SF6氣體與高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備的來(lái)歷與特性
Sf6 由法國(guó)兩位化學(xué)家于 1900 年合成，為自然界沒(méi)有的人造氣體。 從 20 世紀(jì) 60 年代起，SF6 被成功應(yīng)用到高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備作為絕緣和滅弧介質(zhì)。 SF6 除應(yīng)用在 SF6 高壓電氣開(kāi)關(guān)設(shè)備外，還應(yīng)用在 SF6 變壓器、SF6 互感器、SF6 避雷器、SF6 充氣電 纜等高壓電器設(shè)備。 SF6 具有優(yōu)異的滅弧與絕緣性能。通過(guò)幾十年的應(yīng)用實(shí)踐證明，沒(méi)有任何一種其它介質(zhì)可以與之相媲美， 預(yù)計(jì)在今后幾十年中也*。
*節(jié) SF6 氣體的性能
1． 性能優(yōu)異的 SF6 氣體 SF6 氣體已有百年歷史，它是法國(guó)兩位化學(xué)家 Moissan 和 Lebeau 于 1900 年合成的，1947 年提供商用。 當(dāng)前 SF6 氣體主要用于電力工業(yè)中。SF6 氣體用于 4 種類(lèi)型的電氣設(shè)備作為絕緣和/或滅?。篠F6 斷路器 及 GIS、SF6 負(fù)荷開(kāi)關(guān)設(shè)備、SF6 絕緣輸電管線、SF6 變壓器及 SF6 絕緣變電站。從用氣量講，80%用于 高中壓電力設(shè)備。 SF6 氣體之所以適用于電力設(shè)備，主要有如下特性： 強(qiáng)電負(fù)性，具有優(yōu)異的滅弧性能； 絕緣強(qiáng)度高，在大氣壓下為空氣的 3 倍； 熱傳導(dǎo)性能好且易復(fù)合，特別是當(dāng) SF6 氣體由于放電或電弧作用出現(xiàn)離解時(shí)； 可在小的氣罐內(nèi)儲(chǔ)存，這是因?yàn)槭覝叵录痈邏毫σ滓夯?供氣方便，價(jià)格不貴且穩(wěn)定。
2． SF6 氣體的化學(xué)特性 SF6 氣體的主要化學(xué)性能見(jiàn)表 1。如上所述，SF6 是一種非常穩(wěn)定的且呈現(xiàn)惰性的氣體，它無(wú)色、無(wú)味、 無(wú)毒、不燃且不溶于水。它是zui不活潑的已知?dú)怏w之一，而且在通常條件下，它不侵蝕與它接觸的物質(zhì)。
表 1 SF6 的主要化學(xué)特性 分子式 摩爾質(zhì)量 硫含量 氟含量 SF6 146.05g/mol 21.95%① 78.05%① 分子結(jié)構(gòu) 鍵 碰撞截面 分解溫度 在 6 個(gè)棱角上帶有氟原子的八面體 共價(jià)鍵 4.77A 500℃ ①均指質(zhì)量分?jǐn)?shù)
3． SF6 氣體的物理特性 SF6 是zui重要的已知?dú)怏w之一。在通常條件下，它大約比空氣重 5 倍。在同空氣未充分混合的條件下，此 氣體有向低處積聚的傾向。靠對(duì)流和擴(kuò)散同空氣混合緩慢，但一經(jīng)混合，則不再分離。雖然 SF6 氣體的熱 導(dǎo)率低，但由于其粘度較低且密度較高，故總的熱導(dǎo)率好于空氣 25 倍。在輸配電設(shè)備中，SF6 通常的壓 力范圍在 0.1MPa 和 0.9MPa（壓力）之間，此氣體的壓力溫度/密度特性示于圖 1 中。表 2 給出 SF6 主要物理特性。
表 2 在壓力 0.1MPa 和溫度 25℃下 SF6 的主要物理特性 密度 熱導(dǎo)率 臨界點(diǎn) 溫度 密度 壓力 聲速 折射率 生成熱 定壓比熱 狀態(tài)平衡 45.55℃ 730 ㎏/m 3.78MPa（絕緣氣壓） 136m/s 1.000783 -1221.66J/mol 96.60J/（molk） 見(jiàn)圖 1 6.14 ㎏/ m 0.013W/（mk）
4． SF6 氣體的電氣特性 SF6 氣體具有優(yōu)異的絕緣性能，是由于其分子的電負(fù)性。SF6 氣體具有吸附自由電子而構(gòu)成重離子的明顯 趨向。重離子的遷移率低，使之電子崩的發(fā)展很困難。 SF6 的擊穿場(chǎng)強(qiáng)為空氣的 2.5~3 倍。在高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備中，SF6 氣體的工作壓力如為 0.6MPa，此時(shí)擊穿場(chǎng) 強(qiáng)高出 0.1MP a 時(shí)空氣的 10 倍。因此，使用 SF6 氣體的高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備，能大幅度地減小占地面積和體積。 空氣與 SF6 開(kāi)關(guān)設(shè)備的占地面積之比為 30：1。 SF6 是一種具有優(yōu)異滅弧性能的氣體，這是因?yàn)樗碾x解溫度低，且離解能量大。 在 SF6 中，電流過(guò)零前的截流小，且由此避免了高的過(guò)電壓，這是由于電弧在 SF6 內(nèi)冷卻時(shí)直至相當(dāng)?shù)?的溫度，它仍導(dǎo)電。SF6 的主要電氣性能見(jiàn)表 3。 表 3SF6 的主要電氣特性
相對(duì)于壓力的臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng) 在 25℃和 0.1 MPa 氣壓下的相對(duì)介電常數(shù) 在 25℃和 0.1 MPa 氣壓下的損耗因數(shù)（tanδ
89V/mPa 1.00204 《2×10-7 a=Ap（E/p-B） a1/m
有效電離系數(shù)
EV/m PPa A 2.8*10
5． SF6 氣體的純度 由于制造過(guò)程的緣故，市場(chǎng)上提供的 SF6 氣體不是很純的。IEC376 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定出 SF6 中zui大允許的雜質(zhì)水 平見(jiàn)表 4。 表 4 新 SF6 中zui大允許的雜質(zhì)水平 雜質(zhì) CF4 O2+N2 水 酸度（以 HF 表示） 水解氟化物（以 HF 表示） zui大允許值 500×10-6 重量比 500×10-6 重量比 15×10-6 重量比 0.3×10-6 重量比 1.0×10-6 重量比
純 SF6 氣體無(wú)毒，在生物學(xué)上不活潑。用動(dòng)物和人進(jìn)行試驗(yàn)表明，當(dāng)存在直至 80%SF6 和 20%O2 時(shí)，沒(méi) 有感受不良的影響。 因此，當(dāng)大氣中含有較高比例的 SF6 時(shí)，對(duì)于工作人員每天工作 8 小時(shí)，每周工作 5 天的場(chǎng)所，規(guī)定zui大 含量為 1000×10-6。 對(duì) SF6 氣體而言，這個(gè)界限值要低于危險(xiǎn)水平兩個(gè)數(shù)量級(jí)以上。 新 SF6 氣體對(duì)健康無(wú)生態(tài)中毒、致變和致癌（既無(wú)基因中毒，也無(wú)后天生成）的作用。 SF6 在標(biāo)準(zhǔn)條件下無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒性，不會(huì)燃燒，化學(xué)性能穩(wěn)定，不與其他材料產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。SF6 氣 體既不燃燒，又不助燃，且有良好的絕緣性能，是一種很理想的滅弧和絕緣介質(zhì)。 SF6 分子量較大，在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，溫度 273K 時(shí)，密度為 6.14KG/m3，約為空氣質(zhì)量的 5 倍，分子量為 146.05g/mal，其中含硫 21.95%，含氟 78.05%。同樣體積和壓力的 SF6 比空氣重得多，所以純 SF6 氣體 本身雖無(wú)毒，但有窒息作用。SF6 氣體本身是不導(dǎo)電的絕緣介質(zhì)，它的一個(gè)重要特點(diǎn)是電場(chǎng)均勻性對(duì)擊穿 電壓的影響遠(yuǎn)比大氣壓下的空氣大，與高氣壓下空氣的擊穿特性相近。用于斷路器中的 SF6 氣體應(yīng)保證其
純度，嚴(yán)格控制水分和雜質(zhì)含量。我國(guó)標(biāo)準(zhǔn) GB12022 規(guī)定 SF6 純度為≥99.8%。在我國(guó)，SF6 氣體必須滿 足 GB12022 標(biāo)準(zhǔn)要求，見(jiàn)表 5。 表 5SF6 氣體標(biāo)準(zhǔn) 指標(biāo)名稱(chēng) 六氟化硫（SF6）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%≥ 空氣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%≤ 四氟化碳（CF4）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%≤ 水分（H2O）/×10-6≤ 酸度（以 HF 計(jì)）/×10-6≤ 可水解氟化物（以 HF 計(jì)）/×10-6≤ 礦物油/×10-6≤ 毒性≤ 指標(biāo) 99.8 0.05 0.05 8 0.3 1 10 生物試驗(yàn)無(wú)毒
由表可見(jiàn)，規(guī)定的水分為 8×10 重量比。比 IEC 規(guī)定的低。 純凈的 SF6 氣體是無(wú)毒的。 檢驗(yàn)方法是用 79%SF6 與 21%O2 混 作動(dòng)物試驗(yàn)暴露 24h 后應(yīng)無(wú)中毒癥狀。 6． SF6 氣體的分解特性 SF6 氣體的分解主要有三種情況：在電弧作用下的分解；在電暈、火花和局部放電下的分解；在高溫下的 催化分解。 純 SF6 無(wú)腐蝕，但其分解物遇水后會(huì)變成腐蝕性電解質(zhì)，會(huì)對(duì)設(shè)備內(nèi)部某些材料造成損害及運(yùn)行故障。通 常使用的材料如鋁、鋼、銅、黃銅幾乎不受侵蝕，但玻璃、瓷、絕緣紙及類(lèi)似材料易受損害，而且與腐蝕 物質(zhì)的含量有關(guān)。其他絕緣材料如環(huán)氧樹(shù)脂、聚酯、聚乙烯、氧化聚甲烯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯等所受 影響不大。 在這里,重要是設(shè)計(jì)時(shí),一定要采取結(jié)構(gòu)措施。 可以采用*排除潮氣和采用合適的材料防止腐蝕。 清除運(yùn)行中設(shè)備內(nèi)的潮氣和 SF6 分解物，可以用吸附劑將其減少到可接受的水平。為此，可采用氧化鋁、 堿石灰、分子篩或它們的混合物。 處理從設(shè)備中取出的分解物，若是酸性成分可用堿性化合物生成硫化鈣或氟化鈣來(lái)降低。大多數(shù)固態(tài)反應(yīng) 物不溶于水，或難溶解，但某些金屬氟化物能同水反應(yīng)成氫氟酸。因此，必須用氫氧化鈣（石灰）去處理 固態(tài)分解物。 第二節(jié) SF6 氣體的替代和混合氣體 7． SF6 氣體的替代氣體 合， 即相當(dāng)于以 SF6 取代空氣中的 N2，
作為電力設(shè)備中 SF6 氣體的替代氣體，人們研究了許多氣體，諸如空氣、N2、CO2、H2、惰性氣體（如 He、Ar 等）。其中作為滅弧與絕緣的氣體，主要是 N2 和 CO2。SF6 氣體、N2 和 CO2 的物理特性見(jiàn)表 6。 表 6SF6 氣體、N2 和 CO2 的基本物理特性比較 項(xiàng)目 分子量 密度 地球溫室效應(yīng)系數(shù) 破壞臭氧層效應(yīng)系數(shù) 毒性 化學(xué)穩(wěn)定性 燃性 沸點(diǎn)（℃） 一個(gè)大氣壓下的絕緣強(qiáng)度（%） 燃弧時(shí)間常數(shù)（s）
SF6 146.06 5.9 23900 —— —— 穩(wěn)定 無(wú) -51 100（-） 0.8
N2 28.01 1.1 —— —— —— 穩(wěn)定 無(wú) -198 25（+） 220
CO2 44.01 1.8 1 —— —— 穩(wěn)定 無(wú) -78 34（-） 15
由表 6 可見(jiàn)，負(fù)極性雷電沖擊電壓 SF6 和 CO2 承受作用電壓的量綱，而 N2 為正極性雷電沖擊電壓。若 取同一量綱下 SF6 和 CO2 壓力比率為因數(shù) KP，則對(duì)非均勻電場(chǎng)而言，KP≈3.5，對(duì)均勻電場(chǎng)而言，KP≈3。 這就是說(shuō)，如果中壓 SF6 斷路器充氣壓力為 2~3bar，而充 CO2 的壓力則為 6~10bar，才能達(dá)到同一性能。 由表 6 還可見(jiàn)，從溫室效應(yīng)看，若取 CO2 的變暖系數(shù)為 1，則 SF6 為 23900。也就是說(shuō)，SF6 一個(gè) 分子對(duì)溫室效應(yīng)的影響是 CO2 的 23900 倍。但從宏觀上看，CO2 排放量對(duì)溫室效應(yīng)的影響占 60%以上， 而 SF6 的排放量較小，僅占 0.1%。SF6 和 CO2 都是溫室效應(yīng)氣體，而且 CO2 是造成溫室效應(yīng)的元兇。 從絕緣角度看，CO2 氣體明顯比 SF6 氣體差。一個(gè)大氣壓下，CO2 氣體的絕緣強(qiáng)度約為 SF6 三分之一 （34%）。但 CO2 與 N2 相比，在 0.9MPA 下 CO2 的 50%放電電壓高出 N2 35%。 從滅弧角度看，以燃弧時(shí)間常數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)。燃弧時(shí)間常數(shù)反映隨電流變化的電弧電導(dǎo)瞬變速度。燃弧時(shí)間越 短，該氣體的熱開(kāi)斷性越好。CO2 的燃弧時(shí)間（15s）比 SF6（8s）長(zhǎng)得多，但卻比 N2（220 s）小 得多。 從沸點(diǎn)角度看，CO2 優(yōu)于 SF6，SF6 為-51℃，而 CO2 為-78℃，即使在 0.1MPa/-40℃下 CO2 仍然保持 氣體狀態(tài)。 由以上分析可見(jiàn)，SF6 氣體從全面看，是一種難得的具有優(yōu)異滅弧和絕緣氣體。迄今的研究表明，沒(méi)有一 種氣體可與 SF6 相媲美，有它那樣優(yōu)異的絕緣和滅弧性能。 8． SF6 混合氣體 對(duì)于 SF6 混合氣體研究zui多的是 N2/SF6 混合氣體。這種混合氣體適用于絕緣。以下介紹大電網(wǎng)會(huì)議 這方面的研究。sf6氣體回收裝置，SF6檢漏儀
產(chǎn)品參數(shù)
1、回收
回收初壓力≤0.8MPa
回收終壓力≤50KPa
回收時(shí)間：對(duì)初壓力0.8MPa的1 m3 SF6氣體容積，回收至終壓力50KPa，回收時(shí)間小于2.5小時(shí)。
2、充氣
對(duì)初壓力為133Pa的1 m3 SF6氣體容積充至0.8MPa，充氣時(shí)間小于0.8小時(shí)。
3、抽真空
裝置極限真空度小于等于10 Pa
對(duì)初壓力為0.1MPa的1 m3 SF6氣體容積抽真空至133Pa所需時(shí)間小于1.0小時(shí)。
4、貯存
貯存容器容積0.015m3
名義液態(tài)貯存量20kg
zui高貯存壓力3.8 MPa
5、凈化
對(duì)含水量1000PPM（體積比）以下的SF6氣體，經(jīng)本裝置一次回收凈化后，水份小于60PPM（重量比），油份小于10PPM（重量比）
6、年泄漏率≤1%名義儲(chǔ)存量
7、噪聲≤75dB（A）聲壓級(jí)
8、工作環(huán)境溫度 -10°—40℃
9、功率≤4.5KW
10、電源：交流三相五線制 50HZ 380V±10%
11、重量約300 kg
12、外形尺寸（長(zhǎng)×寬×高）：1360×800×1300
產(chǎn)品簡(jiǎn)介
執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：JB/DQ2588-90
本裝置系一體式回收裝置，有抽真空系統(tǒng)與壓縮系統(tǒng)、凈化系統(tǒng)、存儲(chǔ)系統(tǒng)及冷凝系統(tǒng)。SF6氣體回收凈化充氣裝置是用于SF6氣體絕緣電器設(shè)備的制造廠，使用運(yùn)行科研等部門(mén)，對(duì)各種電器設(shè)備進(jìn)行抽真空，對(duì)電器設(shè)備充入SF6氣體，并從使用或試驗(yàn)的電器中回收SF6氣體，同時(shí)進(jìn)行凈化處理壓縮貯存到貯罐。回收裝置適用于各種電壓等級(jí)的SF6電器及GIS組合電器等。
該裝置按照電力部DL/T 662－1999《六氟化硫氣體回收裝置技術(shù)條件》標(biāo)準(zhǔn)，參考了世界的產(chǎn)品，并采用國(guó)家技術(shù)研制開(kāi)發(fā)的回收裝置，裝置由回收系統(tǒng)、充氣系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)、凈化系統(tǒng)、貯存系統(tǒng)組成，具有如下主要功能：
對(duì)裝置本機(jī)以及電器設(shè)備、貯罐、抽真空和真空度的測(cè)量
對(duì)電器設(shè)備中的氣體進(jìn)行回收
對(duì)回收和回充的SF6氣體進(jìn)行干燥、凈化處理
對(duì)電器中SF6氣體進(jìn)行壓縮液態(tài)貯存
產(chǎn)品特點(diǎn)
采用國(guó)外公司*原理及技術(shù)，設(shè)計(jì)*，功能齊全，結(jié)構(gòu)合理，操作簡(jiǎn)潔明了。
壓縮系統(tǒng)引進(jìn)國(guó)外壓縮技術(shù)的半封閉壓縮機(jī)，該機(jī)性能穩(wěn)定使用壽命比以往大大延長(zhǎng)。
抽真空系統(tǒng)采用雙級(jí)旋片式真空泵，真空速率快，系統(tǒng)中設(shè)有防止返回油裝置。
凈化系統(tǒng)采用美國(guó)尼爾公司原理過(guò)濾器，過(guò)濾器采用雙級(jí)內(nèi)置式電加熱及內(nèi)裝高效吸咐劑，凈化效果更顯著（無(wú)需頻繁更換吸附劑）
裝置電氣系統(tǒng)三相電源自動(dòng)確認(rèn)、調(diào)整
裝置控制系統(tǒng)技術(shù)的SF6儀表和閥門(mén)，同類(lèi)產(chǎn)品儀表球閥更可靠。
貯存系統(tǒng)按用戶要求配置貯液罐。
設(shè)備采用風(fēng)冷移動(dòng)式，可在無(wú)外部水源情況下使用。
采購(gòu)中心
