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SF6气体与高压开关设备 2006-4-7 14:20:39 SF6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1 SF6的主要化学特性 分子式 SF6 摩尔质量 146.05g/mol 硫含量 21.95% 氟含量 78.05% 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1 4．? 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0.1MP a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0.1 MPa绝对气压下的相对介电常数 1.00204 在25和0.1 MPa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/m EV/m PPa A 2.8*10ˉ2 5．? SF6气体的纯度 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 CF4 500×10-6重量比 O2+N2 500×10-6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