sf6气体与高压开关设备

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1、SF6气体与高压开关设备2006-4-714:20:39SF6由法国两位化学家于1900年合成，为自然界没有的人造气体。从20世纪60年代起，SF6被成功应用到高压开关设备作为绝缘和灭弧介质。SF6除应用在SF6高压电气开关设备外，还应用在SF6变压器、SF6互感器、SF6避雷器、SF6充气电缆等高压电器设备。SF6具有优异的灭弧与绝缘性能。通过几十年的应用实践证明，没有任何一种其它介质可以与之相媲美，预计在今后几十年中也无可替代。第一节   SF6气体的性能1． 性能优异的SF6气体SF6气体已有百年历史，它是法国

2、两位化学家Moissan和Lebeau于1900年合成的，1947年提供商用。当前SF6气体主要用于电力工业中。SF6气体用于4种类型的电气设备作为绝缘和/或灭弧：SF6断路器及GIS、SF6负荷开关设备、SF6绝缘输电管线、SF6变压器及SF6绝缘变电站。从用气量讲，80%用于高中压电力设备。SF6气体之所以适用于电力设备，主要有如下特性：强电负性，具有优异的灭弧性能；绝缘强度高，在大气压下为空气的3倍；热传导性能好且易复合，特别是当SF6气体由于放电或电弧作用出现离解时；可在小的气罐内储存，这是因为室温下加高压力

3、易液化；供气方便，价格不贵且稳定。2． SF6气体的化学特性SF6气体的主要化学性能见表1。如上所述，SF6是一种非常稳定的且呈现惰性的气体，它无色、无味、无毒、不燃且不溶于水。它是最不活泼的已知气体之一，而且在通常条件下，它不侵蚀与它接触的物质。表1SF6的主要化学特性分子式SF6摩尔质量146.05g/mol硫含量21.95%①氟含量78.05%①分子结构在6个棱角上带有氟原子的八面体键共价键碰撞截面4.77A分解温度500℃①均指质量分数3． SF6气体的物理特性SF6是最重要的已知气体之一。在通常条件下，它大

4、约比空气重5倍。在同空气未充分混合的条件下，此气体有向低处积聚的倾向。靠对流和扩散同空气混合缓慢，但一经混合，则不再分离。虽然SF6气体的热导率低，但由于其粘度较低且密度较高，故总的热导率好于空气25倍。在输配电设备中，SF6通常的压力范围在0.1MPa和0.9MPa（绝对压力）之间，此气体的压力温度/密度特性示于图1中。表2给出SF6主要物理特性。表2在压力0.1MPa和温度25℃下SF6的主要物理特性密度6.14㎏/m³热导率0.013W/(m·k)临界点温度45.55℃密度730㎏/m³压力3.78MPa(绝缘

5、气压)声速136m/s折射率1.000783生成热-1221.66J/mol定压比热96.60J/(mol·k)状态平衡见图14． SF6气体的电气特性SF6气体具有优异的绝缘性能，是由于其分子的电负性。SF6气体具有吸附自由电子而构成重离子的明显趋向。重离子的迁移率低，使之电子崩的发展很困难。SF6的击穿场强为空气的2.5~3倍。在高压开关设备中，SF6气体的工作压力如为0.6MPa，此时击穿场强高出0.1MPa时空气的10倍。因此，使用SF6气体的高压开关设备，能大幅度地减小占地面积和体积。空气与SF6开关设备的

6、占地面积之比为30：1。SF6是一种具有优异灭弧性能的气体，这是因为它的离解温度低，且离解能量大。在SF6中，电流过零前的截流小，且由此避免了高的过电压，这是由于电弧在SF6内冷却时直至相当低的温度，它仍导电。SF6的主要电气性能见表3。表3SF6的主要电气特性相对于压力的临界击穿场强89V/m·Pa在25℃和0.1MPa绝对气压下的相对介电常数1.00204在25℃和0.1MPa绝对气压下的损耗因数(tanδ<2×10-7有效电离系数a=Ap(E/p-B)a1/mEV/mPPaA2.8*10ˉ²5． SF6气体的纯

7、度由于制造过程的缘故，市场上提供的SF6气体不是很纯的。IEC376标准规定出SF6中最大允许的杂质水平见表4。表4新SF6中最大允许的杂质水平杂质最大允许值CF4500×10-6重量比O2+N2500×10-6重量比水15×10-6重量比酸度(以HF表示)0.3×10-6重量比水解氟化物(以HF表示)1.0×10-6重量比纯SF6气体无毒，在生物学上不活泼。用动物和人进行试验表明，当存在直至80%SF6和20%O2时，没有感受不良的影响。因此，当大气中含有较高比例的SF6时，对于工作人员每天工作8小时，每周工作5天

8、的场所，规定最大含量为1000×10-6。对SF6气体而言，这个界限值要低于危险水平两个数量级以上。新SF6气体对健康无生态中毒、致变和致癌（既无基因中毒，也无后天生成）的作用。SF6在标准条件下无色、无味、无毒性，不会燃烧，化学性能稳定，不与其他材料产生化学反应。SF6气体既不燃烧，又不助燃，且有良好的绝缘性能，是一种很理想的灭弧和绝缘介质。