第7章SF6断路器与GIS.ppt

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1、第第7章章 SF6断路器与断路器与GIS一、六氟化硫气体特性与灭弧原理一、六氟化硫气体特性与灭弧原理二、二、SF6断路器的灭弧装置断路器的灭弧装置三、三、SF6断路器的结构断路器的结构四、四、六氟化硫气体与温室效应六氟化硫气体与温室效应一、六氟化硫气体特性与灭弧原理一、六氟化硫气体特性与灭弧原理1.六氟化硫气体的基本特性 SF6是目前高压电器中使用的最优良的灭弧和绝缘介质。它无色、无味、无毒，不会燃烧，化学性能稳定，常温下与其它材料不会产生化学反应。SF6由卤族元素中最活泼的由卤族元素中最活泼的氟原子与硫原子结合而成。氟原子与硫原子结合而成。分子结构是个完全对称的分子结构是个完全对称的八面体，

2、硫原子居中，六八面体，硫原子居中，六个角上是氟原子，氟与硫个角上是氟原子，氟与硫原子间以共价键联结，原子间以共价键联结，SF6分子量为分子量为146，约是空气分，约是空气分子量的子量的5.1倍，因此同样体倍，因此同样体积的积的SF6气体比空气重得多。气体比空气重得多。迄今为止，工业上普遍采用的制造方法是将单质迄今为止，工业上普遍采用的制造方法是将单质硫和过量气态氟直接化合。硫和过量气态氟直接化合。263SFSFQ放热反应（1 1）六氟化硫气体的状态参数）六氟化硫气体的状态参数 静止气体可以用三个参数来说明气体所处的状静止气体可以用三个参数来说明气体所处的状态，称为三个状态参数，即压力态，称为三

3、个状态参数，即压力P P、密度、密度和温和温度度T T。SFSF6 6气体的分子质量大，分子间的相互作用显著。气体的分子质量大，分子间的相互作用显著。当气体压力高于当气体压力高于0.3MPa0.3MPa时，分子间的吸引力随时，分子间的吸引力随气体密度的增大、分子间距离的减小而加强，气体密度的增大、分子间距离的减小而加强，气体的压力变化特性不再符合式理想气体的状气体的压力变化特性不再符合式理想气体的状态方程。要准确地计算态方程。要准确地计算SFSF6 6气体状态参数间的关气体状态参数间的关系，可采用比较实用的系，可采用比较实用的BeattieBeattieBridgmanBridgman公式。公

4、式。SF6气体的临界温度高。气体的临界温度高。临界温度临界温度表示气体可以表示气体可以被液化的最高温度，被液化的最高温度，临临界压力界压力则表示在临界温则表示在临界温度下使气体液化所需的度下使气体液化所需的压力。压力。SF6气体的临界温气体的临界温度高达度高达45.6C，说明常，说明常温下只要温下只要SF6气体压力足气体压力足够高就会液化。够高就会液化。SF6气体能否液化决定气体能否液化决定于其于其饱和蒸汽压力饱和蒸汽压力。当。当气体压力高于其饱和蒸气体压力高于其饱和蒸汽压力时，气体就液化汽压力时，气体就液化。（2）六氟化硫气体的导热率六氟化硫气体的导热率 SF6导热性能不如空气，其热导率比空

5、气低，在常导热性能不如空气，其热导率比空气低，在常温下比空气低温下比空气低30。但由于其。但由于其粘度较低粘度较低和和密度较高密度较高，且，且分子量大，热容量就大，再考虑到对流效应，总的分子量大，热容量就大，再考虑到对流效应，总的热传热传输特性输特性比空气要好比空气要好25倍。倍。（3）六氟化硫气体的一般化学性能六氟化硫气体的一般化学性能六氟化硫气体及其分解物的毒性问题六氟化硫气体及其分解物的毒性问题 纯净的纯净的SF6气体一般公认是无毒的。气体一般公认是无毒的。SF6在生产过程中会有少量伴随的生在生产过程中会有少量伴随的生成物，其中成物，其中S2F10是公认的剧毒气体，是公认的剧毒气体，但经

6、过净化处理可以完全将它除净。但经过净化处理可以完全将它除净。纯净的纯净的SF6气体虽然无毒，但在工作气体虽然无毒，但在工作场所要防止场所要防止SF6气体的浓度上升到缺氧的气体的浓度上升到缺氧的水平。水平。SF6气体通过对流能与空气混合，但气体通过对流能与空气混合，但速度很慢。气体一旦混合后就形成速度很慢。气体一旦混合后就形成SF6和和空气的混合气体，不会再次分离空气的混合气体，不会再次分离。SF6气体的密度大约是空气的五倍，气体的密度大约是空气的五倍，SF6气体如有泄漏必将沉积于低洼处，如电气体如有泄漏必将沉积于低洼处，如电缆沟中。浓度过大会出现使人窒息的危缆沟中。浓度过大会出现使人窒息的危险

7、，设计户内通风装置时要考虑到这一险，设计户内通风装置时要考虑到这一情况。情况。电弧作用下电弧作用下SF6的分解物如的分解物如SF4，S2F2，SF2，SOF2，SO2F2，SOF4和和HF等，它等，它们都有强烈的腐蚀性和毒性。们都有强烈的腐蚀性和毒性。1)SF4(四氟化硫四氟化硫)常温下常温下SF4为无色的气体，有类似为无色的气体，有类似SO2的刺的刺鼻气味，在空气中能与水分生成烟雾，产生鼻气味，在空气中能与水分生成烟雾，产生SOF2和和HF。SF4气体可用碱液或活性氧化气体可用碱液或活性氧化铝铝(A12O3)吸收。吸收。SF4气体对肺有侵害作用气体对肺有侵害作用，影响呼吸系统。影响呼吸系统。

8、2)S2F2(氟化硫氟化硫)常温下为无色气体，有毒，有刺鼻气味，常温下为无色气体，有毒，有刺鼻气味，遇水分能完全水解形成遇水分能完全水解形成S、SO2和和HF。S2F2对呼吸系统有类似光气的破对呼吸系统有类似光气的破 坏作用。坏作用。3)SF2(二氟化硫二氟化硫)SF2的化学性能极不稳定，受热后的化学性能极不稳定，受热后 性能更加活泼，易水解成性能更加活泼，易水解成S、SO2和和HF.SF2气体可用碱液或活性氧化铝吸收气体可用碱液或活性氧化铝吸收.4)SOF2(氟化亚硫酰氟化亚硫酰)SOF2为无色气体，有臭鸡蛋味，化学为无色气体，有臭鸡蛋味，化学性能稳定。它与水分反应缓促，并能快性能稳定。它与

9、水分反应缓促，并能快速地为活性氧化铝或活性炭吸附。速地为活性氧化铝或活性炭吸附。SOF2为剧毒气体可造成严重的肺水肿，使为剧毒气体可造成严重的肺水肿，使动物窒息死亡。动物窒息死亡。5)SO2F2(二氟化硫酰二氟化硫酰)SO2F2为无色无臭气体，化学性能极为为无色无臭气体，化学性能极为稳定，加热到稳定，加热到150 C时也不会与水和金时也不会与水和金属反应。属反应。SO2F2不易被活性氧化铝吸收，不易被活性氧化铝吸收，但可被但可被KOH和和NH4OH缓慢吸收。缓慢吸收。SO2F2是一种能导致痉孪的有毒气体。它的危险是一种能导致痉孪的有毒气体。它的危险性在于无刺鼻性嗅味且不会对服鼻粘膜造性在于无刺

10、鼻性嗅味且不会对服鼻粘膜造成刺激作用，故发现中毒后往往会迅速死成刺激作用，故发现中毒后往往会迅速死亡。亡。6)SOF4(四氟亚硫酰四氟亚硫酰)SOF4为无色气体，有刺鼻性气味，能为无色气体，有刺鼻性气味，能被碱液吸收，与水反应会生成被碱液吸收，与水反应会生成SO2F2。SOF4是有害气体，对肺部有侵害作用。是有害气体，对肺部有侵害作用。7)HF(氢氟酸氢氟酸)HF是酸中腐蚀性最强的物质。对皮肤、是酸中腐蚀性最强的物质。对皮肤、粘膜有强烈刺激作用，并可引起肺水肿粘膜有强烈刺激作用，并可引起肺水肿和肺炎等。和肺炎等。检修检修SF6电器设备不可避免会接触电器设备不可避免会接触到到SF6分解物；另外，

11、分解物；另外，SF6电器设备损电器设备损坏时，封闭组合电器由于内部电弧故坏时，封闭组合电器由于内部电弧故障使压力释放、装置动作或者外壳烧障使压力释放、装置动作或者外壳烧穿时，会有大量穿时，会有大量SF6气体及其分解物向气体及其分解物向外排放到大气中。为了保证检修人员外排放到大气中。为了保证检修人员的安全以及减少对周围环境造成的影的安全以及减少对周围环境造成的影响，应该采取一些必要的预防措施响，应该采取一些必要的预防措施。预防措施有：1)所有安装有所有安装有SFSF6 6电器设备的场所内应该装置有合适的自电器设备的场所内应该装置有合适的自然通风或强制通风装置。这些通风装置应能保证在最然通风或强制

12、通风装置。这些通风装置应能保证在最坏的条件下，例如有大量的坏的条件下，例如有大量的SFSF6 6气体及其分解物向外排气体及其分解物向外排出时，足以使有毒的分解物稀释到可以容许的程度。出时，足以使有毒的分解物稀释到可以容许的程度。在安装场所的入口处，工作人员应能方便地启动在安装场所的入口处，工作人员应能方便地启动通风装置。另外，也可利用通风装置。另外，也可利用SFSF6 6的检测装置对部分通风的检测装置对部分通风装置实行自动启动。还要防止装置实行自动启动。还要防止SFSF6 6 气体及其分解物进气体及其分解物进入其它没有通风装置的房间中。入其它没有通风装置的房间中。2)2)除对检修人员进行安全知

13、识的培训外，还应给除对检修人员进行安全知识的培训外，还应给检修人员配备合适的保护衣服和轻袜手套、化学检修人员配备合适的保护衣服和轻袜手套、化学型的工业防护照镜、防毒面具、有活性过滤器的型的工业防护照镜、防毒面具、有活性过滤器的呼吸保护装置等。为安全起见，检修现场还应配呼吸保护装置等。为安全起见，检修现场还应配备有氧气呼吸装置的急救设备。备有氧气呼吸装置的急救设备。3)3)利用真空吸尘器尽快消除利用真空吸尘器尽快消除SFSF6 6电器设备内部存电器设备内部存在的分解物。清理后，对残留的分解物可用干在的分解物。清理后，对残留的分解物可用干烘、不起毛的抹布来清除。清扫过程中已被玷烘、不起毛的抹布来清

14、除。清扫过程中已被玷污的清扫材料及固态分解物都应放在双层的塑污的清扫材料及固态分解物都应放在双层的塑料袋中。未经处理不得任意抛弃，以免造成对料袋中。未经处理不得任意抛弃，以免造成对环境的污染。环境的污染。SFSF6 6电器设备的应用己电器设备的应用己5050余年，在这段时余年，在这段时 间内已经积累了大量间内已经积累了大量SFSF6 6气体方面的知识和气体方面的知识和 经验。只要严格按照国家或制造厂的有关经验。只要严格按照国家或制造厂的有关 规程进行工作，就能确保规程进行工作，就能确保SFSF6 6电器设备安全电器设备安全 可靠以及有关人员的人身安全可靠以及有关人员的人身安全。六氟化硫气体的电

15、负性六氟化硫气体的电负性 气体原子或分子能够吸附自由电子而形成气体原子或分子能够吸附自由电子而形成负离子的性能称为负离子的性能称为电负性电负性。SF6SF6具有强电负性。具有强电负性。SF6SF6气体气体的灭弧性能与灭弧原理的灭弧性能与灭弧原理（1）SF6气体的分解温气体的分解温度（度（2000K）比空气）比空气（主要是氮气，分解温（主要是氮气，分解温度约度约7000K）低，而需）低，而需要的分解能要的分解能（22.4eV）比空气（比空气（9.7eV）高，）高，因此在分解时吸收的能因此在分解时吸收的能量多，对弧柱的冷却作量多，对弧柱的冷却作用强。由于气体分子的用强。由于气体分子的分解，在相应的

16、分解温分解，在相应的分解温度上就出现气体导热率度上就出现气体导热率的高峰。的高峰。（2）SF6在高温时分解出在高温时分解出S原子、原子、F原子和正负原子和正负离子，与其他灭弧介质相比，有较大的游离度。离子，与其他灭弧介质相比，有较大的游离度。在维持相同游离度时，弧柱温度就较低。因此，在维持相同游离度时，弧柱温度就较低。因此，SF6气体中电弧电压也较低，燃弧时的电弧能量气体中电弧电压也较低，燃弧时的电弧能量较小，对灭弧有利。较小，对灭弧有利。几种气体中电弧的伏安特性（3）由于）由于SF6的强电负性，能吸附电子和的强电负性，能吸附电子和正离子复合，故复合作用快，去游离作用正离子复合，故复合作用快，去游离作用强。尤其在电流过零前后，可使弧隙中带强。尤其在电流过零前后，可使弧隙中带电粒子减少，导电率下降。电粒子减少，导电率下降。SF6气体电弧的气体电弧的时间常数也很小，为微秒级或更小，在电时间常数也很小，为微秒级或更小，在电弧电流过零后，弧柱温度将急剧下降，分弧电流过零后，弧柱温度将急剧下降，分解物急剧复合。因此解物急剧复合。因此SF6弧隙的介质强度及弧隙的介质强度及其恢复速度都很高，能耐受很