مواصفات وخواص غاز (SF6)
يستخدم غاز (SF6) بشكل واسع في المعدات
الكهربائية كعازل جيد للأجزاء الحية من الأجهزة وكوسط فعال في إطفاء الشرارة
الكهربائية في غرف قواطع الدورة لمستويات الفولتية العالية .
ولوحظ على مدى استخدامه كفاءته في العزل,
أضافه إلى صغر حجم المعدات وانخفاض في كلف التصنيع والصيانة.
« الخصائص:
أ- الخصائص الفيزياوية:
غاز SF6,
غاز عديم اللون والرائحة غير قابل للاحتراق, غاز ثقيل (أثقل من الهواء خمس مرات)
كثافته (6.14 kg/m3) في الضغط الجوي.
الخواص الفيزياوية العامة:
1- الوزن الجزيئي 164.07
2- درجة حرارة الميوعة -50.8C°
3- درجة الانجماد
-63.8
4- درجة الحرارة الحرجة 45.46C°
5- الضغط الحرج
73.193bar
6- الكثافة الحرجة
0.725g/m3
7- كثافة الغاز السائل عند درجة
حرارة -50.8C°
هي 1.910g/m3
غاز SF6
لا يذوب في الماء ولكن يذوب بشكل جزئي في الأثلين.
ب- الخصائص الكيمياوية:
يتكون غاز SF6 من اتحاد عنصري الفلور والكبريت باختزال الحرارة المشعة من
التفاعل وحسب المعادلة:
S2+6F2 2SF6+524 Kcal
نظرا لاختزاله
كمية كبيرة من الطاقة يكتسب استقرارية عالية في خصائصه الكيمياوية والحرارية ولوحظ
عدم تأثره بالعناصر التالية(هالوجين,بورون,كربون) الحوامض الهيدروجينية( آمونيا,
بوتاسيوم,.......).
في درجة الحرارة العالية 500C° أو تعرض
الغاز إلى تفريغ كهربائي يحصل تفكك في الآصرة الرابطة لجزيئات غاز SF6 ناتجة الغازات التالية:
S2F,
F, F2, F4, F10
معظم هذه
الغازات تتفاعل مع الماء لتكون حامض الهايدروفلوريد في حالة وجود الأوكسجين والماء
عند التفريغ الكهربائي يتكون غاز SO2F2
وغاز SOF2 تتميز هذه الغازات بخطورتها على جسم الإنسان لأنها سامه.
ج- مخاطر الغاز:
غاز SF6 لا يشتعل ولا يساعد على الاشتعال وغير سام في حالته الاعتيادية
لكونه غاز خامل لكنه يسبب الاختناق عند تسربه من المعدات الكهربائية في الأماكن
المحصورة وذلك لاختزاله لغاز الأوكسجين إلى الأعلى وعند امتلاء الرئتين به يسبب
الاختناق.
أما نواتج
احتراق الغاز فلها تأثير سام على الجهاز التنفسي.
«
استخدام الغاز في قطع الدائرة الكهربائية:
كما هو معروف
التفريغ يحدث بين قطبين مختلفين بالشحنة حين حدوث اتصال أو توفر وسط ناقل للشحنة
الكهربائية, هذه الظاهرة تحدث عادة في المعدات الكهربائية (الفواصل- المفاتيح
الكهربائية- قواطع الدورة) وتسمى هذه الظاهرة (Electrical
Arcing) التي من خلالها ترتفع درجة حرارة
الوسط إلى درجة حرارة عالية والتي يجب خفضها بأسرع
وقت لتفادي أي تلف في أجزاء الموصلات الناقلة للتيار,
التجأ المصنعون إلى استخدام غاز SF6
لقطع الشرارة لمواصفاته العازلية العالية.
عند حدوث
التفريغ الكهربائي وارتفاع درجة الحرارة يحدث تحلل في الغاز إلى نواتج أخرى ومنها:
1- Sulphured Hydrogen.
2- Sulfuric Anhydride.
3- Hydrofluoric Acid.
إضافة إلى
نواتج أخرى. معظم هذه النواتج تمتص من قبل مادة(Molecular
sieve) التي لها خاصية عالية في امتصاص
الرطوبة وبهذا يقلل من احتمال تكوين الحوامض الهيدروجينية (Hydrofluoric
Acid).
« المشاكل
العملية في قواطع الدورة المستخدمة لغاز SF6:
من خلال البحوث والدراسات حول مشاكل قواطع
الدورة لوحظت إن ظاهره الرطوبة في الغاز هي المشكلة الرئيسية لهذا النوع من
القواطع لما لها من تأثير في تكوين المركبات ذات التأثير في خفض مستوى العازلية في
الوسط العازل لقاطع الدورة.
«
تأثير الرطوبة في غاز SF6:
من المعروف أن
غاز SF6 مستقر جدا وله عازليه عاليه ويصبح غير مستقر عند احتواءه على نسبة
من الرطوبة أعلى من المستوى المسموح حيث يؤدي إلى انخفاض مستوى ( With stand voltage)
وترتبط هذه الخاصية بضغط الغاز ودرجة الحرارة للغاز, حيث عند تكاثف قطرات الماء
على سطح المعدة الحاوية للغاز فان مقدار (Break
down voltage) تقل بصورة كبيرة.
أما عند تكاثف الرطوبة على سطح العازل بصورة
صقيع وليس كقطرات ندى فان معدل (Break
down voltage) سوف لا يقل.
ولذلك لكي
نمنع انخفاض مستوى (With stand voltage) على طول سطح العازل, فان (Partial
pressure of moisture) يجب
السيطرة عليه بحيث أن عملية تكثف الماء بصورة قطرات رطوبة لا تحدث. وهذا يعني بأن (Dew point of moisture)
في غاز SF6 يجب الحفاظ عليها بحيث تبقى تحت درجة الصفر المئوية. ونتيجة لذلك
فان تكثف الرطوبة سيكون على صورة صقيع والذي سوف لايقلل مستوى (Break down voltage)
على سطح العازل.
لذلك فان
السيطرة على المقدار الحقيقي من الرطوبة في غاز SF6 في قواطع الدورة يجب أن تتم مع الأخذ بالحسبان عوامل أخرى كتحلل
الغاز مع تواجد الرطوبة.
ونظرا لتواجد
الماء يؤدي إلى ظهور مواد ومركبات فعالة مثل (HF,SOF2) والتي لها تأثير فعال في المواد المستعملة في قواطع الدورة. وعلى
أية حال فقد لوحظ من خلال التجارب إن تحلل الغاز خلال فترة الخدمة الفعلية لقواطع
الدورة هي ذات كمية قليلة جدا يمكن إهمالها.
«
السيطرة على حدود الرطوبة في
غاز SF6:
يمكن
السيطرة على تأثير الرطوبة في غاز SF6:
1- تجنب
انخفاض مستوى (With stand voltage) على طول سطح العازل بالحفاظ على (Dew
point of moisture) في غاز SF6 اقل من درجة الصفر المئوية وهذا يمنع تكثف الرطوبة على سطح قاطع
الدورة بشكل قطرات.
2- كيمياويا,
إن مستوى الرطوبة يجب أن يحسب بحيث إن عملية التفاعل الكيمياوي نتيجة إخماد
الشرارة لا ينتج منه مركبات مضرة لمكونات قاطع الدورة.
3-
« أسباب
وجود الرطوبة في غاز SF6:
وجود الرطوبة في غاز SF6 ناتج من:
1- عدم
التخلص من الرطوبة بصورة نهائية أثناء التصنيع أو عند التجميع.
2- تبخر
الرطوبة من المواد العازلة ومن أسطح حاويات الغاز أو قواطع الدورة أثناء التركيب.
3- نفاذ
الرطوبة من خلال فواصل قاطع الدورة (Rubber
sealing) الرابطة للأجزاء المختلفة.
4-
«
طرق السيطرة على الرطوبة في غاز
SF6:
إن الطرق العملية للسيطرة على الرطوبة
المحتواة في قواطع الدورة المعزولة بالغاز يمكن تلخيصها:
1- اختبار
مواد العزل العضوية والتي لها خاصية قلة الامتصاص للرطوبة.
2- تجفيف
حاوية الغاز أو قاطع الدورة, وعملية التجفيف يمكن القيام بها بعملية (Nitrogen Furring) أو
الهواء الساخن مع الاحتفاظ بالتفريغ الكهربائي قبل إملاء القاطع بالغاز.
3- اختبار
مادة (Oring).
4- استخدام
المجففات لامتصاص الرطوبة.
إن اختيار كمية ونوع
المادة المجففة لامتصاص الرطوبة من غاز SF6 يعتمد على عوامل يجب مراعاتها لمعرفة
مقدار المادة المجففة ومنها:
1- امتصاص
كمية الرطوبة النافذة خلال الـ (Sealing) من الخارج خلال الفترة بين الصيانات المثالية.
2- امتصاص
مقدار الرطوبة المحتواة في غاز SF6
المستخدم.
3- امتصاص
كمية الرطوبة الممتصة أثناء عملية التفاعل والتركيب.
ويجب اختيار موقع مناسب للمادة المجففة
داخل القاطع, أدناه المعادلة الخاصة باختيار كمية المادة المجففة:
W
= 8w/α
W = qT + A+B+CT
W:
كمية المادة المجففة. غم
w:
كمية الماء المطلوب امتصاصه.
8 : ثابت يمثل حدود
الامتصاص للغاز المتحلل.
q:
كمية الماء النافذ خلال الحشوات (الكاسكيت
غم\سنة).
T:الفترة
بين صيانتين متتاليتين.
A:
الماء الذي يتم امتصاصه خلال فترة الصيانة والتركيب. غم
B:
الماء الموجود ابتداء في المعدة.
C:
الماء الذي يتبخر من المادة العازلة في قاطع الدورة.
α: ثابت لحدود امتصاص المادة
المجففة.
« منع
تكثف الرطوبة في قواطع الدورة:
من المعروف أن غاز SF6 يتحول إلى حالة سائلة بوجود ضغط عالي وانخفاض في درجة الحرارة,
حيث في درجة حرارة الصفر المئوية وضغط (12 Kg/
cm2) يتحول إلى سائل.
يجب رفع درجة حرارة الغاز والعمل على بقائه
في منطقة حدود الغاز كما الشكل المرفق ومن التجارب الميدانية على قواطع الدورة ت
ضغط فائق (525KV, 4000A) وباستخدام مسخنات (2KW) ومراوح تهوية وفي مناخ درجة حرارة (-22C°) وبعد إجراء الفحوصات لوحظ خلو الغاز من الرطوبة وعدم تأثره في
درجات الحرارة هذه.
«
تسرب الغاز نتيجة الأعمال
النهائية لسطوح العازل:
من الضروري جدا ملاحظه معامله سطوح العزل لغاز( (SF6
والحدود المسموح بها وعملية اختيار نوع الـ ((Oring المناسب حيث تم إجراء
فحوصات عديدة على مختلف أنواع ((Oringولوحظ أن الـ ((Oring
المصنع من مادة (Silicon Rubber)
يتأثر باختلاف درجة الحرارة والعوامل الأخرى. لذا استبعد من استخدامه في قواطع الدورة
ولوحظ إن الـ ((Oring المصنوع من مادة (Neoprene) له خواص جيدة أفضل من
السابق ولذا انتشر استخدامه.
«
معادلة حساب الـ (Dew Point):
لغرض حساب ومعرفة نقطة التندي للغاز (Dew Point) يجب توفر
جهاز لقياس نسبة الرطوبة في الغاز( Hygrometer ) حيث بالإمكان تحديد
عدد جزيئات الماء لكل مليون جزء من الغاز بالحجم
(ppmv).
كما يجب أن يكون لدينا جدول معياري للغاز يوضح العلاقة
بين الضغط ودرجة الحرارة ونسبة الماء إلى
الغاز بالحجم باستخدام المعادلة التالية يمكن معرفة نسبة الماء إلى الغاز بالوزن (
ppmw) والتي عن طريقها يمكن
معرفة هل إن عدد الجزيئات ضمن
الحدود المقبولة أم لا حيث إن القيمة المقبولة هي (15 ) أو اقل.
PPmw =
PPmv * (mw. water / mw.gas)
PPmw =
PPmv / 8.1
حيث:
PPmw جزء من مليون بالوزن
PPmv جزء من مليون بالحجم
mw water الوزن المولاري للماء = 18
mw gas الوزن المولاري للغاز = 146.05 لغاز SF6
باستخدام هذه المعادلة يمكن تحديد قيمة( ppmw ) بعد اخذ عينة بجهاز (Hygrometer) وعن طريق المخطط يمكن
معرفة درجة حرارة التندي بمعرفة (ppmv) والضغط واخذ مسقط
مستقيم النقطتين على المخطط.
