Диэлектрический газ - Dielectric gas
А диэлектрический газ, или же изоляционный газ, это диэлектрик материал в газообразном состоянии. Его основная цель - предотвратить или быстро погасить электрические разряды. Диэлектрические газы используются как электрические изоляторы в высокое напряжение приложения, например трансформаторы, Автоматические выключатели (а именно автоматические выключатели с гексафторидом серы ), распределительное устройство (а именно распределительное устройство высокого напряжения ), радар волноводы, так далее.
Хороший диэлектрический газ должен иметь высокую диэлектрическая прочность, высокая термостойкость и химическая инертность по отношению к используемым конструкционным материалам, негорючесть и низкая токсичность, низкий точка кипения, хороший теплопередача свойства и низкая стоимость.[1]
Самый распространенный диэлектрический газ - это воздуха, благодаря своей повсеместности и невысокой стоимости. Другой часто используемый газ - это сухой азот.
В особых случаях, например, выключатели высокого напряжения, газы с хорошими диэлектрическими свойствами и очень высокими напряжения пробоя необходимы. Высоко электроотрицательный элементы, например, галогены, пользуются успехом, поскольку они быстро рекомбинировать с ионы присутствует в канале разряда. Галогенные газы очень разъедающий. Поэтому предпочтительны другие соединения, которые диссоциируют только в пути разряда; гексафторид серы, органофториды (особенно перфторуглероды ) и хлорфторуглероды самые распространенные.
Напряжение пробоя газов примерно пропорционально их плотность. Напряжения пробоя также увеличиваются с увеличением давления газа. Многие газы имеют ограниченное верхнее давление из-за их разжижение.
Продукты разложения галогенированные соединения очень едкие, поэтому возникновение коронный разряд следует предотвратить.
Наращивание влага может ухудшить диэлектрические свойства газа. Анализ влажности используется для раннего обнаружения этого.
Диэлектрические газы также могут служить охлаждающие жидкости.
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 гелий или азот.[2] Многокомпонентные газовые смеси обладают превосходными диэлектрическими свойствами; оптимальные смеси объединяют газы, связывающие электроны (гексафторид серы, октафторциклобутан ) с молекулами, способными термализовать (замедлять) ускоренные электроны (например, тетрафторметан, фтороформ ). Изолирующие свойства газа контролируются комбинацией присоединения электронов, рассеяние электронов, и электронная ионизация.[3]
Атмосферное давление существенно влияет на изоляционные свойства воздуха. Приложения высокого напряжения, например ксеноновые лампы-вспышки, на большой высоте могут произойти электрические поломки.
| Газ | Формула | Напряжение пробоя относительно воздуха | Молекулярный вес (г / моль) | Плотность* (г / л) | ODP | GWP | Электронно-приставной | Характеристики |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Гексафторид серы | SF 6 | 3.0 | 146.06 | 6.164 | 22800 | Самый популярный изоляционный газ. Он плотный и богат фтор, который является хорошим гасителем разряда. Хорошие охлаждающие свойства. Отличное гашение дуги. Продукты коррозионного разложения. Хотя большинство продуктов разложения имеют тенденцию к быстрому переформированию SF 6, дуга или же корона может производить декафторид дисеры (S 2F 10), весьма токсичный газ, с токсичностью, аналогичной фосген. Гексафторид серы в электрической дуге может также реагировать с другими материалами и выделять токсичные соединения, например фторид бериллия из оксид бериллия керамика. Часто используется в смесях, например, с азот или воздух. | ||
| Азот | N 2 | 1.15 | 28 | 1.251 | – | – | нет | Часто используется при высоком давлении. Не способствует горению. Может использоваться с 10–20% SF6 как более дешевая альтернатива SF6. Может использоваться отдельно или в сочетании с CO2. Неэлектронное присоединение, эффективное замедление электронов. |
| Воздуха | 29 / смесь | 1 | 1.2 | – | – | Напряжение пробоя 30 кВ / см при 1 атм. Очень хорошо исследовано. Под действием электрического разряда образует коррозионные оксиды азота и другие соединения, особенно в присутствии воды. Продукты коррозионного разложения. Может способствовать горению, особенно в сжатом состоянии. | ||
| Аммиак | NH 3 | 1 | 17.031 | 0.86 | ||||
| Углекислый газ | CO 2 | 0.95 | 44.01 | 1.977 | – | 1 | слабый | |
| Монооксид углерода | CO | 1.2[4] | слабый | Эффективен в замедлении электронов. Токсично. | ||||
| Сероводород | ЧАС 2S | 0.9 | 34.082 | 1.363 | ||||
| Кислород | О 2 | 0.85 | 32.0 | 1.429 | – | – | Очень эффективно облегчает горение. Опасно, особенно при высокой концентрации или сжатии. | |
| Хлор | Cl 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, например, для охлаждения турбогенераторы с водородным охлаждением. Проблемы обращения и безопасности. Очень быстрое снятие возбуждения, может использоваться с высокой частотой повторения искровые разрядники и быстро тиратроны. | ||
| Диоксид серы | ТАК 2 | 0.30 | 64.07 | 2.551 | ||||
| Оксид азота | N 2О | ~1.3 | слабый | Слабая электронная привязка. Эффективно замедляет электроны.[4] | ||||
| 1,2-дихлортетрафторэтан (R-114 ) | CF 2ClCF 2Cl | 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. Продукты коррозионного разложения. | |
| Дихлордифторметан (R-12) | CF 2Cl 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 пробивные напряжения могут быть достигнуты за счет увеличения давления путем добавления азота. Продукты коррозионного разложения. |
| Трифторметан | CF 3ЧАС | 0.8 | слабый | |||||
| 1,1,1,3,3,3-гексафторпропан (Р-236фа) | CF 3CH 2CF 3 | 152.05 | 6300 | сильный | Продукты коррозионного разложения. | |||
| Тетрафторид углерода (R-14) | CF 4 | 1.01[1] | 88.0 | 3.72 | – | 6500 | Плохой изолятор при использовании отдельно. В смеси с SF6 несколько снижает диэлектрические свойства гексафторида серы, но значительно снижает температуру кипения смеси и предотвращает конденсацию при чрезвычайно низких температурах. Снижает стоимость, токсичность и коррозионную активность чистого SF6.[5] | |
| Гексафторэтан (Р-116) | C 2F 6 | 2.02[1] | 138 | 5.734 | – | 9200 | сильный | |
| 1,1,1,2-тетрафторэтан (R-134a) | C 2ЧАС 2F 4 | сильный | Возможная альтернатива SF6.[6] Его дугогасящие свойства плохие, но диэлектрические свойства довольно хорошие. | |||||
| Перфторпропан (R-218) | C 3F 8 | 2.2[1] | 188 | 8.17 | – | ? | сильный | |
| Октафторциклобутан (R-C318) | C 4F 8 | 3.6[1] | 200 | 7.33 | – | ? | сильный | Возможная альтернатива SF6. |
| Перфторбутан (Р-3-1-10) | C 4F 10 | 2.6[1] | 238 | 11.21 | – | ? | сильный | |
| 30% SF 6/ 70% воздуха | 2.0[1] | |||||||
| Гелий | Он | Нет | Неэлектронное присоединение, неэффективно для замедления электронов. | |||||
| Неон | Ne | 0.02[4] | Нет | Неэлектронное присоединение, неэффективно для замедления электронов. | ||||
| Аргон | Ar | 0.2[4] | Нет | Неэлектронное присоединение, неэффективно для замедления электронов. | ||||
| вакуум | В конденсаторах и переключателях используется высокий вакуум. Проблемы с вакуумным обслуживанием. Более высокое напряжение может привести к образованию рентгеновские лучи.[7][8] |
* плотность приблизительная; обычно указывается при атмосферном давлении, температура может изменяться, хотя в большинстве случаев она составляет 0 ° C.
Рекомендации
- ^ а б c d е ж грамм М. С. Найду; NAIDU M S (22 ноября 1999 г.). Техника высокого напряжения. McGraw-Hill Professional. С. 35–. ISBN 978-0-07-136108-8. Получено 17 апреля 2011.
- ^ Пол Г. Слейд (2008). Вакуумный прерыватель: теория, конструкция и применение. CRC Press. С. 433–. ISBN 978-0-8493-9091-3. Получено 17 апреля 2011.
- ^ Рамаприя Партхасарати Использование ридберговских атомов в качестве лаборатории на микромасштабах для исследования взаимодействий электронов с молекулами низких энергий
- ^ а б c d Лукас Дж. Кристофору Исследования и выводы об альтернативах чистой SF6. Национальный институт стандартов и технологий. Гейтерсбург, Мэриленд. EPA.gov
- ^ Лукас Г. Христофороу; Джеймс К. Олтофф (1 января 1998 г.). Газообразные диэлектрики VIII. Springer. С. 45–. ISBN 978-0-306-46056-2. Получено 17 апреля 2011.
- ^ Газообразные диэлектрики с низким потенциалом глобального потепления - заявка на патент США № 20080135817 Описание В архиве 13 октября 2012 г. Wayback Machine. Patentstorm.us (12 декабря 2006 г.). Проверено 21 августа 2011.
- ^ Ганс Р. Грим; Ральф Харви Ловберг (1970). Физика плазмы. Академическая пресса. С. 201–. ISBN 978-0-12-475909-1. Получено 9 января 2012.
- ^ Равиндра Арора; Вольфганг Мош (25 февраля 2011 г.). Техника высокого напряжения и электроизоляции. Джон Вили и сыновья. С. 249–. ISBN 978-1-118-00896-6. Получено 9 января 2012.