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SF6氣體具有高電氣強(qiáng)度的原因是什么?

更新時間:2024-04-06      點(diǎn)擊次數(shù):1182

一、SF6氣體的物理化學(xué)特性

SF6氣體是理想的絕緣介質(zhì)和弧介質(zhì),被廣泛用于大容量高壓斷路器、高壓充氣電纜、高壓電容器、高壓充氣管及全封閉組合電器。

純凈的SF6氣體是一種無色、無味、無海、不燃的惰性氣體,化學(xué)性能非常穩(wěn)定,對金屬和絕緣材料無腐蝕作用。

SF6的分子量為146,密度很高,屬重氣體。如果SF6氣體從設(shè)備中泄漏出來,在通風(fēng)不良的密團(tuán)空間或溝道中會使工作人員因缺氧而室息,因此在檢修充有SF6氣體的電氣設(shè)備時,應(yīng)注意采取防護(hù)措施。

SF6氣體的液化溫度較低,基本可以滿足工程應(yīng)用條件。如SF6高壓斷路器的氣壓在0.7MPa左右,GIS(SF6絕緣的全封閉組合電器)中氣體的壓力一般不大于0.45MpaSF6氣體20℃時的充氣壓力為0.75MPa,對應(yīng)的液化溫度為-25℃;若20℃充氣壓力為0.45MPa,對應(yīng)的液化溫度為-40℃,所以不存在液化問題。只有在高寒地區(qū)使用SF6時需采取加熱措施或采用SF6N2的混合氣體以降低液化溫。

SF6的穩(wěn)定性很高。在500K溫度的持續(xù)作用下不會分解,也不會與其他材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。但其在電弧或局部放電的高溫作用下會離解為硫原子和氟原子,電弦消失后硫原子和氟原子可重新結(jié)合為SF6分子,但其中一小部分會和氧氣作用,生成低氟化物。在高溫下,會與電極金屬的蒸氣發(fā)生反應(yīng),生成金屬氟化物。

純凈的SF6氣體是無毒的,但其分解物是有毒的。當(dāng) SF6氣體中含有雜質(zhì)時,某些雜質(zhì)本身就是有毒的,此外其中一些雜質(zhì)在水分和電弧的作用下也可能會分解出有毒的或有腐蝕性的物質(zhì)。因此在試驗(yàn)、檢修充有SF6氣體的電氣設(shè)備時應(yīng)十分重視這些問題,要嚴(yán)格控制SF6氣體中的雜質(zhì)氣體。

當(dāng)氣體中含有水分時,低氟化物會發(fā)生水解作用生成腐蝕性很強(qiáng)的氫氟酸,此外低溫時水分會在固體介質(zhì)表面凝露使沿面閃絡(luò)電壓明顯降低。由此可見,水分的危害性很大,應(yīng)嚴(yán)格控制SF6氣體中所含的水分。如測定新氣的含水量、避免在高濕度氣候條件下進(jìn)行裝配工作、部在安裝前應(yīng)經(jīng)過干燥處理、設(shè)備應(yīng)保證良好的密封。對氣體絕緣設(shè)備在設(shè)備安裝及運(yùn)行中應(yīng)對含水量進(jìn)行監(jiān)測和控制。

由于SF6氣體中的雜質(zhì)和水分對其性能有很大的影響,通常采用在充SF6氣體的設(shè)備中放置吸附劑的方法來吸附SFa的分解物和吸收水分。

二、SF6氣體的電氣特性

SF6是含鹵族元素的氣體,由于鹵族元素電負(fù)性很強(qiáng),氣體分子容易與自由電子結(jié)合形成負(fù)離子;此外SF6氣體的分子量和分了直徑都較大,使得電子在SF6氣體中的平均白由行縮短,不易積聚能,從而削弱了氣體中的碰撞游離過程。所以SF6是一種高電氣強(qiáng)度氣體介質(zhì),在均勻電場中SF6電氣強(qiáng)度為同氣體壓力下空氣的2.5倍。

與均勻電場中的擊穿中壓相比,SF6在極不均勻電場中擊穿電壓下降的程度比空氣大得多,此外在局部放電的高溫作用下SF6易分解。所以SF6氣體絕緣只適用于均勻和稍不均勻電場。在稍不均勻電場作用下擊穿電壓有極性效應(yīng):負(fù)極性擊穿電壓比正極性擊穿電壓低,所以SF6氣體絕緣結(jié)構(gòu)的絕緣水平由負(fù)極性電壓決定。

在極不均勻電場中,SF6氣體間隙的擊穿電壓與氣壓的關(guān)系在一定的氣壓區(qū)域內(nèi)存在異常現(xiàn)象:①工頻擊穿電壓電壓的變化曲線存在“駝峰"; 駝峰區(qū)段內(nèi)的雷電沖擊擊穿電壓明顯低于靜態(tài)擊穿電壓,沖擊系數(shù)約為0.6,如圖TYBZ01402011-1所示。因駝峰常出現(xiàn)在0.1~0.2MPa的氣壓下,即在工作氣壓范內(nèi),因此,在進(jìn)行絕緣設(shè)計(jì)時,應(yīng)盡量避免極不均勻電場的情況。

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三、SF6氣體與其他氣體混合時的特性

SF6作為氣體絕緣材料的缺點(diǎn)是:價格較高、液化溫度不夠低、對電場的不均勻度太敏感。

SF6氣體本身具有很高的電氣強(qiáng)度,在其他氣體中加入少量SF6氣體時可以提高這些氣體的電氣強(qiáng)度。SF6混合氣體的這一特點(diǎn)在工程上得到應(yīng)用。

由于SF6氣體在一定條件下能與氧氣、水分等發(fā)生反應(yīng),生成有害化合物,所以SF6氣體應(yīng)與惰性氣體混合。在工程實(shí)際中,對需氣量較大情況常采用SF6與價廉的惰性氣體N2的混合氣體。實(shí)驗(yàn)表明,在N2中加入少量的SF6就可以使其電氣強(qiáng)度大大提高,并可使成木大幅度降低。當(dāng)SF6的含量僅為20%時,混合氣體的電氣強(qiáng)度可達(dá)純SF6氣體電氣強(qiáng)度0.72。此外,SF6- N2混合氣體的絕緣能力對電場不均勻度的敏感性降低。

因?yàn)?/span>N2的液化溫度比SF6低,所以,SF6- N2混合氣體的液化溫度隨N2含量的增加而降低。

四、SF6氣體的微水標(biāo)準(zhǔn)

GB/T 8905—1996《六氯化硫電氣設(shè)備中氣體管理和檢測導(dǎo)則》中給出了SF6新氣的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn):水分含量按質(zhì)量比不應(yīng)大8×10-6。在電氣設(shè)備充氣前必須確認(rèn)六氟化硫氣體質(zhì)量合格。

TYB701402011-1是DL/T596-1996《電力設(shè)預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》對設(shè)備中SF6氣體的含水量容許值的規(guī)定。

TYB701402011-1 設(shè)備中SF6氣體的水分容許含量(20℃體積分?jǐn)?shù))

隔室

斷路器滅弧室氣室

其他氣室

大修后

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運(yùn)行中

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