Gaz jako środek izolacyjny w urządzeniach wysokiego napięcia
Gazy jako środek izolacyjny są szeroko stosowane w liniach napowietrznych, w rozdzielnicach (RU) i innych urządzeniach elektrycznych. Jako gazy izolacyjne stosuje się powietrze, gaz SF6, azot, mieszaninę gazu SF6 z azotem itp.
Zalety izolacji gazowej — stosunkowo niski koszt, stosunkowo wysoka wytrzymałość dielektryczna, właściwość „samoleczenia”, dobra przewodność cieplna.
W normalnych warunkach atmosferycznych (ciśnienie P = 100 kPa, temperatura T = 293 K, gęstość γ = 11 g/m3) i w jednorodnym polu elektrycznym wytrzymałość elektryczna powietrza wynosi E = 30 kV/cm.
Wartość ta jest typowa dla rozstawu elektrod mniejszego niż 1 m. Przy odległościach 1-2 m siła wynosi około 5 kV/cm, a przy odległości 10 m i więcej 1,5-2,5 kV/cm. Spadek wytrzymałości dielektrycznej powietrza na duże odległości tłumaczy teoria rozwoju wyładowania streamera. Na wartość wytrzymałości dielektrycznej powietrza ma wpływ temperatura, ciśnienie (gęstość) i wilgotność.
Urządzenia elektryczne są zazwyczaj przystosowane do pracy na wysokości do 1000 m n.p.m. w temperaturze t=<40°C i γ=11 g/m3. Przy wzroście wysokości o 100 m i wzroście temperatury o 3 ° C siła powietrza zmniejsza się o 1%.
Podwójny wzrost wilgotności bezwzględnej zmniejsza wytrzymałość o 6-8%. Dane te są typowe dla odległości między częściami pod napięciem do 1 m. Wraz ze wzrostem odległości maleje wpływ warunków atmosferycznych.
Główną wadą powietrza jest to, że pod wpływem korony tworzą się ozon i tlenki azotu, co z kolei prowadzi do starzenia się izolacji stałej i korozji.
Obecnie do produkcji izolacji gazowych wykorzystywane są następujące gazy: gaz SF6, azot, mieszanina gazu SF6 z azotem oraz niektóre fluorowęglowodory. Wiele z tych gazów ma wyższą wytrzymałość dielektryczną niż powietrze. Wadą wielu izolacji jest to, że mają ponad 3200 lat i mają potencjał cieplarniany 22 000 razy większy niż dwutlenek węgla.
Pomimo tego, że udział gazu SF6 w powstawaniu efektu cieplarnianego jest stosunkowo niewielki (około 0,2%), ze względu na szerokie zastosowanie w energetyce, znajduje się on na liście gazów cieplarnianych.
W nowych rozdzielnicach wysokiego napięcia gaz SF6 jest stosowany jako czynnik izolujący i iskrzący (zob. Wyłączniki SF6 110 kV i powyżej). Zdolność przełączania i właściwości dielektryczne urządzeń przełączających zależą od gęstości gazu SF6, którą należy stale monitorować. Wycieki przez uszczelki lub obudowę powinny być automatycznie wykrywane przez narzędzia.
Normalne ciśnienie robocze (ciśnienie napełniania przy 20 ° C) dla tych urządzeń przełączających wynosi od 0,45 do 0,7 MPa w minimalnym zakresie temperatur od -40 ° C do -25 ° C. Gaz SF6 jest nietoksyczny, nie powoduje zanieczyszczeń ani wilgoci, jest niepalny i nie niszczy warstwy ozonowej. Jednak nadal istnieje w atmosferze. Więcej informacji na temat tego gazu izolacyjnego można znaleźć tutaj: Elegas i jego właściwości
Prawdziwy gaz zawsze zawiera ograniczoną liczbę naładowanych cząstek — elektronów i jonów. Nośniki ładunku swobodnego powstają w wyniku ekspozycji na naturalne jonizatory — promieniowanie ultrafioletowe ze słońca, promienie kosmiczne, promieniowanie radioaktywne.Ponadto nośniki ładunku swobodnego powstają pod wpływem pola elektrycznego w wyniku jonizacji.
Proces ten może narastać w postaci lawiny. W rezultacie kanał między elektrodami uzyskuje wysoką przewodność i następuje rozpad gazowego dielektryka. Przeczytaj więcej na ten temat tutaj: Rodzaje wyładowań elektrycznych w gazach