Общая характеристика газовой изоляции

Применение газовой изоляции дает ряд преимуществ по сравнению с твердыми и жидкими диэлектриками. В частности, газовая изоляция отличается очень малыми диэлектрическими потерями и практически не изме­няет своих свойств в процессе эксплуатации. Применение ее приводит к резкому снижению массы конструк­ции и обеспечению ее пожаробезопасности. В ряде случаев конструкция устройства упрощается.

При увеличении давления электрическая прочность элегаза (SF₆) и воздуха становится выше прочности твердых и жидких диэлектриков, например минерального масла.

Газы, используемые для изоляции установок высокого напряжения, должны быть химически стойкими в электрическом разряде (не выделять химически активных веществ) и инертными (не вступать в реакции с материалами, в сочетании с которыми они применяются), а также обладать высокой теплопроводностью и низкой температурой сжижения, допускающей их применение при повышенных давлениях. Помимо этого, они должны быть негорючими и нетоксичными, а также иметь невысокую стоимость.

В настоящее время в качестве изоляции применяются воздух, азот и элегаз. Из них наибольшей электрической прочностью, превышающей прочность азота и воздуха примерно в 2,5 раза, обладает элегаз. Причина этого заключается в том, что элегаз является электроотрицательным газом, в состав его молекулы SF₆ входит фтор — галоген, легко присоединяющий к себе электрон и образующий устойчивые отрицательные ионы.

Рабочие давления злегаза ограничиваются возможностью его сжижения при сравнительно высоких температурах. При давлении около 0,3 МПа температура сжижения элегаза составляет —45°С, а при 0,5 МПа составляет —30°С. Такие температуры не являются редкостью для средней полосы, а тем более для северных районов нашей страны.

Понизить температуру сжижения элегаза, а следовательно, увеличить рабочее давление можно добавкой газов, имеющих более низкие температуры сжижения, например азота, температура сжижения которого при 3 МПа составляет —70°С. При 70%-ном содержании азота в элегазе температура сжижения смеси при давлении 8 МПа составляет —45°С. Таким образом, рабочее давление такой смеси при температуре —45°С почти в 30 раз больше, чем у чистого элегаза. Электрическая прочность такой смеси всего на 10—15% ниже прочности чистого элегаза.

Области применения газовой изоляции разнообразны. Воздух под избыточным давлением в несколько атмосфер используется в основном в образцовых конденсаторах на напряжение до 35 кВ. Ограниченное применение воздуха связано с тем, что при частичных разрядах в воздухе образуется озон, вызывающий коррозию металлов и разрушение твердых диэлектриков.

Азот и элегаз применяются для изоляции конденсаторов, трансформаторов, кабелей и герметизированных распределительных устройств.

Элегаз является не только хорошей изолирующей, но и хорошей дугогасящей средой. Ток отключения в элегазе примерно в 10 раз больше, чем в воздухе. Если же учесть, что в элегазе скорость восстановления электрической прочности после погасания дуги почти на порядок выше, чем в воздухе, то из этого следует, что мощность отключения в элегазе может быть почти в 100 раз больше, чем в воздухе. По этой причине элегазовые выключатели успешно конкурируют с воздушными.