MEl

Zastosowanie gazów w układach izolacyjnych

wysokiego napięcia

Podział gazów:

powietrze
inne gazy:

- szlachetne, budowa atomowa

- nieszlachetne z atmosfery, budowa cząsteczkowa: N₂, O₂, H₂

syntetyczne, związki o małej masie cząsteczkowej, wiązania

kowalentne

Atomy gazów szlachetnych są niepolarne i ulegają tylko polaryzacji elektronowej.

Cząsteczki innych gazów są dipolowe i ulegają polaryzacji elektronowej i dipolowo-relaksacyjnej.

Właściwości gazów

Liczba Avogadro:

Średnia energia kinetyczna cząsteczki gazu:

gdzie: v_kw prędkość średnia kwadratowa

k = 1,38.10^-23[J/K] stała Boltzmana

Średnia energia cieplna 1 mola gazu:

gdzie: R = N_A.k = 8,31 [J/mol.K] stała gazowa

Rozkład prędkości cząsteczek gazu:

0x01 graphic

gdzie: v_pr - prędkość najbardziej prawdopodobna

0x01 graphic

Liczba cząsteczek w 1 cm³ gazu pod ciśnieniem p [Pa] i w temperaturze T [K]:

dla p = 1013 [hPa] i T = 273 [K]:

n = 2,7.10¹⁹ [cm^-3] liczba Loschmidta ( L )

Średnia liczba zderzeń n_z elektronów z cząsteczkami gazu na drodze 1 cm:

gdzie: N - strumień elektronów

N_z - liczba zderzeń

L - liczba Loschmidta

S - przekrój skuteczny cząsteczek

(jednostki: p [hPa], T [K], S [cm²] )

Średnia droga swobodna elektronów:

Gęstość prądu:

gdzie: n_a - liczba elektronów w 1 cm³

q_a - ładunek

u_a - ruchliwość

E - natężenie pola elektrycznego

Ruchliwość jonów:

gdzie: v - prędkość elektronów pod działaniem pola E wzdłuż linii pola

Ruchliwość jonów w danych warunkach atmosferycznych:

gdzie: u_o - ruchliwość w warunkach odniesienia p_o , T_o

Wartości praktyczne ruchliwości jonów:

elektrony: u = 500 - 50000 [cm²/V.s]

małe jony dodatnie: u = 1,3 - 1,6

małe jony ujemne: u = 1,9 - 2,2

średnie jony +, - u = 0,02 - 0,2

duże jony + , - u = 10^-5 - 10^-4

Przegląd właściwości gazów

AZOT

Otrzymywanie:

frakcjonowana destylacja ciekłego powietrza
wypalanie tlenu z powietrza wodorem (lub tlenkiem węgla)

Niepalny, nietoksyczny, lżejszy od powietrza (1,21 g/dm³) ⇒ 0,9672 względem powietrza

Temperatura wrzenia 77 K (-195 ^oC)

Zastosowanie:

wypełnianie żarówek,
izolacja WN ciśnieniowa,
atmosfera ochronna przed utleniającym działaniem powietrza (transformatory olejowe, piece)
mieszanina z SF₆ jako izolacja

Magazynowanie i transport: butle czarne z brązowym paskiem i żółtym napisem, pod ciśnieniem

TLEN

Otrzymywanie:

frakcjonowana destylacja ciekłego powietrza,
absorpcja z powietrza przez katalizatory organiczna i nastepująca po niej desorpcja,
elektroliza woda,
rozkład termiczny niektórych związków , np. BaO₂ i następną ich regeneracje tlenem z powietrza w niższych temperaturach

Właściwości: gęstość 1,381 g/dm³, względem powietrza 1,103, bardzo czynny chemicznie, nietoksyczny.

W technice izolacyjnej nie ma zastosowania jako samodzielny gaz, tylko jako składnik powietrza.

Magazynowanie i transport: butle niebieskie z czarnym napisem.

Szczególna ostrożność, zabroniony kontakt z olejami, smarami, rdzą, wiórami metalowymi.

WODÓR

Otrzymywanie:

wykraplanie składników gazu koksowniczego,
elektroliza wody lub roztworu soli,
częściowe utlenianie węglowodorów

Właściwości: gęstość 0,0869 g/dm³, względem powietrza 0,06952, temperatura wrzenia

20 K (-252 ^o C). Nietoksyczny, jako gaz palny stanowi zagrożenie, z tlenem łączy się gwałtownie.

Zalety:

duża przewodność cieplna,
duża pojemność cieplna,
brak niszczącego działanie na materiały elektrotechniczne

Zastosowanie:

czynnik chłodzący w generatorach,
wypełnienie rezystorów żelazo-wodorowych (baretery)

Magazynowanie i transport: butle zielone z czerwonym napisem, pod ciśnieniem.

DWUTLENEK WĘGLA

Otrzymywanie: spalanie węgla

Właściwości: gęstość 1,912 g/dm³, względem powietrza 1,529, bardzo trwały, niepalny, bez zapachu, dopuszczalna zawartość w pomieszczeniach mieszkalnych 0,1 % objętościowo, krótkotrwale do 0,2 %.

Zastosowanie: do wytwarzania atmosfery obojętnej, czynnik chłodzący

Magazynowanie i transport: butle czarne z żółtym napisem, w stanie skroplonym

GAZY IZOLACYJNE SYNTETYCZNE

Właściwość wspólna: gazy elektroujemne, zawierające atomy chlorowców, mających 7u elektronów na zewnętrznej powłoce.

Związki węgla lub siarki z chlorowcami.

Zastosowanie: izolacja WN

Podstawowy gaz w tej grupie: SF₆

Właściwości:

gęstość: 1 .10⁵ [N/m²] 0 ^o C - 6,39 [g/dm³]

1. 10⁵ [N/m²] 21,1 ^o C - 6,14 [g/dm³]

3. 10⁵ [N/m²] 21,1 ^o C - 20,4 [g/dm³]

10. 10⁵ [N/m²] 21,1 ^o C - 146 [g/dm³]

Otrzymywanie: spalanie siarki we fluorze

Trwały, mało aktywny, niedopuszczalne jest występowanie w nim wyładowań, powodujących rozkład SF₆ na SF₄ i SF₂, które są gazami bardzo aktywnymi chemicznie

Zastosowanie: jako izolacja urządzeń WN.