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        SF6基礎知識

        SF6的歷史開始于1900年,由兩位法國化學家H.Moissan和P.Lebeau第一次用氟和硫反應得到SF6氣體。

        1920年人們發現了SF6氣體具有優異的絕緣性能。

        1937年法國首先應用SF6氣體高壓電器設備的絕緣。

        1940年人們發現了SF6氣體具有優異的滅弧性能。

        1947年美國開始生產SF6氣體。

        1953年美國率先生產雙壓式SF6斷路器。以后人們對SF6氣體的興趣迅速增長,終于導致SF6大量應用于高壓電器上。

        自從我國上世紀1971年引進西德西門子公司220KV雙壓式SF6斷電器以來,我國SF6開關設備取得了較大的發展,1973年設計制造了我國第一臺110KV SF6全封閉組合電器。隨著電力事業的飛速發展,SF6全封閉組合電器,SF6斷路器、SF6變壓器以及SF6互感器在35KV-500KV電壓等級中得到了廣泛的應用。SF6電器設備不但在省級大城市,而且在我國地縣市地區也正大量采用。可以這樣說,SF6電器設備占統治地位的時代已經來臨。

        武漢高壓研究所從上世紀80年代就開始從事SF6電氣絕緣的基礎研究,同時也對SF6的分析以及生物毒性進行了研究。下面我們分幾個方面對SF6氣體的基本性質進行介紹。

        1.SF6基本物理化學性質

        SF6氣體是目前高壓電器使用的最優良的滅弧和絕緣介質,它沒有顏色無氣味,沒有毒性,不會燃燒,化學性能穩定,在常溫下不與其它材料產生化學反應。所以在正常條件下是一種很理想的介質。

         

        SF6氣體的分子結構是以1個硫(S)原子為中心,6個氟(F)原子處于各頂端的八面體。氟原子是一個在各元素中負電性極強的元素(強力吸附電子的能力稱為負電性,比空氣高幾十倍)。在20℃時,SF6的氣體密度為6.14g/L約為空氣密度1.29g/L的五倍,所以在空氣中易于下沉至使下部空間SF6濃度升高,且不易擴散和稀釋(這是造成窒息事故的重要原因)。

        SF6的臨界壓力和臨界溫度都很高(38.5大氣壓、45.6℃)。

        臨界溫度表示氣體可以被液化的最高溫度,臨界壓力表示在這個溫度下出現液化所需的氣體壓力。(即飽和蒸氣壓力)。氣體臨界溫度越低越好,表明它不容易被液化。SF6氣體的臨界溫度為45.6 ℃ ,表明溫度高于45.6 ℃后才能恒定地保持氣態,在該溫度下,只要壓力足夠就可以被液化。如SF6在3公斤/平方厘米(表壓)下- 43℃時開始液化。N2只有低于- 146.8 ℃以下才有可以液化,因此,SF6氣體不能在過低溫度和過高壓力下使用。

        SF6氣體的傳熱特性:SF6氣體的熱傳導性能較差的,導熱系數只有空氣的2/3。但是對氣體介質而言,它的傳熱效應往往不單是傳導作用,分子的擴散運動攜帶的熱量可能產生更顯著的影響,影響的程度決定于氣體允許流動的空間尺寸,例氣體與熱固體表面接觸,緊靠表面的局部氣體溫度升高而膨脹向外擴散(流動),把熱量傳遞出去,這種傳熱過程為自然對流傳熱。對流傳熱的能力與分子比熱有關,(即氣體分子升高溫度時吸收了熱量,隨著分子擴散運動而傳遞到別處)。SF6分子的比熱(定壓比熱)是N2氣的3.4倍,因此其對流散熱能力比空氣大得多。熱物體在SF6中的表面散熱效果比空氣好,實際比空氣的散熱能力要好。

        2.優異的絕緣性能

        SF6氣體的電子捕獲截面極大,具有極強的吸收電子的能力。極強的負電性使SF6氣體具有優良的絕緣性能,電極間在一定的場強下發生電子發射時,極間自由電子很快被SF6吸附,大大阻礙了碰撞電離過程的發展,使極間電離度下降而耐受電壓能力增強。

        其次,SF6分子直徑比空氣中的氧、氮分子的要大。使得電子在SF6氣體中的平均自由行程縮短而不易在電場中積累能量,從而減下了它碰撞電離的能力。

        再者,SF6的分子量是空氣的五倍,因此SF6離子的運動速度比空氣中的氮和氫離子的運動速度小得多,正負離子間更容易發生復合左右,從而使SF6氣體中帶電質點減少,阻礙了氣體放電的行程和發展。基于以上特點,SF6氣體作為介質不易被擊穿。在同一壓力下是空氣絕緣強度的2.5-3倍,在0.3MPa下絕緣強度與變壓器油相當。 

        3.優異的滅弧性能

        由于SF6氣體具有極強的負電性以及較高的熱傳導效率,因此在交流電弧下具有強烈的冷卻電弧的能力。

        而且SF6分子質量大,在交流電弧過零時,電極之間的電子移動緩慢,不能獲得使電子再次沖擊的速度,這時加上吹弧,電弧就會熄滅。

        因此,SF6氣體具有極其優異的滅弧性能。

        4.SF6常用壓力的表達方式

        1)絕對壓力

        絕對壓力是以絕對零位壓力作為基準(沒有壓力),高于絕對壓力零位的壓力值。

        2)表壓

        表壓是指以大氣壓力為基準,大于或小于大氣壓力的壓力值。

        3)真空度

        真空度是指以絕對壓力零位為基準,小于大氣壓力的壓力。真空度高說明絕對壓力很小。

        4)壓力之間的關系(如下圖所示)

        絕對壓力 = 表壓力+大氣壓力

         

         

        發布時間:2012-4-25 訪問次數:6876

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