Gaz dielektryczny
Gaz dielektryczny lub gaz izolacyjny jest materiałem dielektrycznym w stanie gazowym. Jego głównym celem jest zapobieganie lub szybkie gaszenie wyładowań elektrycznych . Gazy dielektryczne są stosowane jako izolatory elektryczne w zastosowaniach wysokiego napięcia , np. w transformatorach , wyłącznikach automatycznych (mianowicie wyłącznikach z sześciofluorkiem siarki ), rozdzielnicach (mianowicie rozdzielnicach wysokiego napięcia ), falowodach radarowych itp.
Dobry gaz dielektryczny powinien charakteryzować się dużą wytrzymałością dielektryczną , dużą stabilnością termiczną i obojętnością chemiczną w stosunku do użytych materiałów konstrukcyjnych, niepalnością i niską toksycznością , niską temperaturą wrzenia , dobrymi właściwościami przewodzenia ciepła i niskim kosztem.
Najpopularniejszym gazem dielektrycznym jest powietrze , ze względu na jego wszechobecność i niski koszt. Innym powszechnie stosowanym gazem jest suchy azot .
W szczególnych przypadkach, np. wyłączniki wysokiego napięcia, potrzebne są gazy o dobrych właściwościach dielektrycznych i bardzo wysokich napięciach przebicia . Pierwiastki silnie elektroujemne , np. halogeny , są preferowane, ponieważ szybko rekombinują z jonami obecnymi w kanale wyładowania. Gazy halogenowe są silnie korozyjne . Dlatego korzystne są inne związki, które dysocjują tylko na drodze wyładowania; najczęściej spotykane są sześciofluorek siarki , fluoroorganiczne (zwłaszcza perfluorowęglowodory ) i chlorofluorowęglowodory .
Napięcie przebicia gazów jest w przybliżeniu proporcjonalne do ich gęstości . Napięcia przebicia również rosną wraz ze wzrostem ciśnienia gazu. Wiele gazów ma ograniczone górne ciśnienie ze względu na ich skraplanie .
Produkty rozkładu związków chlorowcowanych są silnie korozyjne, dlatego należy zapobiegać występowaniu wyładowań koronowych .
Gromadzenie się wilgoci może pogorszyć właściwości dielektryczne gazu. Analiza wilgoci służy do wczesnego wykrywania tego.
Gazy dielektryczne mogą również służyć jako chłodziwa .
próżnia jest alternatywą dla gazu.
W stosownych przypadkach można stosować mieszaniny gazów. Dodatek sześciofluorku siarki może diametralnie poprawić właściwości dielektryczne słabszych izolatorów, np. helu czy azotu. Wieloskładnikowe mieszaniny gazów mogą oferować doskonałe właściwości dielektryczne; optymalne mieszaniny łączą gazy przyłączające elektrony ( sześciofluorek siarki , oktafluorocyklobutan ) z cząsteczkami zdolnymi do termalizacji (spowalniania) przyspieszonych elektronów (np. tetrafluorometan , fluoroform ). Właściwości izolacyjne gazu są kontrolowane przez kombinację przyłączania elektronów, rozpraszania elektronów i jonizacji elektronów .
Ciśnienie atmosferyczne znacząco wpływa na właściwości izolacyjne powietrza. W zastosowaniach wysokonapięciowych, np. ksenonowych lampach błyskowych, na dużych wysokościach mogą wystąpić awarie elektryczne.
| Gaz | Formuła | Napięcie przebicia względem powietrza | Masa cząsteczkowa (g/mol) | Gęstość * (g/l) | ODP | GWP | Przyłączanie 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 gaszenie łuku. Żrące produkty rozkładu. Chociaż większość produktów rozkładu ma tendencję do szybkiego ponownego tworzenia SF 6 , wyładowania łukowe lub wyładowania koronowe mogą wytwarzać dekafluorek disiarki ( S 2 F 10 ), wysoce 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 z 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 stosowany z 10-20% SF 6 jako tańsza alternatywa dla SF 6 . Może być używany samodzielnie lub w połączeniu z CO 2 . Nieprzywierający elektron, skuteczny w spowalnianiu elektronów. |
| Powietrze | 29/mieszanka | 1 | 1.2 | – | – | Napięcie przebicia 30 kV/cm przy 1 atm. Bardzo dobrze zbadane. Pod wpływem wyładowania elektrycznego tworzy żrące tlenki azotu i inne związki, zwłaszcza w obecności wody. Żrące produkty rozkładu. Może ułatwiać spalanie, zwłaszcza po skompresowaniu. | ||
| Amoniak |
NH 3 |
1 | 17.031 | 0,86 | ||||
| Dwutlenek węgla |
CO2 _ |
0,95 | 44.01 | 1.977 | – | 1 | słaby | |
| Tlenek węgla | WSPÓŁ | 1.2 | słaby | Skuteczny w spowalnianiu elektronów. Toksyczny. | ||||
| Siarkowodór |
H2S _ _ |
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 sprężeniu. | |
| Chlor |
Ćw 2 |
0,85 | 70,9 | 3.2 | ||||
| Wodór |
H2 _ |
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 . Problemy z obsługą i bezpieczeństwem. Bardzo szybkie odwzbudzenie, może być stosowane w iskiernikach o dużej częstotliwości powtarzania i szybkich tyratronach . | ||
| Dwutlenek siarki |
SO 2 |
0,30 | 64.07 | 2.551 | ||||
| Podtlenek azotu |
N 2 O |
~1,3 | słaby | Słabo wiążące elektrony. Skuteczny w spowalnianiu elektronów. | ||||
| 1,2-dichlorotetrafluoroetan ( R-114 ) |
CF 2 ClCF 2 Cl |
3.2 | 170,92 | 1.455 | ? | mocny | Ciśnienie nasycenia w temperaturze 23 ° C wynosi około 2 atm, co daje napięcie przebicia 5,6 razy wyższe niż azotu przy 1 atm. Żrące produkty rozkładu. | |
| Dichlorodifluorometan (R-12) |
CF 2 Cl 2 |
2.9 | 120,91 | 6 | 1 | 8100 | mocny | Prężność par 90 psi (6,1 atm) przy 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 | mocny | 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 ekstremalnie niskich temperaturach. Obniża koszt, toksyczność i korozyjność czystego SF 6 . | |
| Heksafluoroetan (R-116) |
C 2 F 6 |
2.02 | 138 | 5.734 | – | 9200 | mocny | |
| 1,1,1,2-Tetrafluoroetan (R-134a) |
C 2 H 2 F 4 |
mocny | Możliwa alternatywa dla SF 6 . Jego właściwości gaszenia łuku są słabe, ale jego właściwości dielektryczne są dość dobre. | |||||
| Perfluoropropan (R-218) |
do 3 do 8 |
2.2 | 188 | 8.17 | – | ? | mocny | |
| Oktafluorocyklobutan (R-C318) |
do 4 do 8 |
3.6 | 200 | 7.33 | – | ? | mocny | Możliwa alternatywa dla SF 6 . |
| Perfluorobutan (R-3-1-10) |
C 4 F 10 |
2.6 | 238 | 11.21 | – | ? | mocny | |
| 30% SF 6 /70% powietrze |
2.0 | |||||||
| Hel | On | Nie | Nieprzywierające elektrony, nieskuteczne w spowalnianiu elektronów. | |||||
| Neon | Nie | 0,02 | Nie | Nieprzywierające elektrony, nieskuteczne w spowalnianiu elektronów. | ||||
| Argon | Ar | 0,2 | Nie | Nieprzywierające elektrony, nieskuteczne w spowalnianiu elektronów. | ||||
| próżnia | Wysoka próżnia jest stosowana w kondensatorach i przełącznikach. Problemy z utrzymaniem próżni. Wyższe napięcie może prowadzić do wytwarzania promieni rentgenowskich . |
* Gęstość jest przybliżona; zwykle podaje się go przy ciśnieniu atmosferycznym, temperatura może się różnić, chociaż przeważnie wynosi 0 ° C.