SF6斷路器的應(yīng)用分析

SF6氣體是二十世紀(jì)初發(fā)現(xiàn)的，它應(yīng)用于電工設(shè)備是在四十年代，第一次被用于斷路器是在五十年代初。由于SF6氣體同空氣和變壓器油相比有許多優(yōu)異的電氣絕緣和滅弧性能，近年來，SF6在電氣設(shè)備上的應(yīng)用有了很大的發(fā)展，尤其是在高壓和超高壓斷路器上，還有全封閉組合電器?，F(xiàn)在，新安裝的110kV及以上電壓等級的斷路器，包括大部分的35kV斷路器已經(jīng)全部是SF6斷路器了。

　　 1．SF6的物理和化學(xué)特性

　　 SF6分子由一個硫原子和六個氟原子構(gòu)成，六個氟原子以共價鍵的形式和硫原子結(jié)合成一個中性分子，其原子量為146，大約是空氣的五倍，也就是說它的密度也大約是空氣的五倍。在常溫下，SF6氣體是無色、無味、無毒并且透明的惰性氣體，它非常穩(wěn)定，通常情況下很難分解；它既不溶于變壓器油也不溶于水。

??? 我們都知道，對于理想氣體有一個狀態(tài)方程，即PV=GRT，其中P為氣體壓力；V為氣體的體積；G為氣體的重量；R為一個狀態(tài)常量，對于SF6來說，R=97.2J/g*T；T為絕對溫度。當(dāng)SF6氣體的狀態(tài)發(fā)生變化時，它沒有完全符合理想氣體的狀態(tài)方程，這主要因為它的分子量較大，當(dāng)氣體壓力增大時，氣體的密度相應(yīng)增大，分子間的相互吸引作用開始顯露，所以在實際工作中常用SF6的狀態(tài)參數(shù)曲線來表示；SF6的狀態(tài)參數(shù)曲線是一族曲線，每條線對應(yīng)一個氣體密度。

??? 在這里有幾個重要的參數(shù)：SF6的熔點：溫度T=-50.8℃,壓力P=2.3kg/cm2,在這一點上，SF6三態(tài)共存，即氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)三種狀態(tài)同時存在；SF6沸點：溫度T=-63.8℃,壓力為一個大氣壓，在這一點上，SF6可以直接由固體變成氣體。如果將飽和蒸汽曲線向上延伸，就得到了SF6氣體的臨界溫度T=45.6℃,臨界壓力P=38.5 kg/cm2,臨界溫度和臨界壓力表明了SF6氣體可以被液化的最高溫度和所需的最小壓力。

　　 SF6的狀態(tài)參數(shù)曲線在實際中有著非常廣泛的的應(yīng)用。如果一臺SF6斷路器，你知道了它的容積、正常工作時的氣壓和它的最低工作氣壓，你就可以計算出它所需要的SF6氣量，它能夠正常工作的最低環(huán)境溫度和出現(xiàn)液化時的溫度。例如：一臺SF6斷路器的容積時0.5m3,在環(huán)境溫度為20℃時正常工作氣壓為4.5個大氣壓，最低工作氣壓的下限為3.5個大氣壓（表壓），那么在SF6的狀態(tài)參數(shù)曲線中可以找到對應(yīng)的密度曲線，得到氣體密度為35kg/m3，那么所需要的SF6氣量就是17.5kg，密度曲線與飽和蒸汽曲線的交點就是其液化溫度（-35℃），當(dāng)溫度下降時，氣體壓力也隨之下降，當(dāng)氣體壓力下降到3.5個大氣壓（表壓）時，其溫度為-30℃，這就是能工作的最低環(huán)境溫度。

　　當(dāng)SF6氣體的溫度降低到液化溫度后，SF6氣體開始液化，但這個過程是一個漸進的過程，如果溫度下降，它就沿飽和蒸汽曲線變化，壓力和密度都同時下降，這將嚴(yán)重影響到SF6氣體的滅弧性能，所以如果斷路器工作在很低的環(huán)境溫度下的時候，就要采取適當(dāng)?shù)拇胧员ＷC氣體的工作壓力。 來源:hvsi.cn

　　 SF6氣體的穩(wěn)定性比較好，在一般情況下不會分解，但是，SF6斷路器內(nèi)的情況比較復(fù)雜，如果沒有電弧的話，SF6氣體基本上不會與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，但是由于斷路器內(nèi)不可能不發(fā)生電弧，而電弧又會產(chǎn)生高溫、高壓以及電暈，在這種情況下，SF6氣體會發(fā)生分解，生成低氟化物、硫化物和硫、氟的單原子；請注意：這里有一個很重要的特性，就是這時生成的活性物質(zhì)在電弧熄滅以后一般都能夠重新結(jié)合成SF6分子，這對于斷路器的下一次開斷是很有利的，也大大減輕了檢修的工作量；比如油斷路器開斷幾次短路故障之后，變壓器油的碳化就比較嚴(yán)重了，需要進行換油、檢修觸頭等工作，而SF6斷路器的問題就要好很多，它可以多次開斷短路故障而不用檢修。

　　 SF6斷路器里的SF6氣體不可能是完全純凈的，會含有一些雜質(zhì)，如水等，此外在斷路器燃弧時也會產(chǎn)生一些觸頭材料的金屬蒸汽，這些物質(zhì)在電弧的作用下會同SF6氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成一些金屬氟化物、硫的低氟化物、氫氟酸，還有很少量的劇毒物質(zhì)，如SOF2，SO2F4等。生成的金屬氟化物大都是一些白色的粉狀物質(zhì)，它們會覆蓋在導(dǎo)體的表面，影響導(dǎo)電性能；而生成的HF、SF4、SO2會對斷路器內(nèi)的含有硅元素的絕緣體，如玻璃、陶瓷支持件和環(huán)氧澆注件等都有較強的腐蝕性，降低這些絕緣件表面的絕緣電阻，所以，在實際工作中，我們要嚴(yán)格控制SF6氣體中的水分含量，同時，還要在斷路器中盡可能多地采用耐腐蝕的高分子有機材料，如聚四氟乙烯、聚酯樹脂和環(huán)氧樹脂加Al2O3填料的制品；此外，對那些少量的劇毒物質(zhì)由于它們能長時間的保留在SF6氣體中，我們必須在SF6斷路器中放置吸附劑，來提高SF6氣體的純度，同時確保人身的安全。