Gaz dielektryczny - Dielectric gas
Gazem dielektrycznym lub gaz izolacyjny , jest dielektryczna materiału w stanie gazowym. Jego głównym celem jest zapobieganie wyładowaniom elektrycznym lub ich szybkie tłumienie . Gazy dielektryczne są stosowane jako izolatory elektryczne w zastosowaniach wysokonapięciowych , np. Transformatory , wyłączniki (tj. Wyłączniki z sześciofluorkiem siarki ), rozdzielnice (mianowicie rozdzielnice wysokiego napięcia ), falowody radarowe itp.
Dobry gaz dielektryczny powinien mieć wysoką wytrzymałość dielektryczną , wysoką stabilność termiczną i obojętność chemiczną w stosunku do zastosowanych materiałów konstrukcyjnych, niepalność i niską toksyczność , niską temperaturę wrzenia , dobre właściwości wymiany ciepła i niski koszt.
Najczęstszym gazem dielektrycznym jest powietrze ze względu na jego wszechobecność i niski koszt. Innym powszechnie stosowanym gazem jest suchy azot .
W szczególnych przypadkach, np. Przełączniki wysokiego napięcia, potrzebne są gazy o dobrych właściwościach dielektrycznych i bardzo wysokich napięciach przebicia . Preferowane są elementy silnie elektroujemne , np. Halogeny , ponieważ szybko rekombinują z jonami obecnymi w kanale wyładowczym. Gazy halogenowe są silnie korozyjne . Dlatego preferowane są inne związki, które dysocjują tylko na drodze wyładowania; najpowszechniejsze są sześciofluorek siarki , organofluorki (zwłaszcza perfluorowęglowodory ) i chlorofluorowęglowodory .
Napięcie przebicia gazów jest z grubsza proporcjonalne do ich gęstości . Napięcia przebicia również rosną wraz z ciśnieniem gazu. Wiele gazów ma ograniczone górne ciśnienie z powodu ich skraplania .
Produkty rozkładu związków chlorowcowanych są silnie korozyjne, dlatego należy zapobiegać występowaniu wyładowań koronowych .
Nagromadzenie wilgoci może pogorszyć właściwości dielektryczne gazu. Analiza wilgoci służy do wczesnego wykrywania tego zjawiska.
Gazy dielektryczne mogą również służyć jako chłodziwa .
W niektórych zastosowaniach próżnia jest alternatywą dla gazu.
W stosownych przypadkach można stosować mieszaniny gazów. Dodatek sześciofluorku siarki może radykalnie poprawić właściwości dielektryczne gorszych izolatorów, np. Helu lub azotu. Wieloskładnikowe mieszaniny gazów mogą oferować doskonałe właściwości dielektryczne; Optymalne mieszaniny łączą gazy wiążące elektrony ( heksafluorek siarki , oktafluorocyklobutan ) z cząsteczkami zdolnymi do termalizacji (spowolnienia) przyspieszonych elektronów (np. tetrafluorometan , fluoroform ). Właściwości izolatora gazu są kontrolowane przez połączenie przyłączania elektronów, rozpraszania elektronów i jonizacji elektronów .
Ciśnienie atmosferyczne znacząco wpływa na właściwości izolacyjne powietrza. Zastosowania wysokonapięciowe, np. Ksenonowe lampy błyskowe, mogą powodować awarie elektryczne na dużych wysokościach.
| Gaz | Formuła | Napięcie przebicia względem powietrza | Masa cząsteczkowa (g / mol) | Gęstość * (g / l) | ODP | GWP | Dołączanie elektronów | Nieruchomości |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Sześciofluorek siarki |
SF 6 |
3.0 | 146.06 | 6.164 | 22800 | Najpopularniejszy gaz izolacyjny. Jest gęsty i bogaty w fluor , który jest dobrym wygaszaczem wyładowań. Dobre właściwości chłodzące. Doskonałe hartowanie łuku. Żrące produkty rozkładu. Chociaż większość produktów rozkładu ma tendencję do szybkiego ponownego tworzenia SF 6 , łuk lub wyładowanie koronowe mogą wytwarzać dwusiarczkowy bezfluorek ( S. 2 fa 10 ), silnie toksyczny gaz o toksyczności podobnej do fosgenu . Sześciofluorek siarki w łuku elektrycznym może również reagować z innymi materiałami i wytwarzać toksyczne związki, np. Fluorek berylu z ceramiki tlenku berylu . Często stosowany w mieszaninach np. Z azotem lub powietrzem. |
||
| Azot |
N 2 |
1.15 | 28 | 1.251 | - | - | nie | Często używany pod wysokim ciśnieniem. Nie ułatwia spalania. Może być używany z 10–20% SF 6 jako tańsza alternatywa dla SF 6 . Może być używany samodzielnie lub w połączeniu z CO 2 . Przyłączanie nieelektronowe, skuteczne w spowalnianiu elektronów. |
| Powietrze | 29 / mieszanina | 1 | 1.2 | - | - | Napięcie przebicia 30 kV / cm przy 1 atm. Bardzo dobrze zbadane. Poddany wyładowaniu elektrycznemu tworzy korozyjne tlenki azotu i inne związki, zwłaszcza w obecności wody. Żrące produkty rozkładu. Może ułatwiać spalanie, zwłaszcza po ściśnięciu. | ||
| Amoniak |
NH 3 |
1 | 17.031 | 0.86 | ||||
| Dwutlenek węgla |
WSPÓŁ 2 |
0.95 | 44.01 | 1.977 | - | 1 | słaby | |
| Tlenek węgla | WSPÓŁ | 1.2 | słaby | Skuteczny w spowalnianiu elektronów. Toksyczny. | ||||
| Siarkowodór |
H. 2 S |
0.9 | 34.082 | 1.363 | ||||
| Tlen |
O 2 |
0.85 | 32,0 | 1.429 | - | - | Bardzo skutecznie ułatwia spalanie. Niebezpieczne, zwłaszcza przy wysokim stężeniu lub ściśnięciu. | |
| Chlor |
Cl 2 |
0.85 | 70.9 | 3.2 | ||||
| Wodór |
H. 2 |
0.65 | 2.016 | 0,09 | praktycznie nie | Niskie napięcie przebicia, ale wysoka pojemność cieplna i bardzo niska lepkość. Stosowany do chłodzenia np . Turbogeneratorów chłodzonych wodorem . Obsługa i problemy z bezpieczeństwem. Bardzo szybkie odwzbudzanie, może być stosowane w iskiernikach o dużej częstotliwości repetycji i szybkich tyratronach . | ||
| Dwutlenek siarki |
WIĘC 2 |
0,30 | 64.07 | 2.551 | ||||
| Podtlenek azotu |
N 2 O |
~ 1.3 | słaby | Słabe przyłączanie elektronów. Skuteczny w spowalnianiu elektronów. | ||||
| 1,2-dichlorotetrafluoroetan ( R-114 ) |
CF 2 ClCF 2 Cl |
3.2 | 170,92 | 1.455 | ? | silny | Ciśnienie nasycenia w 23 ° C wynosi około 2 atm, dając napięcie przebicia 5,6 razy wyższe niż azot przy 1 atm. Żrące produkty rozkładu. | |
| Dichlorodifluorometan (R-12) |
CF 2 Cl 2 |
2.9 | 120,91 | 6 | 1 | 8100 | silny | Prężność par 90 psi (6,1 atm) w 23 ° C, dając napięcie przebicia 17 razy wyższe niż powietrze przy 1 atm. Wyższe napięcia przebicia można osiągnąć zwiększając ciśnienie przez dodanie azotu. Żrące produkty rozkładu. |
| Trifluorometan |
CF 3 H. |
0.8 | słaby | |||||
| 1,1,1,3,3,3-heksafluoropropan (R-236fa) |
CF 3 CH 2 CF 3 |
152.05 | 6300 | silny | Żrące produkty rozkładu. | |||
| Czterofluorek węgla (R-14) |
CF 4 |
1.01 | 88,0 | 3.72 | - | 6500 | Słaby izolator, gdy jest używany samodzielnie. W mieszaninie z SF 6 nieco obniża właściwości dielektryczne sześciofluorku siarki, ale znacznie obniża temperaturę wrzenia mieszaniny i zapobiega kondensacji w skrajnie niskich temperaturach. Obniża koszt, toksyczność i korozyjność czystego SF 6 . | |
| Heksafluoroetan (R-116) |
do 2 fa 6 |
2.02 | 138 | 5.734 | - | 9200 | silny | |
| 1,1,1,2-Tetrafluoroetan (R-134a) |
do 2 H. 2 fa 4 |
silny | Możliwa alternatywa dla SF 6 . Jego właściwości gaszenia łuku są słabe, ale właściwości dielektryczne są dość dobre. | |||||
| Perfluoropropan (R-218) |
do 3 fa 8 |
2.2 | 188 | 8.17 | - | ? | silny | |
| Oktafluorocyklobutan (R-C318) |
do 4 fa 8 |
3.6 | 200 | 7.33 | - | ? | silny | Możliwa alternatywa dla SF 6 . |
| Perfluorobutan (R-3-1-10) |
do 4 fa 10 |
2.6 | 238 | 11.21 | - | ? | silny | |
| 30% SF 6 / 70% powietrza |
2.0 | |||||||
| Hel | On | Nie | Przyłączanie nieelektronowe, nieefektywne w spowalnianiu elektronów. | |||||
| Neon | Ne | 0,02 | Nie | Przyłączanie nieelektronowe, nieefektywne w spowalnianiu elektronów. | ||||
| Argon | Ar | 0,2 | Nie | Przyłączanie nieelektronowe, nieefektywne w spowalnianiu elektronów. | ||||
| odkurzać | Wysoka próżnia jest stosowana w kondensatorach i przełącznikach. Problemy z utrzymaniem próżni. Wyższe napięcia mogą prowadzić do wytwarzania promieni rentgenowskich . |
* Gęstość jest przybliżona; zwykle podaje się go przy ciśnieniu atmosferycznym, temperatura może się zmieniać, chociaż najczęściej wynosi 0 ° C.