Онлайн журнал электрика. Элегаз что это такоеЭлегаз - свойства и применениеСодержание:
В качестве основного изолятора в электротехнических установках широко применяется смесь фтора и серы, известная как элегаз. При обычной температуре и рабочем давлении он не имеет цвета и запаха, не горючий и практически в 5 раз плотнее и тяжелее воздуха. Свойства элегаза остаются неизменными в течение неограниченного времени. При попадании в его среду электрического разряда, вначале происходит распад, а затем быстрое восстановление первоначальной диэлектрической прочности. Благодаря своим качествам, элегаз используется в элегазовых устройствах гашения электрической дуги и является основой элегазовой изоляции. Физическая и химическая природа элегазаС точки зрения химии элегаз представляет собой чрезвычайно инертное соединение. Он не реагирует на кислоты и щелочи, окислители и восстановители. Данное вещество обладает повышенной устойчивостью к расплавленным металлам, слаборастворимо в воде и вступает во взаимодействие только с органическими растворителями. Для распада этого соединения необходима температура 1100 градусов и выше. Продуктами распада являются газообразные составляющие, обладающие токсичностью и специфическим резким запахом. Накапливаясь в помещении, элегаз может вызвать кислородную недостаточность. В целом он относится к малоопасным веществам с предельно допустимой концентрацией в помещении – 5000 мг/м3, а на открытом воздухе – 0,001 мг/м3. При захвате соединением электронов, происходит образование малоподвижных ионов. В результате, существенно снижается количество носителей заряда. Их разгон в электрическом поле крайне замедленный, что препятствует образованию и развитию электронных лавин. За счет этого элегаз обладает высокой электрической прочностью. Увеличенное давление способствует росту электрической прочности пропорционально действующему давлению. Нередко этот показатель превышает аналогичный параметр у жидких и твердых диэлектрических материалов. Существенным недостатком элегаза является потеря его изоляционных качеств и переход в жидкое состояние под действием низких температур. Поэтому к температурному режиму элегазовых установок предъявляются дополнительные требования. Одним из наиболее подходящих вариантов выхода из подобных ситуаций служит смешивание элегаза с другими видами газов, например, с азотом. Другой способ заключается в использовании системы подогрева, существенно повышающей надежность оборудования при температурах минус 40 и ниже. Физические свойства элегаза во многом зависят от равномерности и однородности электрического поля, выдаваемого распределительными устройствами. Неоднородные поля вызывают появление местных перенапряжений, которые, в свою очередь, приводят к возникновению коронирующих разрядов. Данные разряды способствуют разложению элегаза и образованию в этой среде низших фторидов, пагубно воздействующих на конструктивные элементы коммутационного оборудования. В связи с этим, все делали и составные части должны иметь очень гладкие поверхности, на которых отсутствуют заусеницы, шероховатости и грязь, приводящие к созданию местных напряженностей электрического поля, снижению электрической прочности элегазовой изоляционной системы. Дугогасительные качества элегазаПри всех одинаковых условиях элегаз обладает значительно большей дугогасительной способностью, по сравнению с обычным воздухом. Основными факторами являются состав плазмы, плотность элегаза, а также теплоемкость, тепло- и электропроводность, находящиеся между собой в температурной зависимости. При достижении состояния плазмы, наступает распад молекул элегаза. Когда температура достигает 2000 К, происходит резкое увеличение теплоемкости из-за молекулярной диссоциации. Поэтому в температурном промежутке между 2000 и 3000 К теплопроводность плазмы во много раз увеличивается по сравнению с обычным воздухом. При достижении температуры 4000 К диссоциация молекул начинает уменьшаться. Одновременно в дуге элегаза образуется атомарная сера. Ее низкий потенциал ионизации вызывает такую концентрацию электронов, которая способна поддерживать дугу даже при температуре 3000 К. Дальнейшее повышение температуры приводит к падению теплопроводности плазмы, в результате этот параметр становится таким же, как и у воздуха. Далее вновь происходит увеличение теплопроводности. За счет этих процессов сопротивление и напряжение горящей дуги в элегазе снижается примерно на 20-30% относительно дуги, возникающей в воздухе. Подобное состояние удерживается вплоть до температур от 8 до 12 тыс. градусов. Когда температура плазмы начинает снижаться до 7000 К и далее, в ней соответственно уменьшается концентрация электронов, что приводит к падению электрической проводимости плазмы. При достижении 6000 К ионизация атомарной серы сильно снижается, а захват электронов свободным фтором, наоборот, усиливается. В этом процессе участвуют также низшие фториды и молекулы элегаза. Диссоциация молекул завершается при температуре 4000 К, после чего начинается их рекомбинация. Это приводит к еще большему снижению плотности электроном, поскольку происходит химическое соединение атомарной серы с фтором. В данном температурном диапазоне характеристики теплопроводности плазмы еще сохраняются на высоком уровне, охлаждение дуги продолжается за счет удаления из плазмы свободных электронов. Их захватывает атомарный фтор и молекулы элегаза. Постепенно происходит увеличение и полное восстановление электрической прочности промежутка дуги.
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Плотность элегаза | г/л | 20°C, 1 атм | 6,139 |
| Крит. температура | °C | - | 45,55 |
| Критическое давление | МПа | - | 3,76 |
| Критическая плотность | кг/м³ | - | 740 |
| Теплота образования | кДж/моль | - | -1221,66 |
| Скорость звука в SF6 | м/сек | - | 136 |
| Относительная диэлектрическая проницаемость | 25°C, 1 бар | 1.00204 | |
| Коэффициент рассеивания или tanδ | о.е. | 25°C, 1 бар | |
| Электрическая прочность | кВ/см | - | 89,5 |
| Температура разложения | °C | - | >1100 |
Плюсы и минусы шестифтористой серы
преимуществ у элегаза достаточно:
- По электрической прочности элегаз выигрывает у воздуха в 2,5 раза. Воздух берется в сравнение, так как до элегазовых выключателей использовались воздушные. Выигрышно высокие значения диэлектрической и электрической прочностей позволяет уменьшить размеры электрооборудования без уменьшения эксплуатационных характеристик. Например, уменьшая размеры выключателей автоматически уменьшаются и габариты распределительного устройства. Также элегаз обладает способностью захватывать свободные электроны, образуя малоподвижные ионы, повышая этим электрическую прочность.
- Меньшая скорость распространения звука - в три раза по сравнению с воздухом.
- Элегаз не стареет и не требует частой замены. Даже, если произошел дуговой разряд, то газ распадается, однако, потом заново рекомбинирует и вновь находится в рабочем состоянии.
существует и пара недостатков, ведь ничего не бывает идеального:
- из-за долгого разложения он внесен в список парниковых газов и хотя его роль в общей картине невелика, из-за промышленного использования на него наложено это клеймо.
- при высоких температурах элегаз переходит в жидкое состояние и выделяются ядовитые продукты его разложения, поэтому важно следить за его температурой
- в помещениях без должного вентилирования SF6 может накапливаться, и, собравшись в достаточном количестве, вызывать кислородное голодание у обслуживающего персонала. Поэтому важно следить и за концентрацией данного вещества без цвета и запаха.
- если его вдохнуть, то Ваш голос преобразится на время в мощный бас, однако, злоупотреблять этим не стоит.
- высокая стоимость.
- при использовании в электрооборудовании необходимо следить за чистотой и герметичностью оборудования и самого газа.
Области применения элегаза
В энергетике (высоковольтное оборудование), металлургия (рабочая среда), системы газового пожаротушения (рабочая среда), а также как хладагент, шумоизолятор и окислитель в различных отраслях промышленности.
Элегаз в энергетике
Однако, нас больше всего интересует применение элегаза в энергетике. Незря же это вещество называется “электротехнический газ”. В самом названии заложена главная отрасль его применения.
Применяется как основная изоляция в высоковольтных трансформаторах тока и напряжения, кабелях, трансформаторах, ячейках КРУЭ, а также как среда для гашения дуги в элегазовых выключателях. Применение элегаза повышает величину тока отключения и уменьшает само время отключения.
pomegerim.ru
Элегаз Википедия
| Фторид серы | |
| гексафторид серы, шестифтористая сера, элегаз | |
| SF6 | |
| газ | |
| 146,06 г/моль | |
| Газ: 6,164 г/лЖидкость: 1,33 г/см³ | |
| 19,3±0,1 эВ[1] | |
| −50,8 °C | |
| −83±1 °F[1] | |
| сублимацияпри −63,9 °C | |
| 97,15 Дж/(моль·К) | |
| 0,012058 Вт/(м·K) | |
| −1219 кДж/моль | |
| 21,5±0,1 атм[1] | |
| октаэдрическая | |
| орторомбическая | |
| 0 Д | |
| 2551-62-4 | |
| 17358 | |
| 219-854-2 | |
| WS4900000 | |
| 30496 | |
| 1080 | |
| 16425 | |
| малотоксичен | |
| Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иного. | |
Гексафторид серы (также элегаз или шестифтористая сера, SF6) — неорганическое вещество, при стандартных условиях представляет собой 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.
Методы получения
Возможно получать гексафторид серы из простых веществ:
S+3F2→SF6{\displaystyle {\mathsf {S+3F_{2}\rightarrow SF_{6}}}}Также гексафторид серы образуется при разложении сложных фторидов серы:
S2F10→SF6+SF4{\displaystyle {\mathsf {S_{2}F_{10}\rightarrow SF_{6}+SF_{4}}}}Физико-химические свойства
Практически бесцветный газ, без запаха и вкуса. Обладает высоким пробивным напряжением (89 кВ/см — примерно в 3 раза выше, чем у воздуха при нормальном давлении).
Плохо растворим в воде (1 объём SF6 в 200 объёмах воды), этаноле и диэтиловом эфире[2], хорошо растворим в нитрометане.
Плотность элегаза при температуре 273 K и давлении 0,1 МПа составляет 6,56 кг/м³. Относительная диэлектрическая проницаемость — 1,0021. Полное число степеней свободы молекулы элегаза равно 21, из них три степени свободы — в поступательном движении, три — во вращательном, а остальные — в колебательном. Диаметр молекулы равен 5,33 Å.
Термодинамические величины
Химические свойства
Гексафторид серы — достаточно инертное соединение, не реагирует с водой, вероятно, из-за кинетических факторов. Не реагирует также с растворами HCl и NaOH[4], однако при действии восстановителей могут протекать некоторые реакции.
В составе молекулы газа 21,95 % серы и 78,05 % фтора по массе.
Взаимодействие с металлическим натрием проходит только при нагревании, однако уже при 64 °C взаимодействует с раствором натрия в аммиаке:
SF6+8Na→Na2S+6NaF{\displaystyle {\mathsf {SF_{6}+8Na\rightarrow Na_{2}S+6NaF}}}Гексафторид серы реагирует с литием с выделением большого количества тепла:
SF6+6Li→S+6LiF{\displaystyle {\mathsf {SF_{6}+6Li\rightarrow S+6LiF}}}При этом продукты реакции — элементарная сера и фторид лития — имеют меньший объём, чем исходные вещества, что нашло применение в некоторых экзотических тепловых двигателях (см. ниже).
С водородом и кислородом гексафторид не реагирует. Однако, при сильном нагревании (до 400 °C) SF6 взаимодействует с сероводородом, а при 30 °C — с иодоводородом:
2SF6+6h3S→S8+12HF{\displaystyle {\mathsf {2SF_{6}+6H_{2}S\rightarrow S_{8}+12HF}}} SF6+8HI→6HF+h3S+4I2{\displaystyle {\mathsf {SF_{6}+8HI\rightarrow 6HF+H_{2}S+4I_{2}}}}При повышенном давлении и температуре около 500 °C SF6 окисляет PF3 до PF5:
SF6+PF3→PF5+SF4{\displaystyle {\mathsf {SF_{6}+PF_{3}\rightarrow PF_{5}+SF_{4}}}}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[5];
- для улучшения звукоизоляции в стеклопакетах;
- в полупроводниковой промышленности для плазмохимического травления кремния;
- как окислитель в некоторых экзотических тепловых двигателях — например, в паротурбинной установке американской малогабаритной 324-мм противолодочной торпеды Mark 50, где он используется для окисления металлического лития.
При вдыхании наблюдается эффект пониженной тональности голоса, противоположный действию гелия[6].
Применение в электротехнике
Название «элегаз» шестифтористая сера получила от сокращения «электрический газ». Уникальные свойства элегаза были открыты в СССР, его применение также началось в Советском Союзе. В 30-х годах известный учёный Б. М. Гохберг в ЛФТИ исследовал электрические свойства ряда газов и обратил внимание на некоторые свойства шестифтористой серы SF6 (элегаза)[7]. Потребность в элегазе появилась в стране в начале 1980-х годов и была связана с разработкой и освоением электрооборудования для передач постоянного тока сверхвысокого напряжения. Его промышленное производство в РФ было освоено в 1998 году на Кирово-Чепецком химическом комбинате[8].
Электрическая прочность при атмосферном давлении и зазоре 1 см составляет 89 кВ/см. 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[9].
В центре молекулы элегаза расположен атом серы, а на равном расстоянии от него в вершинах правильного октаэдра располагаются шесть атомов фтора. Это определяет высокую эффективность захвата электронов молекулами, их относительно большую длину свободного пробега и слабую реакционную способность. Поэтому элегаз обладает высокой электрической прочностью.
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.
Стоимость элегаза довольно 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[10]. Также элегаз используется как среда дугогашения в высоковольтных выключателях[11].
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[источник не указан 1816 дней].
Регламентирующие стандарты
IEC
- IEC 60376:2005 — Технические условия на элегаз (SF6) технического сорта для электрического оборудования.
- IEC 60480:2004 — Руководство по проверке и обработке серы шестифтористой (SF6), взятой из электротехнического оборудования, и технические условия на её повторное использование.
EN[en]
- EN 60376:2005 — Технические условия на элегаз (SF6) технического сорта для электрического оборудования.
- EN 60480:2004 — Руководство по проверке и обработке элегаза (SF6), взятого из электротехнического оборудования, и технические условия на его повторное использование.
Вредное воздействие
Основной источник: [12]По степени воздействия на организм человека относится к малоопасным веществам (4-й класс согласно ГОСТ 12.1.007-76).
Имеется возможность отравления продуктами распада элегаза (низшими фторидами), образующимися, например, при работе дугогасительных камер в высоковольтных выключателях.
Потенциал разрушения озонового слоя ODP = 0.
Потенциал глобального потепления GWP = 24 900 (регламентируется Киотским протоколом).
Интересные факты
- Если наполнить гексафторидом серы открытый сверху сосуд (так как газ тяжелее воздуха, то он не будет «выливаться» из сосуда) и поместить туда лёгкую лодочку, сделанную, например, из фольги, то лодочка будет держаться на поверхности и не «утонет». Этот опыт был показан в передаче «Разрушители легенд» как фокус с «прозрачной водой»[13]. Так же, из-за высокой плотности, скорость звука в этом газе значительно ниже, чем в воздухе, что приводит к комичному эффекту при вдыхании газа — голос становится очень низким и грубым, подобно голосу Дарта Вейдера. Опыт также демонстрировался в передаче «Разрушители легенд». Аналогичный эффект создаёт и ксенон. А гелий — который в 6 раз легче воздуха — при вдыхании наоборот создаёт тонкий и писклявый голос.
Примечания
- ↑ 1 2 3 http://www.cdc.gov/niosh/npg/npgd0576.html
- ↑ Свойства гексафторида серы на сайте «Химик.ру»
- ↑ 1 2 Sulfur hexafluoride. Air Liquide Gas Encyclopedia. Проверено 22 февраля 2013.
- ↑ Успехи химии, 1975, Том 44, Номер 2, Страницы 193—213.
- ↑ Применение шестифтористой серы
- ↑ Фрагмент передачи «Разрушители мифов»
- ↑ Гохберг Б. М. Ленинградский физико-технический институт Академии наук СССР (рус.) // Успехи физических наук. — 1940. — Т. XXIV, вып. 1. — С. 11-20. См. стр. 16-17, раздел «Электрическая прочность газов»
- ↑ Уткин В. В. Завод у двуречья. Кирово-Чепецкий химический комбинат имени Б. П. Константинова: строительство, развитие, люди. — Киров: ОАО «Дом печати — Вятка», 2007. — Т. 4 (1973—1992), часть 1. — С. 66—67. — 144 с. — 1000 экз. — ISBN 978-5-85271-293-6.
- ↑ Коробейников С.М., д.ф.м.н., профессор. Диэлектрические материалы. 4.1.2. Электроотрицательные газы, применение газообразных диэлектриков. (рус.). Проверено 2 июня 2011. Архивировано 20 февраля 2012 года.
- ↑ ЗВА :: Измерительные трансформаторы с газовой изоляцией
- ↑ Применение SF6 в высоковольтной электронике.
- ↑ Элегаз. Свойства
- ↑ Выпуск 105. Вирусное видео. 6 сезон
Литература
- Гохберг Б. М. Элегаз — электрическая газовая изоляция (рус.) // «Электричество». — 1947. — № 3. — С. 15.
См. также
wikiredia.ru
Элегаз и его свойства. Достоинства и недостатки элегаза
Похожие главы из других работ:
Аэрогель
3. Свойства
Благодаря своей структуре аэрогели обладают набором уникальных свойств. Хотя их прочность приближается к прочности твердых тел, что видно на рисунке 3.1, по плотности они близки к газам. Так...
Жидкие кристаллы; их свойства и применение
3.6 Акустооптические свойства
Развитие акустической кристаллографии жидкокристаллического состояния только начато. Дальнейший предмет этой науки - связь таких явлений...
Исследование модели электролитического осаждения меди
2.5 Физические свойства
Техническая медь -- металл красного, в изломе розового цвета, при просвечивании в тонких слоях -- зеленовато-голубой. Имеет гранецентрированную кубическую решетку с параметром а = 0,36074 нм, плотность 8,96 кг/м3 (20° С)...
Квазикристаллы и их особенности
2.3 Свойства квазикристаллов
Квазикристаллы, как правило, сплавы металлических элементов. Но физические свойства квазикристаллов отличаются от свойств других металлических систем. Электросопротивление металлов увеличивается при возрастании температуры...
Кварки
Свойства супермультиплетов
В 1962 г. Гелл-Маном были однозначно предугаданы все известные характеристики десятой частицы по свойствам девяти известных частиц. Приведем набор параметров для этой частицы: масса, странность, изотопический спин, четность. Кроме того...
Магнитное поле в веществе. Электромагнитная индукция. Гипотеза Максвелла
2. Свойства ферромагнетиков
Особенности магнитных свойств данных веществ определяются их структурой. В ферромагнетиках имеются области спонтанной намагниченности - домены. Это макроскопические области...
Основные свойства элегазовых выключателей
3. ЭЛЕГАЗ
...
Положительный столб тлеющего и дугового разрядов
1. Параметры и свойства ПС
Выше было дано определение ПС, и было отмечено, что различие между ТР и ДР вызвано только различием свойств катодных областей, поэтому свойства положительного столба для этих двух типов разряда качественно не различаются...
Понятие и виды топлива
Свойства топлива
1. Теплота сгорания Количество теплоты, выделяемое при полном сгорании твердого, жидкого или газообразного топлива в нормальных условиях, называется теплотой сгорания...
Применение полупроводников в технике
1.1 Теория и свойства
Полупроводниками называют вещества, обладающие электронной проводимостью, занимающей промежуточное положение между металлами и изоляторами. От металлов они отличаются тем...
Применение углеродных нанотрубок в энергетике
1.4 Структурные свойства
Нанотрубки обладают упругими свойствами. Имеют дефекты при превышении критической нагрузки. В большинстве случаев представляют собой разрушенную ячейку-гексагон решётки - с образованием пентагона или септогона на её месте...
Расчет и конструирование катодного узла
1.1 Свойства боридов
Бор, азот, кремний, углерод образуют с металлами переходных групп соединения, которые не подчиняются законам химической валентности и по многим свойствам напоминают металлы. Все эти соединения получили название: металлоподобные...
Сверхпроводники
3.Свойства сверхпроводников.
Радость видеть и понимать есть самый прекрасный дар природы. А...
Свойства звука
2.Свойства звука
...
Сравнительная характеристика моделей Друде и Зоммерфельда
2.1.4 Другие свойства
Поскольку конкретный вид распределения электронов по скоростям не играет никакой роли при расчете статической и высокочастотной проводимости, коэффициента Холла и магнетосопротивления, их значениям остаются неизменными независимо от того...
fis.bobrodobro.ru
Элегаз и его особенности - Промприбор-Р
Элегаз представляет собой вещество неорганического происхождения, которое открыто в 1900 году. В России практическое изучение данного вещества датируется 30-ми годами прошлого столетия, когда ученым Б.М. Гохбергом были детально изучены электрические свойства этого газа.
Физические свойства
Этот газ не имеет запаха и цвета, а также является очень тяжелым (примерно в пять раз тяжелее воздуха). Элегаз состоит из таких химических элементов, как сера и фтор. При этом процентное соотношение этих элементов в веществе составляет:
S –F21,95% − 78,05%
Элегаз очень плохо растворяется в воде, но хорошо растворяется в органических веществах неполярной природы. Сам по себе газ совершенно не горюч и не проявляет токсических свойств. Однако продукты разложения этого газа, которые образуются при его нагревании до температуры 1100°С, очень ядовиты. Несмотря на то, что сам по себе этот газ не оказывает вредного воздействия на человека, при большом скоплении в помещении он может провоцировать кислородную недостаточность. Поэтому для промышленных помещений строго определена норма ПДК (Предельно Допустимой Концентрации) этого газа, которая составляет 5000 мг/м³.
Элегаз не стареет, т. е. не меняет своих свойств с течением времени, при электрическом разряде распадается, но быстро рекомбинирует, восстанавливая первоначальную диэлектрическую прочность.
При температурах до 1000 К элегаз инертен и нагревостоек, до температур порядка 500 К химически не активен и не агрессивен по отношению к металлам, применяемым в конструкции элегазовых распределительных устройств.
В электрическом поле элегаз обладает способностью захватывать электроны, что обусловливает высокую электрическую прочность элегаза. Захватывая электроны, элегаз образует малоподвижные ионы, которые медленно разгоняются в электрическом поле.
Эксплуатационная способность элегаза улучшается в равномерном поле, поэтому для эксплуатационной надежности конструкция отдельных элементов распределительных устройств должна обеспечивать наибольшую равномерность и однородность электрического поля.
Молекулярная структура
Молекулярная масса элегаза составляет 146,06, а его плотность равняется 0,1 МПа при условии, что газ находится при температуре, равной 273К. При изменении физико-химических условий окружающей среды элегаз способен переходить в различные агрегатные состояния (жидкое, твердое и газообразное).
Молекулы элегаза обладают симметричной формой. Они достаточно компактны, что объясняется наличием атомов с отрицательным электрическим зарядом, которые обладают большим значением молекулярной массы. При этом в центральной части молекулы элегаза располагается атом серы, а вокруг него находятся атомы фтора. Примечательно, что эта молекула имеет форму октаэдра с шестью вершинами, на которых располагаются атомы фтора. Именно благодаря такой молекулярной структуре элегаз является химически инертным соединением. Он обладает очень слабой реакционной способностью даже при условиях, когда находится в смеси с другими газами.
Применение элегаза
В настоящее время элегаз широко используется в качестве изоляционного материала благодаря своей химической инертности. С его помощью обеспечивается надежная изоляция современного коммутационного оборудования. Благодаря внедрению элегаза в технологию производства такого оборудования удалось существенно повысить его надежность на различных производствах. В свою очередь, это привело к снижению расходов на эксплуатацию оборудования, а также значительно повысило безопасность для рабочего персонала. Современные элегазовые выключатели обладают простой конструкцией и длительным сроком эксплуатации. Высокая эффективность сделала элегаз самым распространенным веществом, применяемым в качестве дугогасящей среды для коммутационного оборудования.
- 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 улучшения звукоизоляции в стеклопакетах;
- в полупроводниковой промышленности для плазмохимического травления кремния.
При вдыхании наблюдается эффект пониженной тональности голоса, противоположный действию гелия.
Стоимость элегаза довольно 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.
Вредное воздействие
По степени воздействия на организм человека относится к малоопасным веществам (4-й класс согласно ГОСТ 12.1.007-76).
Имеется возможность отравления продуктами распада элегаза (низшими фторидами), образующимися, например, при работе дугогасительных камер в высоковольтных выключателях.
Потенциал разрушения озонового слоя ODP = 0.
Потенциал глобального потепления GWP = 24 900 (регламентируется Киотским протоколом).
pribor-r.ru
Элегаз - Википедия
| Фторид серы | |
| гексафторид серы, шестифтористая сера, элегаз | |
| SF6 | |
| газ | |
| 146,06 г/моль | |
| Газ: 6,164 г/лЖидкость: 1,33 г/см³ | |
| 19,3±0,1 эВ[1] | |
| −50,8 °C | |
| -83±1 °F[1] | |
| сублимацияпри −63,9 °C | |
| 97,15 Дж/(моль·К) | |
| 0,012058 Вт/(м·K) | |
| −1219 кДж/моль | |
| 21,5±0,1 атм[1] | |
| октаэдрическая | |
| орторомбическая | |
| 0 Д | |
| 2551-62-4 | |
| 17358 | |
| 219-854-2 | |
| WS4900000 | |
| 30496 | |
| 1080 | |
| 16425 | |
| Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иного. | |
Гексафторид серы (также элегаз или шестифтористая сера, SF6) — неорганическое вещество, при стандартных условиях представляет собой 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.
Методы получения[ | ]
Возможно получать гексафторид серы из простых веществ:
S+3F2→SF6{\displaystyle {\mathsf {S+3F_{2}\rightarrow SF_{6}}}}Также гексафторид серы образуется при разложении сложных фторидов серы:
S2F10→SF6+SF4{\displaystyle {\mathsf {S_{2}F_{10}\rightarrow SF_{6}+SF_{4}}}}Физико-химические свойства[ | ]
Практически бесцветный газ, без запаха и вкуса. Обладает высоким пробивным напряжением (89 кВ/см — примерно в 3 раза выше, чем у воздуха при нормальном давлении).
Плохо растворим в воде (1 объём SF6 в 200 объёмах воды), этаноле и диэтиловом эфире[2], хорошо растворим в нитрометане.
Плотность элегаза при температуре 273 K и давлении 0,1 МПа составляет 6,56 кг/м³. Относительная диэлектрическая проницаемость — 1,0021. Полное число степеней свободы молекулы элегаза равно 21, из них три степени свободы — в поступательном движении, три — во вращательном, а остальные — в колебательном. Диаметр молекулы равен 5,33 Å.
Термодинамические величины[ | ]
Химические свойства[ | ]
Гексафторид серы — достаточно инертное соединение, не реагирует с водой, вероятно, из-за кинетических факторов. Не реагирует также с растворами HCl и NaOH[4], однако при действии восстановителей могут протекать некоторые реакции.
В составе молекулы газа 21,95 % серы и 78,05 % фтора по массе.
Взаимодействие с металлическим натрием проходит только при нагревании, однако уже при 64 °C взаимодействует с раствором натрия в аммиаке:
SF6+8Na→Na2S+6NaF{\displaystyle {\mathsf {SF_{6}+8Na\rightarrow Na_{2}S+6NaF}}}Гексафторид серы реагирует с литием с выделением большого количества тепла:
SF6+6Li→S+6LiF{\displaystyle {\mathsf {SF_{6}+6Li\rightarrow S+6LiF}}}При этом продукты реакции — элементарная сера и фторид лития — имеют меньший объём, чем исходные вещества, что нашло применение в некоторых экзотических тепловых двигателях (см. ниже).
С водородом и кислородом гексафторид не реагирует. Однако, при сильном нагревании (до 400 °C) SF6 взаимодействует с сероводородом, а при 30 °C — с иодоводородом:
2SF6+6h3S→S8+12HF{\displaystyle {\mathsf {2SF_{6}+6H_{2}S\rightarrow S_{8}+12HF}}} SF6+8HI→6HF+h3S+4I2{\displaystyle {\mathsf {SF_{6}+8HI\rightarrow 6HF+H_{2}S+4I_{2}}}}При повышенном давлении и температуре около 500 °C SF6 окисляет PF3 до PF5:
SF6+PF3→PF5+SF4{\displaystyle {\mathsf {SF_{6}+PF_{3}\rightarrow PF_{5}+SF_{4}}}}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[5];
- для улучшения звукоизоляции в стеклопакетах;
- в полупроводниковой промышленности для плазмохимического травления кремния;
- как окислитель в некоторых экзотических тепловых двигателях — например, в паротурбинной установке американской малогабаритной 324-мм противолодочной торпеды Mark 50, где он используется для окисления металлического лития.
При вдыхании наблюдается эффект пониженной тональности голоса, противоположный действию гелия[6].
Применение в электротехнике[ | ]
Название «элегаз» шестифтористая сера получила от сокращения «электрический газ». Уникальные свойства элегаза были открыты в СССР, его применение также началось в Советском Союзе. В 30-х годах известный учёный в ЛФТИ исследовал электрические свойства ряда газов и обратил внимание на некоторые свойства шестифтористой серы SF6 (элегаза)[7]. Потребность в элегазе появилась в стране в начале 1980-х годов и была связана с разработкой и освоением электрооборудования для передач постоянного тока сверхвысокого напряжения. Его промышленное производство в РФ было освоено в 1998 году на Кирово-Чепецком химическом комбинате[8].
Электрическая прочность при атмосферном давлении и зазоре 1 см составляет 89 кВ/см. 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[9].
В центре молекулы элегаза расположен атом серы, а на равном расстоянии от него в вершинах правильного октаэдра располагаются шесть атомов фтора. Это определяет высокую эффективность захвата электронов молекулами, их относительно большую длину свободного пробега и слабую реакционную способность. Поэтому элегаз обладает высокой электрической прочностью.
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.
Стоимость элегаза довольно 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[10]. Также элегаз используется как среда дугогашения в высоковольтных выключателях[11].
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[источник не указан 1491 день].
Регламентирующие стандарты[ | ]
IEC
- IEC 60376:2005 — Технические условия на элегаз (SF6) технического сорта для электрического оборудования.
- IEC 60480:2004 — Руководство по проверке и обработке серы шестифтористой (SF6), взятой из электротехнического оборудования, и технические условия на её повторное использование.
[en]
- EN 60376:2005 — Технические условия на элегаз (SF6) технического сорта для электрического оборудования.
- EN 60480:2004 — Руководство по проверке и обработке элегаза (SF6), взятого из электротехнического оборудования, и технические условия на его повторное использование.
Вредное воздействие[ | ]
Основной источник: [12]По степени воздействия на организм человека относится к малоопасным веществам (4-й класс согласно ГОСТ 12.1.007-76).
Имеется возможность отравления продуктами распада элегаза (низшими фторидами), образующимися, например, при работе дугогасительных камер в высоковольтных выключателях.
Потенциал разрушения озонового слоя ODP = 0.
Потенциал глобального потепления GWP = 24 900 (регламентируется Киотским протоколом).
Интересные факты[ | ]
- Если наполнить гексафторидом серы открытый сверху сосуд (так как газ тяжелее воздуха, то он не будет «выливаться» из сосуда), и поместить туда лёгкую лодочку, сделанную, например, из фольги, то лодочка будет держаться на поверхности и не «утонет». Этот опыт был показан в передаче «Разрушители легенд» как фокус с «прозрачной водой»[13].
Примечания[ | ]
- ↑ 1 2 3 4 5 6 http://www.cdc.gov/niosh/npg/npgd0576.html
- ↑ Свойства гексафторида серы на сайте «Химик.ру»
- ↑ 1 2 Sulfur hexafluoride. Air Liquide Gas Encyclopedia. Проверено 22 февраля 2013.
- ↑ Успехи химии, 1975, Том 44, Номер 2, Страницы 193—213.
- ↑ Применение шестифтористой серы
- ↑ Фрагмент передачи «Разрушители мифов»
- ↑ Ленинградский физико-технический институт Академии наук СССР (рус.) // Успехи физических наук. — 1940. — Т. XXIV, вып. 1. — С. 11-20. См. стр. 16-17, раздел «Электрическая прочность газов»
- ↑ Уткин В. В. Завод у двуречья. Кирово-Чепецкий химический комбинат имени Б. П. Константинова: строительство, развитие, люди. — Киров: ОАО «Дом печати — Вятка», 2007. — Т. 4 (1973—1992), часть 1. — С. 66—67. — 144 с. — 1000 экз. — ISBN 978-5-85271-293-6.
- ↑ Коробейников С.М., д.ф.м.н., профессор. Диэлектрические материалы. 4.1.2. Электроотрицательные газы, применение газообразных диэлектриков. (рус.). Проверено 2 июня 2011. Архивировано 20 февраля 2012 года.
- ↑ ЗВА :: Измерительные трансформаторы с газовой изоляцией
- ↑ Применение SF6 в высоковольтной электронике.
- ↑ Элегаз. Свойства
- ↑ Выпуск 105. Вирусное видео. 6 сезон
Литература[ | ]
- Элегаз — электрическая газовая изоляция (рус.) // «Электричество». — 1947. — № 3. — С. 15.
См. также[ | ]
encyclopaedia.bid
Элегаз и его свойства | Онлайн журнал электрика
Элегаз — электротехнический газ — представляет собой шестифтористую серу SF6 (шестифтор). Элегаз является главным изолятором в элементах ячеек с элегазовой изоляцией.
При рабочих давлениях и обыкновенной температуре элегаз — тусклый газ, без аромата, не горюч, в 5 раз тяжелее воздуха (плотность 6,7 против 1,29 у воздуха), молекулярная масса также в 5 раз больше, чем у воздуха. Элегаз не стареет, т. е. не меняет собственных параметров со временем, при электронном разряде распадается, но быстро рекомбинирует, восстанавливая первоначальную диэлектрическую крепкость.
При температурах до 1000 К элегаз инертен и нагревостоек, до температур порядка 500 К химически не активен и не агрессивен по отношению к металлам, используемым в конструкции элегазовых распределительных устройств.
В электронном поле элегаз обладает способностью захватывать электроны, что обусловливает высшую электронную крепкость элегаза. Захватывая электроны, элегаз образует неподвижные ионы, которые медлительно разгоняются в электронном поле.
Эксплуатационная способность элегаза улучшается в равномерном поле, потому для эксплуатационной надежности конструкция отдельных частей распределительных устройств должна обеспечивать самую большую равномерность и однородность электронного поля.
В неоднородном поле возникают местные перенапряженности электронного поля, которые вызывают коронирующие разряды. Под действием этих разрядов элегаз разлагается, образуя в собственной среде низшие фториды (SF2, SF4), вредоносно действующие на конструкционные материалы комплектных распределительных элегазовых устройств (КРУЭ).
Во избежание разрядов все поверхности отдельных частей железных деталей и экранов ячеек производятся незапятнанными и гладкими и не обязаны иметь шероховатостей и заусенцев. Обязательность выполнения этих требований диктуется тем, что грязь, пыль, железные частички также делают местные напряженности электронного поля, а при всем этом усугубляется электронная крепкость элегазовой изоляции.
Высочайшая электронная крепкость элегаза позволяет уменьшить изоляционные расстояния при маленьком рабочем давлении газа, в итоге этого миниатюризируется масса и габариты электротехнического оборудования. Это, в свою очередь, дает возможность уменьшить габариты ячеек КРУЭ, что очень принципиально, к примеру, для условий севера, где каждый кубический метр помещения стоит очень недешево.
Высочайшая диэлектрическая крепкость элегаза обеспечивает высшую степень изоляции при малых размерах и расстояниях, а отличные способность гашения дуги и охлаждаемость элегаза наращивают отключающую способность коммутационных аппаратов и уменьшают нагрев токоведущих частей.
Применение элегаза позволяет при иных равных условиях прирастить токовую нагрузку на 25% и допустимую температуру медных контактов до 90°С (в воздушной среде 75°С) благодаря хим стойкости, негорючести, пожаробезопасности и большей охлаждающей возможности элегаза.
Недостатком элегаза является переход его в жидкое состояние при сравнимо больших температурах, что определяет дополнительные требования к температурному режиму элегазового оборудования в эксплуатации. На рисунке приведена зависимость состояния элегаза от температуры.
Диаграмма состояния элегаза зависимо от температуры
Для работы элегазового оборудования при отрицательной температуре минус 40 гр. С нужно, чтоб давление элегаза в аппаратах не превышало 0,4 МПа при плотности менее 0,03 г/см3.
При повышении давления элегаз будет сжижаться при более высочайшей температуре, потому для увеличения надежности работы электрического оборудования при температурах приблизительно минус 40°С его следует подогревать (к примеру, бак элегазового выключателя во избежание перехода элегаза в жидкое состояние нагревают до плюс 12°С).
Дугогасительная способность элегаза при иных равных условиях в пару раз больше, чем воздуха. Это разъясняется составом плазмы и температурной зависимостью теплоемкости, тепло- и электропроводности.
В состоянии плазмы молекулы элегаза распадаются. При температурах порядка 2000 К теплоемкость элегаза резко возрастает вследствие диссоциации молекул. Потому теплопроводимость плазмы в области температур 2000 — 3000 К существенно выше (на два порядка), чем воздуха. При температурах порядка 4000 К диссоциация молекул уменьшается.
В то же время образующаяся в дуге элегаза атомарная сера с низким потенциалом ионизации содействует таковой концентрации электронов, которая оказывается достаточной для поддержания дуги даже при температурах порядка 3000 К. При предстоящем росте температуры теплопроводимость плазмы падает, достигая теплопроводимости воздуха, а потом опять возрастает. Такие процессы уменьшают напряжение и сопротивление пылающей дуги в элегазе на 20 — 30% по сопоставлению с дугой в воздухе прямо до температур порядка 12 000 — 8000 К. При предстоящем понижении температуры плазмы (до 7000 К и ниже) концентрация электронов в ней миниатюризируется, в итоге электронная проводимость плазмы падает.
При температурах 6000 К очень миниатюризируется степень ионизации атомарной серы, усиливается механизм захвата электронов свободным фтором, низшими фторидами и молекулами элегаза.
При температурах порядка 4000 К диссоциация молекул завершается и начинается рекомбинация молекул, плотность электронов еще более миниатюризируется, потому что атомарная сера химически соединяется с фтором. В этой области температур теплопроводимость плазмы еще значимая, идет остывание дуги, этому содействует также удаление свободных электронов из плазмы за счет захвата их молекулами элегаза и атомарным фтором. Электронная крепкость промежутка равномерно возрастает и в конечном счете восстанавливается.
Особенность гашения дуги в элегазе состоит в том, что при токе, близком к нулевому значению, узкий 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 активно охлаждается, в том числе за счет еще большего роста теплоемкости плазмы при температурах порядка 2000 К, и электронная крепкость стремительно возрастает.
Нарастание электронной прочности элегаза (1) и воздуха (2)
Такая стабильность горения дуги в элегазе до малых значений тока при относительно низких температурах приводит к отсутствию срезов тока и огромных перенапряжений при гашении дуги.
В воздухе электронная крепкость промежутка в момент прохождения тока дуги через нуль больше, но из-за большой неизменной времени дуги у воздуха скорость нарастания электронной прочности после прохождения значения тока через нуль меньше.
elektrica.info
