SF6气体开关运行维护基础知识

 Sf6使用的历史不长,虽然这种气体早在本世纪初就已被发现,但在电器上使用是 50 年代开始的,七十年代以后大量使用而且发展为全封闭式组合电器,成为超高压等级 电力断路器的最主要的品种.
 
自1900 年法国化学家摩森(H.Moissan)和李博(P.Lebeau)在实验室中将硫在氟气中 燃烧以制备六氟化硫(SF6)气体以来,人们已从中收益非浅.因纯 SF6 气体的化学稳 定性,早期用于进行人工气胸治疗肺结核空洞;同时因其优异的绝缘和灭弧性能也倍 受人们的关注.从 1940 年作为绝缘介质开始,迄今已被广泛地应用在电力设备中,如 高压断路器,变压器,互感气,电容器,避雷器,接触器,熔断器,管道母等.随着 SF6 气体使用量的增加,范围的扩大,正确的使用和管理 SF6 气体,保护好我们赖以生 存的环境及人身安全等问题被提到了重要的议事日程上来.
 
SF6 是一种分子量很大的重气体,容易液化,因此与理想气体模型差异较大,用理想 气体的状态方程式来计算,在高压力,低温度下会产生很大的误差.例如 在 20℃(293K)下,SF6 气体压力与密度的关系与理想气体之比较如下图.在气体密 度增加时,实际压力值要比理想的低.出现这个差异的原因在于 SF6 分子的体积大, 当空间容积缩小时,分子间距离减小,吸力增大,使分子与容器器壁间的作用力减弱 ,即气体压力值降低.
 
SF6 的绝缘特性 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.例如,0.3MPa 压力的 SF6 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 0.6— 0.7MPa.因此,早在四十年代 SF6 就开始用于电缆,高压静电发生器中,后来才用到 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器中,取代 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 SF6 绝缘性能所显示出的优越性.
 
SF6 气体的高绝缘强度是由卤族化合物的负电性,即对电子的吸附能力造成的. 卤族元素中又以 F 元素的负电性最强,它的化合物 SF6 仍有强负电性.在温度不太高的 情况下(108K 以下) ,产生 SF6+e→SF6— 的反应,生成负离子;使空间的自由电子 减少,而负离子的活泼性差,抑制了空间游离过程的发展,击穿不易形成,因此绝缘 强度大大提高
 
SF6 气体的绝缘强度在不均匀的电场中要降低,这一点在设计与使用中应该引起 注意.随着电场不均匀程度的增大,击穿场强下降,作为均匀电场的间隙击穿电压巴 申定律,即击穿电压(UK)与气压间隙乘积(pd)成正比,只能在很小范围内符合.
 
试验数据证明,在 1—25mm 间隙内,只有电场强度 20KV/mm 以下才符合巴申定律 .因此,不能简单地靠增大间隙来提高击穿电压,而应该注意改善结构的电场均匀性 .
SF6 气体绝缘特性还受杂质和电极表面状况影响很大.充入电气设备的气体如混 杂了金属细屑,绝缘击穿电压将显著下降.这种影响在工作气压越高时越显著,金属 细屑的尺寸越大绝缘强度降低越多.所以在实际加工装配或检修工作中注意清洁条件是很重要的.
 
电极表面如粗糙不平,局部电场增强,对绝缘强度下降影响也很大,加工光洁 度高的表面要比粗糙表面的绝缘强度高.由于表面缺陷,凸起的出现呈随机性质,这 种局部电场增强效应也具随机性,对于面积越大的电极,局部放电的几率也越大.这 就表现为绝缘强度随电极表面积增大而下降,并渐趋于一个稳定值. 金属屑末和电极表面突起造成的绝缘弱点可以通过老练加以改善.老练就是对 气体间隙进行多次重复放电,通过放电燃烧缺陷(杂质,凸起) ,是间隙的击穿电压 提高.此外,也可以采用在电极表面覆盖绝缘薄层的方法来提高绝缘强度. 2,SF6 的导热性能 作为电器的绝缘介质,导热性要好,以避免温升过高.
 
SF6 气体的热导率是不高的, 比空气低 1/3.这个参数表示,由于空间分子间的碰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主要是对流传热,即由于分子的流动 ,携带热量转移,SF6 分子量大,比热也大,对流传热能力要优于空气.两个大气压 的 SF6 的对流传热能力与变压器油相同. 作为灭弧介质,在高温条件下工作,SF6 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,即由于质点的扩散,流动携带电离或分解能,在空 间形成传热.这个传热特性与气体的分解,离解特性有关,SF6 分子在 2000K 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 6000K 以上形成离解 高峰,产生大量电子,离子,也吸收能量.因此,在上述两个反应高峰温度附近,就 形成热导率的高峰,而主要成分为氮气的空气的分解导热高峰出现在 7000K—8000K 附 近.SF6 的导热高峰温度处于弧柱导电区外沿,对熄弧过程是十分有利的.