 
• ВВ-предохранители и концевые кабельные муфты доступны только при заземленных присоединениях; 
• Управление возможно только при закрытом корпусе; 
• Заземление присоединений через заземлители с возможностью включения на КЗ. 

          Безопасность в работе 
• Герметичная оболочка для первичных цепей: 
– не зависит от воздействий окружающей среды (грязь, влага) 
– герметичность в течение всего срока службы (сварной резервуар, вваренные проходные изоляторы). 
• Необслуживаемые компонены привода; 
• Доступ к приводам коммутационных аппаратов вне резервуара с элегазом; 
 

2.2) Высоковольтные выключатели

Выпускаемые в России выключатели элегазовые предназначены для коммутации электрических цепей при нормальных и аварийных режимах работы, а также для работы в стандартных циклах при автоматическом повторном включении (АПВ) в сетях трехфазного переменного тока частотой 50 и 60 Гц с номинальным напряжением зависящем от серии в широком диапазоне климатических условий: от -60 до +55°С.

Выключатели представляют собой трехполюсный аппарат, полюсы которого имеют одну (общую) раму и управляются одним приводом либо каждый из трех полюсов выключателей имеет собственную раму и управляется своим приводом.