第7章 sf6断路器与gis

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1、第七章SF6断路器与GIS本章要点：SF6气体的物理化学性质具有优良熄弧能力的原因SF6断路器介绍全封闭组合电器（GIS）SF6断路器的优势在特高压领域，SF6断路器更是独占鳌头。现有的SF6断路器已可做到单断口，发电机保护断路器已做到200kA的分断能力。第一节SF6的基本物理化学性质一SF6的物理化学性能SF6是一种无色、无味、无毒、不可燃的气体,其化学性能稳定，500℃以下不分解，纯SF6气体对金属和绝缘材料均无腐蚀作用.是已知化学稳定性最好的物质之一，其惰性与氮气相似。它的临界温度为45

2、.5℃，临界压力为3.68MPa兆帕。在临界温度以上时，SF6始终为气体。SF6的分子结构是一个正八面体，以硫原子S为中心，六个氟原子F对称布置在正八面体的各顶端。SF6分子的直径为4.56埃，S和F为共价键，键距为1.58埃。其基本物理参数如表7-1所示。分子结构临界温度、临界压力概念通常。气体在一定温度和压力下都可以液化，温度越高，液化所需要的压力也越高。但是当温度超过某一数值时，即使再增加多大的压力也不能液化，这个温度叫临界温度，那么，在这个温度下使气体变为液体的最小压力就叫临界压力。在临

3、界温度及临界压力下，气态与液态已无明显差别；超过临界压力时，温度降至临界温度以下就全部变为液体，没有相变阶段和相变潜热。反之的气化过程也相同。表7-1SF6与N2的基本物理参数气体的状态方程SF6是重分子气体，容易液化，与理想气体模型差异较大。用理想气体的状态方程来计算，在低温或高压下会产生很大的误差。工程上可用经验公式来描述其三个状态参量之间的关系（7-2）式中P为压力（MPa）；t为温度（K）；为密度（kg/m3）；系数A、B分别为：（7-3）（7-4）SF6状态参数曲线图中FA段为液化曲线

4、，FO段为固化（升华）曲线。由这条曲线可以方便地查出对应于不同压力的液化温度或固化温度。例如当p=0.55MPa，液化温度约为-25℃。因此SF6的使用压力不宜太高，当p>0.55Mpa时，在低温下使用就需有加热措施。图7-1SF6状态参数曲线。卓越的电绝缘特性六氟化硫具有卓越的电绝缘性和灭弧特性.在相同条件下，其绝缘能力为空气、氮气的2.5倍以上，灭弧能力为空气的100倍。由于SF6的优良性能，从50年代末开始广泛用作高压断路器的灭弧介质和绝缘介质。SF6气体的有效电离系数随电场的增大而激增，

5、因此SF6气体在不均匀电场中其优越性减弱，即使局部微小的电场畸变也会使其击穿强度大大降低。所以在设计SF6气体绝缘装置时，应使电极间电场尽量均匀，电极表面光洁度要高，在安装和运行中要设法去除各种导电微粒，以充分利用其优良的绝缘特性。SF6气体的合成目前化工行业制造SF6气体的方法主要是采用单质硫磺与过量气态氟直接化合反应而成。即S+3F2→SF6+Q（放出热量）在合成的粗品中含有多种杂质，其组成有硫氟化合物，如：S2、F2、SF2、SF4、S2F10O等。净化SF6中杂质为了净化粗品中的杂质，合

6、成后的SF6气体还需要经过水洗、碱洗、热解（去除剧毒的十氟化物）、干燥、吸附、冷冻、蒸馏提纯等一系列净化处理过程才能得到纯度在99.8%以上的产品。然后再用压缩机加压，充入降温至-80℃左右的钢瓶中，以液态形式存在。在使用时减压放出，呈气态充入电气设备中。六氟化硫带料气瓶不允许在高于45摄氏度下使用，保管和运输另外，在气体的充装过程中还可能混入少量的空气、水分、和矿物油等杂质SF6气体热分解纯净的SF6气体是无毒的，有很好的化学稳定性和耐热性有很好的化学稳定性和耐热性。在150℃下不与水、酸、碱

7、、变压器油、金属及绝缘材料作用；SF6在500℃以下不分解，超过600℃后将产生热分解。SF6气体在电弧的高温（4000K以上）作用下将分解为硫、氟原子或低氟化物，大部分熄弧后可重新结合为SF6，但一小部分会与电弧金属蒸汽、电极或绝缘材料表面的氧分子作用，而生成低氟化物SOF2、SOF4、SOF4、SO2F2和金属氟化物。SF6高温拉弧放电的分解物氟化亚硫酰（SOF2）：无色，强烈恶心臭味，剧毒气体，引起肺组织急性水肿，影响肺部氧气交换，导致缺氧而窒息性死亡。白鼠和兔子的致死浓度分别为10PPM

8、和50ppm。氟化硫酰（SO2F2）：无色无臭痉挛性化合物，对肺组织有刺激作用，引起肺泡出血。白鼠和兔子的致死浓度分别为200ppm和400ppm。四氟化硫（SF4）：无色，有类似SO2的刺激性臭味的气体，毒性与光气相当，对肺有危害。二氟化硫（SF2）：易水解成S，O2，HF等，毒性与HF相当。氟化硫（S2F2）：常温下为无色气体，毒性很强，遇水后生成HF。氟化氢（HF）：无色，具有强烈刺激性臭味的气体或液体，极易溶解于水形成氢氟酸，氢氟酸是一种强腐蚀性物质。在高温电弧作用下,SF6会产生硫的低