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SF6基础知识

SF6的历史开始于1900年,由两位法国化学家H.Moissan和P.Lebeau第一次用氟和硫反应得到SF6气体。

1920年人们发现了SF6气体具有优异的绝缘性能。

1937年法国首先应用SF6气体高压电器设备的绝缘。

1940年人们发现了SF6气体具有优异的灭弧性能。

1947年美国开始生产SF6气体。

1953年美国率先生产双压式SF6断路器。以后人们对SF6气体的兴趣迅速增长,终于导致SF6大量应用于高压电器上。

自从我国上世纪1971年引进西德西门子公司220KV双压式SF6断电器以来,我国SF6开关设备取得了较大的发展,1973年设计制造了我国第一台110KV SF6全封闭组合电器。随着电力事业的飞速发展,SF6全封闭组合电器,SF6断路器、SF6变压器以及SF6互感器在35KV-500KV电压等级中得到了广泛的应用。SF6电器设备不但在省级大城市,而且在我国地县市地区也正大量采用。可以这样说,SF6电器设备占统治地位的时代已经来临。

武汉高压研究所从上世纪80年代就开始从事SF6电气绝缘的基础研究,同时也对SF6的分析以及生物毒性进行了研究。下面我们分几个方面对SF6气体的基本性质进行介绍。

1.SF6基本物理化学性质

SF6气体是目前高压电器使用的最优良的灭弧和绝缘介质,它没有颜色无气味,没有毒性,不会燃烧,化学性能稳定,在常温下不与其它材料产生化学反应。所以在正常条件下是一种很理想的介质。

 

SF6气体的分子结构是以1个硫(S)原子为中心,6个氟(F)原子处于各顶端的八面体。氟原子是一个在各元素中负电性极强的元素(强力吸附电子的能力称为负电性,比空气高几十倍)。在20℃时,SF6的气体密度为6.14g/L约为空气密度1.29g/L的五倍,所以在空气中易于下沉至使下部空间SF6浓度升高,且不易扩散和稀释(这是造成窒息事故的重要原因)。

SF6的临界压力和临界温度都很高(38.5大气压、45.6℃)。

临界温度表示气体可以被液化的最高温度,临界压力表示在这个温度下出现液化所需的气体压力。(即饱和蒸气压力)。气体临界温度越低越好,表明它不容易被液化。SF6气体的临界温度为45.6 ℃ ,表明温度高于45.6 ℃后才能恒定地保持气态,在该温度下,只要压力足够就可以被液化。如SF6在3公斤/平方厘米(表压)下- 43℃时开始液化。N2只有低于- 146.8 ℃以下才有可以液化,因此,SF6气体不能在过低温度和过高压力下使用。

SF6气体的传热特性:SF6气体的热传导性能较差的,导热系数只有空气的2/3。但是对气体介质而言,它的传热效应往往不单是传导作用,分子的扩散运动携带的热量可能产生更显著的影响,影响的程度决定于气体允许流动的空间尺寸,例气体与热固体表面接触,紧靠表面的局部气体温度升高而膨胀向外扩散(流动),把热量传递出去,这种传热过程为自然对流传热。对流传热的能力与分子比热有关,(即气体分子升高温度时吸收了热量,随着分子扩散运动而传递到别处)。SF6分子的比热(定压比热)是N2气的3.4倍,因此其对流散热能力比空气大得多。热物体在SF6中的表面散热效果比空气好,实际比空气的散热能力要好。

2.优异的绝缘性能

SF6气体的电子捕获截面极大,具有极强的吸收电子的能力。极强的负电性使SF6气体具有优良的绝缘性能,电极间在一定的场强下发生电子发射时,极间自由电子很快被SF6吸附,大大阻碍了碰撞电离过程的发展,使极间电离度下降而耐受电压能力增强。

其次,SF6分子直径比空气中的氧、氮分子的要大。使得电子在SF6气体中的平均自由行程缩短而不易在电场中积累能量,从而减下了它碰撞电离的能力。

再者,SF6的分子量是空气的五倍,因此SF6离子的运动速度比空气中的氮和氢离子的运动速度小得多,正负离子间更容易发生复合左右,从而使SF6气体中带电质点减少,阻碍了气体放电的行程和发展。基于以上特点,SF6气体作为介质不易被击穿。在同一压力下是空气绝缘强度的2.5-3倍,在0.3MPa下绝缘强度与变压器油相当。 

3.优异的灭弧性能

由于SF6气体具有极强的负电性以及较高的热传导效率,因此在交流电弧下具有强烈的冷却电弧的能力。

而且SF6分子质量大,在交流电弧过零时,电极之间的电子移动缓慢,不能获得使电子再次冲击的速度,这时加上吹弧,电弧就会熄灭。

因此,SF6气体具有极其优异的灭弧性能。

4.SF6常用压力的表达方式

1)绝对压力

绝对压力是以绝对零位压力作为基准(没有压力),高于绝对压力零位的压力值。

2)表压

表压是指以大气压力为基准,大于或小于大气压力的压力值。

3)真空度

真空度是指以绝对压力零位为基准,小于大气压力的压力。真空度高说明绝对压力很小。

4)压力之间的关系(如下图所示)

绝对压力 = 表压力+大气压力

 

 

发布时间:2012-4-25 访问次数:4818