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1、pSF6断路器断路器：利用：利用SF6气体作绝缘和灭弧介质的断路器。气体作绝缘和灭弧介质的断路器。pSF6断路器断路器开断性能好，电气寿命长，单断口电压高开断性能好，电气寿命长，单断口电压高(500kV)，结构简单，维护少结构简单，维护少，因此在各个电压等级尤其是在高电压领域，因此在各个电压等级尤其是在高电压领域内得到了越来越广泛的使用。内得到了越来越广泛的使用。与液体相比，选用气体作为绝缘和灭弧介质的特点与液体相比，选用气体作为绝缘和灭弧介质的特点：导电率极小，介质消耗少导电率极小，介质消耗少;在电弧和电晕作用下产生的污秽物很少，不会发生明显的残在电弧和电晕作用下产生的污秽物很少，不会发生明
2、显的残留变化，自恢复性能好。留变化，自恢复性能好。在均匀或稍不均匀电场中，气体绝缘的电气强度随气体压力在均匀或稍不均匀电场中，气体绝缘的电气强度随气体压力的升高而增加，故可根据需要选用合适的气体压力。的升高而增加，故可根据需要选用合适的气体压力。选用哪一种气体作为绝缘和灭弧介质要综合考虑诸多因素。选用哪一种气体作为绝缘和灭弧介质要综合考虑诸多因素。例如，绝缘性能要好，气体本身及其分解物应无毒，化学上例如，绝缘性能要好，气体本身及其分解物应无毒，化学上呈中性且无腐蚀作用，有较低的液化温度，有较好的导热能呈中性且无腐蚀作用，有较低的液化温度，有较好的导热能力，无爆炸和火灾危险，灭弧能力好，价格便宜
3、，容易获得力，无爆炸和火灾危险，灭弧能力好，价格便宜，容易获得等等。等等。空气介质是使用得最早的一种气体介质，但空气介质是使用得最早的一种气体介质，但SF6气体却是能气体却是能综合满足上述要求的气体介质，有比较好的绝缘、灭弧和导综合满足上述要求的气体介质，有比较好的绝缘、灭弧和导热性能。热性能。第一节第一节 SFSF6 6的基本物理化学性能的基本物理化学性能一、六氟化硫一、六氟化硫(SF6)(SF6)气体的基本特性气体的基本特性 SF6无色、无味、无毒，不会燃烧。化学性能稳定无色、无味、无毒，不会燃烧。化学性能稳定(惰性气惰性气体体)，常温下与其它材料不会产生化学反应。（无腐蚀性），常温下与其
4、它材料不会产生化学反应。（无腐蚀性）由卤族元素中最活泼的氟原子由卤族元素中最活泼的氟原子(F)与硫原子与硫原子(S)结合而成。分结合而成。分子结构是个完全对称的八面体。硫原子居中，六个角上是氟子结构是个完全对称的八面体。硫原子居中，六个角上是氟原子，氟与硫原子间以共价键联结。原子，氟与硫原子间以共价键联结。为便于运输和贮存，为便于运输和贮存，SF6气体通常以气体通常以液态液态形式存在于钢瓶中。形式存在于钢瓶中。使用时减压放出，呈使用时减压放出，呈气态气态充入电器设备内。充入电器设备内。名称名称SF6空气空气分子量分子量14628.8沸点沸点/C-63.8-194密度（气态密度（气态,20 C,
5、0.1MPa,kg/m3）6.071.19热导率（热导率（W/m-1K-1）0.01550.0214 SF6气体的热导率是不高的，比空气低气体的热导率是不高的，比空气低1/3。这个参数表示，由于分子间的碰。这个参数表示，由于分子间的碰撞传递动能而形成的传热能力，撞传递动能而形成的传热能力，SF6不如空气。但是，实际气体的传热过程不如空气。但是，实际气体的传热过程主要是主要是对流对流传热，即由于分子的流动，携带热量转移，传热，即由于分子的流动，携带热量转移，SF6分子量大，比热分子量大，比热也大，对流传热能力要优于空气。也大，对流传热能力要优于空气。在在高温高温条件下工作，条件下工作，SF6有更
6、为优越的特性。高温条件下的气体的传热过程有更为优越的特性。高温条件下的气体的传热过程还多了一个反应能的传递，还多了一个反应能的传递，SF6分子在分子在2000K附近高温下大部分被分解成附近高温下大部分被分解成S、F元素或低氟化硫，分解反应吸收能量；在元素或低氟化硫，分解反应吸收能量；在6000K以上形成离解高峰，产生以上形成离解高峰，产生大量电子、离子，也吸收能量，对熄弧过程是十分有利的。大量电子、离子，也吸收能量，对熄弧过程是十分有利的。SF6是一种是一种常温常温下十分下十分稳定稳定的化合物，不易分解、变质。在空气的化合物，不易分解、变质。在空气中不燃烧，不助燃，与水、强碱、氨、盐酸、硫酸等
7、不反应；中不燃烧，不助燃，与水、强碱、氨、盐酸、硫酸等不反应；在低于在低于150时，时，SF6气体呈化学惰性，极少溶于水，微溶于醇。气体呈化学惰性，极少溶于水，微溶于醇。至少在至少在500以下保持高度的化学稳定性，与金属材料，绝缘材以下保持高度的化学稳定性，与金属材料，绝缘材料反应极微；料反应极微；只是在只是在600以上才有较强烈的分解，产生低氟化以上才有较强烈的分解，产生低氟化合物，有强烈的腐蚀性。合物，有强烈的腐蚀性。在在高温高温下，例如在电弧或电晕放电作用下，下，例如在电弧或电晕放电作用下，SF6将分解成将分解成S和和F原子，这些原子在温度下降时大部分可以复合成原子，这些原子在温度下降时
8、大部分可以复合成SF6分子，但分子，但少少部分部分SF6气体与触头材料如气体与触头材料如Cu、W等等作用作用，产生金属氟化物和，产生金属氟化物和硫的低氟化物，主要反应有：硫的低氟化物，主要反应有：二、二、SF6SF6气体的化学特性气体的化学特性4SF6+Cu+W4SF4+CuF2+WF62SF6+Cu+W2SF2+CuF2+WF6 在水分参与下，还会生成有严重腐蚀性的在水分参与下，还会生成有严重腐蚀性的HF：2SF6+6H2O2SO2+O2+12HF（剧毒）（剧毒）可见，可见，水分水分起了很坏的作用，是产生腐蚀性、毒性的主要促起了很坏的作用，是产生腐蚀性、毒性的主要促成剂。控制成剂。控制SF6
9、气体中的含水量是气体质量控制的主要指标，气体中的含水量是气体质量控制的主要指标，有关的标准都作了规定，有关的标准都作了规定，如国际电工协会（如国际电工协会（IEC）规定，）规定，SF6新气中水分含量不得高于新气中水分含量不得高于15ppm（重量比）。（重量比）。常采用的措施常采用的措施有：加强断路器的密封；组装断路器时，先要对零部件进行有：加强断路器的密封；组装断路器时，先要对零部件进行彻底烘干；严格控制断路器充气前的含水量；在彻底烘干；严格控制断路器充气前的含水量；在SF6断路器内断路器内部加装吸附剂。部加装吸附剂。纯净纯净的的SF6气体一般公认是气体一般公认是无毒无毒的。检验方法是用的。检
10、验方法是用79%的的SF6与与21%的的O2混合，即相当用混合，即相当用SF6取代空气中的取代空气中的N2作动物试作动物试验验,24小时暴露后应无中毒症状。小时暴露后应无中毒症状。在工作场所要防止在工作场所要防止SF6气体的浓度上升到气体的浓度上升到缺氧缺氧的水平。的水平。SF6气气体的密度大约是空气的五倍体的密度大约是空气的五倍,如有泄漏必将沉积于低洼处，如如有泄漏必将沉积于低洼处，如电缆沟中。浓度过大会出现使人窒息的危险，设计户内通风电缆沟中。浓度过大会出现使人窒息的危险，设计户内通风装置时要考虑到这一情况。装置时要考虑到这一情况。问题严重的是，电弧作用下问题严重的是，电弧作用下SF6的的
11、分解物分解物如如SF4,S2F2,SF2,SOF2,SO2F2,SOF4和和HF等，它们都有等，它们都有强烈的腐蚀性和毒性强烈的腐蚀性和毒性。检修检修SF6电器设备不可避免会接触到电器设备不可避免会接触到SF6分解物。另外，分解物。另外，SF6电器电器设备损坏时，例如封闭组合电器由于内部电弧故障使压力释放设备损坏时，例如封闭组合电器由于内部电弧故障使压力释放装置动作或者外壳烧穿时，会有大量装置动作或者外壳烧穿时，会有大量SF6气体及其分解物向外排气体及其分解物向外排放到大气中。为保证检修人员的安全以及减少对周围环境造成放到大气中。为保证检修人员的安全以及减少对周围环境造成的影响，应该采取一些必
12、要的的影响，应该采取一些必要的防护防护措施。措施。SF6具有优良的绝缘性能，这是它最早被用于电力设备的原因。具有优良的绝缘性能，这是它最早被用于电力设备的原因。例如，例如，0.3MPa压力的压力的SF6气体的绝缘强度就可能达到变压器气体的绝缘强度就可能达到变压器油的水平，而压缩空气同样的绝缘强度要油的水平，而压缩空气同样的绝缘强度要0.6 0.7 MPa。因。因此，早在四十年代此，早在四十年代SF6就开始用于电缆、高压静电发生器中，就开始用于电缆、高压静电发生器中，后来才用到后来才用到 开关中，现在又在变压器和高压互感器中应用。开关中，现在又在变压器和高压互感器中应用。SF6用在全封闭的组合电
13、器中，取代用在全封闭的组合电器中，取代 敞开式分立电器的空气绝敞开式分立电器的空气绝缘，使传统的变电站设备构造发生了革命性的变化，这就是缘，使传统的变电站设备构造发生了革命性的变化，这就是 SF6绝缘性能所显示出的优越性。绝缘性能所显示出的优越性。三、三、SF6SF6气体的绝缘性能气体的绝缘性能F-S+S+第二节第二节 SFSF6 6中的电弧特性中的电弧特性nSFSF6 6气体受热后的分解特性气体受热后的分解特性1)1000K以下，性能稳定，无分解以下，性能稳定，无分解2)约约2000K时，出现热分解高峰，产时，出现热分解高峰，产生不带电的生不带电的S2,S,F;3)温度上升，出现游离电荷，温
14、度上升，出现游离电荷，4000 K以下，带电粒子成分：以下，带电粒子成分：S+、电子及、电子及其被其被SF6分子及低氟化物俘获后形成分子及低氟化物俘获后形成的负离子。的负离子。4)大于大于4000K带电离子急剧上升带电离子急剧上升 SF6的分解温度的分解温度(2000K)比氮比氮气气(7000K)低低,而需要的分解而需要的分解能能(22.4eV)却比氮气却比氮气(9.7eV)高。因此高。因此SF6分子在分解时分子在分解时吸收的能量多，对弧柱的冷吸收的能量多，对弧柱的冷却作用强。却作用强。nSFSF6 6电弧与氮气（或空气）电弧与氮气（或空气）电弧的比较电弧的比较 隔热层现象：隔热层现象：SF6
15、的电导率高于的电导率高于4000K开始开始急剧上升，虽然比急剧上升，虽然比N2来得早，但它的热导来得早，但它的热导率高峰与电导率剧升温度是率高峰与电导率剧升温度是错开错开的，形成的，形成3000K隔热层隔热层。而。而N2 电导率上升曲线正从电导率上升曲线正从其热导率的第一个高峰穿过。其热导率的第一个高峰穿过。弧柱特点：电弧电流几乎全部通过弧柱特点：电弧电流几乎全部通过5000K以上的以上的弧芯弧芯部分。在部分。在SF6 气体中可以看到气体中可以看到很细，亮度很高的电弧，而周围热区（很细，亮度很高的电弧，而周围热区（弧弧焰焰）几乎看不到。）几乎看不到。热导率热导率电导率电导率SF6N2SF6N2
16、弧柱温度沿半弧柱温度沿半径分布径分布T/103K半径半径R弧柱温度沿半弧柱温度沿半径分布径分布 因为因为SF6对自由电子具有吸引力，所以在热区空间实际上将对自由电子具有吸引力，所以在热区空间实际上将只有很小的电导或没有电导，然而导热系数却是很高的。因只有很小的电导或没有电导，然而导热系数却是很高的。因此在此在SF6 气体中，当电弧电流接近零值时，仅在很细的弧芯气体中，当电弧电流接近零值时，仅在很细的弧芯上有很高温度，而其周围是非导电层。这样，在电流过零后，上有很高温度，而其周围是非导电层。这样，在电流过零后，电弧间隙电弧间隙介质强度将很快恢复介质强度将很快恢复，并超过恢复电压的上升速度。，并超过恢复电压的上升速度。在在SF6 气体中极细小的电弧弧芯一直存在到小电流范围的特气体中极细小的电弧弧芯一直存在到小电流范围的特点，在断路器开断中是非常好的特性，因为它满足了在电流点，在断路器开断中是非常好的特性，因为它满足了在电流过零时过零时由良导体向绝缘体的急剧变化由良导体向绝缘体的急剧变化的要求。正是由于这些的要求。正是由于这些特点，即使在开断小电流时，电弧弧芯一直持续到电流零值，特点，即使在
