Gas als Isoliermedium für Hochspannungsgeräte
Gase als Isoliermedium werden häufig an Freileitungen, in Schaltanlagen (RUs) und anderen elektrischen Geräten eingesetzt. Als Isoliergase werden Luft, SF6-Gas, Stickstoff, eine Mischung aus SF6-Gas mit Stickstoff usw. verwendet.
Vorteile der Gasisolierung: relativ niedrige Kosten, relativ hohe Durchschlagsfestigkeit, Eigenschaft der „Selbstheilung“ und gute Wärmeleitfähigkeit.
Unter normalen atmosphärischen Bedingungen (Druck P = 100 kPa, Temperatur T = 293 K, Dichte γ = 11 g/m3) und in einem gleichmäßigen elektrischen Feld beträgt die elektrische Stärke von Luft E = 30 kV/cm.
Dieser Wert ist typisch für Elektrodenabstände von weniger als 1 m. Bei Entfernungen von 1-2 m beträgt die Stärke etwa 5 kV/cm, bei einer Entfernung von 10 m und mehr beträgt sie 1,5-2,5 kV/cm. Die Abnahme der Spannungsfestigkeit von Luft in großen Entfernungen wird durch die Streamer-Theorie der Entladungsentwicklung erklärt. Der Durchschlagfestigkeitswert der Luft wird durch Temperatur, Druck (Dichte) und Luftfeuchtigkeit beeinflusst.
Elektrische Geräte sind in der Regel für den Betrieb in einer Höhe von bis zu 1000 m über dem Meeresspiegel bei einer Temperatur von t = <40 °C und γ = 11 g/m3 ausgelegt. Bei einer Höhenzunahme um 100 m und einer Temperaturerhöhung um 3 °C nimmt die Kraft der Luft um 1 % ab.
Eine doppelte Erhöhung der absoluten Luftfeuchtigkeit verringert die Festigkeit um 6-8 %. Diese Daten sind typisch für den Abstand zwischen stromführenden Teilen bis zu 1 m. Mit zunehmendem Abstand nimmt der Einfluss der atmosphärischen Bedingungen ab.
Der Hauptnachteil der Luft besteht darin, dass unter dem Einfluss der Korona Ozon und Stickoxide entstehen, was wiederum zur Alterung fester Isolierungen und Korrosion führt.
Zur Herstellung von Gasisolierungen werden derzeit folgende Gase verwendet: SF6-Gas, Stickstoff, eine Mischung aus SF6-Gas mit Stickstoff und einigen Fluorkohlenwasserstoffen. Viele dieser Gase haben eine höhere Spannungsfestigkeit als Luft. Der Nachteil vieler Isolierungen besteht darin, dass sie über 3.200 Jahre alt sind und ein 22.000-mal höheres Treibhauspotenzial als Kohlendioxid haben.
Obwohl der Anteil des SF6-Gases an der Entstehung des Treibhauseffekts relativ gering ist (ca. 0,2 %), wird es aufgrund seiner breiten Verwendung in der Energiewirtschaft in die Liste der Treibhausgase aufgenommen.
In neuen Hochspannungsschaltanlagen wird SF6-Gas als Isolier- und Lichtbogenmedium verwendet (siehe — SF6-Leistungsschalter 110 kV und höher). Die Schaltleistung und dielektrischen Eigenschaften der Schaltgeräte hängen von der SF6-Gasdichte ab, die ständig überwacht werden muss. Leckagen durch die Dichtungen oder das Gehäuse sollen von den Werkzeugen automatisch erkannt werden.
Der normale Arbeitsdruck (Fülldruck bei 20 °C) für diese Schaltgeräte beträgt 0,45 bis 0,7 MPa im Mindesttemperaturbereich von -40 °C bis -25 °C. SF6-Gas ist ungiftig, schadstofffrei und feuchtigkeitsbeständig. ist nicht brennbar und hat keine ozonschädigende Wirkung. Es existiert jedoch weiterhin in der Atmosphäre. Weitere Informationen zu diesem Isoliergas finden Sie hier: Elegas und seine Eigenschaften
Ein echtes Gas enthält immer eine begrenzte Anzahl geladener Teilchen – Elektronen und Ionen. Freie Ladungsträger entstehen durch die Einwirkung natürlicher Ionisatoren – ultraviolette Strahlung der Sonne, kosmische Strahlung, radioaktive Strahlung. Freie Ladungsträger entstehen auch unter Einwirkung eines elektrischen Feldes infolge der Ionisierung.
Dieser Prozess kann sich in Form einer Lawine ausweiten. Dadurch erhält der Kanal zwischen den Elektroden eine hohe Leitfähigkeit und es kommt zum Durchbruch des gasförmigen Dielektrikums. Lesen Sie hier mehr darüber: Arten elektrischer Entladungen in Gasen