六氟化硫開關(guān)運行維護知識

1、六氟化硫開關(guān)運行維護知識六氟化硫開關(guān)運行維護知識一、SF6氣體特性二、六氟化硫電氣設(shè)備運行、試驗及檢修人員安全防護細則DLT639—1997三、SF6斷路器和GIS組合電器安全運行四、電氣設(shè)備中SF6氣體的管理一、SF6氣體特性SF6使用的歷史不長，雖然這種氣體早在本世紀(jì)初就已被發(fā)現(xiàn)，但在電器上使用是50年代開始的，七十年代以后大量使用而且發(fā)展為全封閉式組合電器，成為超高壓等級電力斷路器的最主要的品種。自1900年法國化學(xué)家摩森（H.M

2、oissan）和李博(P.Lebeau)在實驗室中將硫在氟氣中燃燒以制備六氟化硫（SF6）氣體以來，人們已從中收益非淺。因純SF6氣體的化學(xué)穩(wěn)定性，早期用于進行人工氣胸治療肺結(jié)核空洞；同時因其優(yōu)異的絕緣和滅弧性能也倍受人們的關(guān)注。從1940年作為絕緣介質(zhì)開始，迄今已被廣泛地應(yīng)用在電力設(shè)備中，如高壓斷路器、變壓器、互感氣、電容器、避雷器、接觸器、熔斷器、管道母等。隨著SF6氣體使用量的增加，范圍的擴大，正確的使用和管理SF6氣體，保護好我

3、們賴以生存的環(huán)境及人身安全等問題被提到了重要的議事日程上來。SF6的主要性質(zhì)六氟化硫（SF6）是一種無色、無嗅、無毒、不可燃的惰性氣體，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，有優(yōu)良的滅弧和絕緣性能，它的許多物理性質(zhì)與二氧化碳（CO2）相識。其相對密度在氣態(tài)時為6.16gcm3(20℃0.1MPa時)，在液態(tài)時為1400gcm3(20℃時；在相同狀態(tài)下約是空氣相對密度的5倍。為便于運輸和貯存，SF6氣體通常以液態(tài)形式存在于鋼瓶中。SF6的重要物理特性見下表SF6

4、與空氣的主要物理特性SF6空氣分子量140.07約28.8臨界壓力(Mpa)3.85N2:3.46O2:5.16臨界溫度(℃)45.6N2:147O2:118.8介電常數(shù)(0.1MPa25℃時)1.0021.005密度(gl)(0.1MPa25℃時)6.251.166熱導(dǎo)率(WmK)(30℃時)0.0140.021定壓比熱(Jkg.K)(0.1MPa25℃時)0.6661080.996108絕熱系數(shù)(0.1MPa01000℃時)1.08

5、81.0571.41.35粘滯系數(shù)(Pa.s)(25℃時)1.611081.72108音速(ms)(20℃時)134349氣體常數(shù)(kg.mkg.k)(0.1MPa0℃時)5.8129.27分子結(jié)合能(eV)22.4N2:9.7O2:5.11、SF6的狀態(tài)參數(shù)SF6是一種分子量很大的重氣體，容易液化，因此與理想氣體模型差異較大，用理想氣體的狀態(tài)方程式來計算，在高壓力、低溫度下會產(chǎn)生很大的誤差。例如在20℃（293K）下，SF6氣體壓力與

6、密度的關(guān)系與理想氣體之比較如下圖。在氣體密度增加時，實際壓力值要比理想的低。出現(xiàn)這個差異的原因在于SF6分子的體積大，當(dāng)空間容積縮小時，分子間距離減小，吸力增大，使分子與容器器壁間的作用力減弱，即氣體壓力值降低。SF6的絕緣特性SF6具有優(yōu)良的絕緣性能，這是它最早被用于電力設(shè)備的原因。例如，0.3MPa壓力的SF6氣體的絕緣強度就可能達到變壓器油的水平，而壓縮空氣同樣的絕緣強度要0.6—0.7MPa。因此，早在四十年代SF6就開始用于電

7、纜、高壓靜電發(fā)生器中，后來才用到開關(guān)中，現(xiàn)在又在變壓器和高壓互感器中應(yīng)用。量控制的主要指標(biāo)，有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)都作了規(guī)定，如國際電工協(xié)會（IEC）規(guī)定，SF6新氣中水分含量不得高于15ppm（重量比）。必須指出，在各種氟化物中，絕大多數(shù)都是有毒甚至劇毒物。上述各分解反應(yīng)物也是如此，因此在SF6電器設(shè)備的使用中安全問題應(yīng)給予充分重視。裝設(shè)吸附劑是個重要方法，活性氧鋁活性炭及分子篩都是應(yīng)用效果較好的吸附劑，它們對吸附水分是有效的。用于電器內(nèi)部的結(jié)構(gòu)

8、材料應(yīng)該盡量避免還有硅元素，如SiO2、陶瓷、玻璃等，因為F、HF分解物對Si有強烈的腐蝕作用。聚四氟乙烯，以氧化鋁為填料的環(huán)氧樹脂等是比較好的材料。4、SF6的滅弧特性氣體中的電弧是通過分子游離而形成的導(dǎo)電現(xiàn)象，電弧放電通道中主要是熱游離方式，氣體溫度在4000—6000K以上時就開始出現(xiàn)熱游離導(dǎo)電現(xiàn)象，SF6和空氣的電導(dǎo)率隨溫度的變化特性差異并不大，在4000K以下沒有明顯的游離，但在電弧的電極金屬蒸氣參與下，實際的熱游離起始溫度降

9、低到3000K左右，因此開關(guān)電弧的導(dǎo)電下限溫度一般在3000K附近。電弧的熄滅過程就是弧隙游離產(chǎn)物（離子、電子）的復(fù)合、消游離，使間隙恢復(fù)到絕緣介質(zhì)狀態(tài)的過程，這主要通過冷卻降溫，使電導(dǎo)率降低、消失。表示電導(dǎo)減小的速度常用電弧的時間常數(shù)來說明，電弧時間常數(shù)越小，表明弧柱溫度或熱量變化越小，滅弧能力越強。SF6的導(dǎo)熱能力隨溫度的變化特性是她它具有優(yōu)異熄弧能力特性的重要原因。如前所述，開關(guān)電弧以3000K為導(dǎo)電界限溫度，電流集中在高于300

10、0K以上的“弧芯”區(qū)內(nèi)，外圍的低溫區(qū)稱為“弧焰區(qū)”。SF6氣體在3000K以上的導(dǎo)熱率低，2000K附近的導(dǎo)熱率特別高，從徑向熱平衡考慮，弧焰區(qū)的散熱良好，溫度低，而弧芯區(qū)則導(dǎo)熱差，溫度高，形成直徑細的密集導(dǎo)電區(qū)。相對來講，空氣電弧的弧芯直徑就比SF6電弧的大。隨著電流瞬時值的減小，SF6電弧的弧芯直徑也逐漸減小，這種纖細型的弧芯結(jié)構(gòu)可以維持到很小的電流值（1A以下）。電弧的時間常數(shù)與弧芯截面面積∏R2成正比，即θ=C∏R2（C為常數(shù)）

11、，因此，在電流零點附近，電弧時間常數(shù)很小，或者說，殘余弧柱截面很小，這對于弧后介質(zhì)強度的恢復(fù)是十分有利的。當(dāng)整個弧柱溫度都降到導(dǎo)電溫度（3000K）以下時，由于SF6氣體的導(dǎo)熱高峰，是溫度下降速度很快，介質(zhì)強度恢復(fù)迅速。此外，SF6氣體的負電性也是形成優(yōu)異滅弧性能的另一因素。在弧焰區(qū)和弧后恢復(fù)階段，負電性起很重要作用，他使弧隙自由電子減少，電導(dǎo)率下降，介質(zhì)溫度提高。因此在滅弧室中應(yīng)提供新鮮的氣體，盡可能增加SF6氣體與弧柱的接觸，以增強

12、吸附的過程。6、SF6氣體的毒性來源從有關(guān)部門的試驗及研究結(jié)果可知，SF6氣體的毒性主要來自5個方面。（1）SF6產(chǎn)品不純，出廠時含高毒性的低氟化硫、氟化氫等有毒氣體。大家知道，目前化工行業(yè)制造SF6氣體的方法主要是采用單質(zhì)硫磺與過量氣態(tài)氟直接化合反應(yīng)而成；即S3F2→SF6Q（放出熱量）。在合成的粗品中含有多種雜質(zhì)，其雜質(zhì)的組成和含量因原材料的純度、生產(chǎn)設(shè)備的材質(zhì)、工藝條件等因素的影響而有很大差異，雜質(zhì)總含量可達5%。其組成有硫氟化合

13、物，如：S2、F2、SF2、SF4、S2F10O等；硫氟氧化合物如SOF2、SO2F2、SOF4、S2F10O等以及原料中帶入的雜質(zhì)如HF、OF2、CF4、N2、O2等。為了凈化粗品中的雜質(zhì)，合成后的SF6氣體還需要經(jīng)過水洗、堿洗、熱解（去除劇毒的十氟化物）、干燥、吸附、冷凍、蒸餾提純等一系列凈化處理過程才能得到純度在99.8%以上的產(chǎn)品。然后再用壓縮機加壓，充入降溫至80℃左右的鋼瓶中，以液態(tài)形式存在。在使用時減壓放出，呈氣態(tài)沖入電氣