GIS设备中的SF6-CF4混合气体

GISGIS 设备中的设备中的 SFSF6 6 CF CF4 4混合气体混合气体 一 SF6 CF4混合气体 1 SF6基本特性 1 分子量 146 2 密度 kg m3 20 0 1MPa 6 07 3 沸点 0 1MPa 63 8 4 临界温度 45 6 5 电气性能 电负性气体 介电常数 20 0 1MPa 1 002 6 化学性质 在常压下是一种无色 无臭 无毒 不燃 无腐蚀的 惰性气态物质 化学稳定性强 500 600 不分解 和酸 碱 盐 氨 水等不反应 在电弧作用下 几千度 分解为 S 和 F 的原子气 但电孤一旦解除 便复合成 SF6 2 CF4基本特性 1 分子量 88 2 密度 kg m3 20 0 1MPa 3 86 3 沸点 0 1MPa 128 1 4 临界温度 45 67 5 电气性能 电负性气体 介电常数 20 0 1MPa 1 001 6 化学性质 在常温下 是无色 无臭 不燃的易压缩性气体 挥 发性较高 是最稳定的有机化合物之一 不易溶于水 在 900 以下不与铜 镍 钨 钼反应 仅在碳弧温 度下缓慢分解 微溶于水 在 25 及 0 1Mpa 下其溶 解度为 0 0015 重量比 1000 不与碳 氢 及甲 烷反应 室温下可与液氨 金属钠试剂反应 高温下 可与碱金属 碱土金属及 SiO2反应 生产相应的氟化 物 四氟化碳在 800 下开始分解 在电弧作用下可 与 CO CO2反应生产 COF2 与可燃性气体燃烧时 会 分解产生有毒氟化物 3 SF6 CF4混合气体基本特性 1 SF6与 CF4气体混合后不发生化学反应 两种气体仍保持各自物 理和化学特性 但在充气过程的搅拌作用和气体分子扩散运动作用 下能实现均匀混合并保持稳态 2 混合气体在低温下的液化取决于混合气体中各气体在分压力下的 液化温度 故对 SF6 CF4混合气体应分别考虑两种气体所占分压力对 应的液化点 CF4气体临界温度为 45 67 即在该温度以上无论如 何增加 CF4气体分压力 CF4气体都不会液化 当温度低于 45 67 时 同等压力的 CF4气体液化温度远低于 SF6 故应先考虑 SF6气体 的液化点 图 1 为纯 SF6气体的液化曲线 混合气体中 SF6的液化曲线与其 相同 只是对应的压力指 SF6气体的分压力 Pr P1 P1 P2 在组 合电器中 Pr 为额定绝对压力 P1 P2 为 SF6与 CF4压力比 以额定 压力 0 6MPa 20 表压 SF6与 CF4压力比 3 2 为例 SF6气体的 分压力 0 7 0 6 0 42MPa 20 绝对压力 带入该密度下 SF6气 体 Beattie Bridgman 公式可得 SF6分压力与温度关系为 P 1523 4 T 47800 单位 Pa 3 用混合气体代替纯 SF6气体的前提条件是保证其绝缘强度不应 降低太多 如当 SF6含量为 50 时 SF6 CF4混合气体在均匀电场中的 耐电强度为纯 SF6气体的 75 以上 但在不均匀电场中 在 SF6气体中 充入一定比例的 CF4 可使绝缘强度大大提高 参见 1996 年 KuffelE 的报告 Summary of results on break down and corona inception voltage characteristics in SF6 CF4 mixtures 如 图 2 所示 图中 c SF6 为 SF6在混合气体中所占的百分浓度 曲线 1 2 3 表示工频 冲击 直流击穿电压 20mm 间隙电场 0 2MPa 20 图 2 二 GIS 设备中 SF6 CF4混合气体的管理 1 SF6 CF4混合气体的注入 补充及纯度保证 SF6 CF4混合气体应按事先确定的压力比分别将高纯 SF6及 CF4 气体注入 GIS 设备 仍以额定压力 0 6MPa 20 表压 SF6与 CF4 压力比 3 2 为例 第一步 将气室抽真空至 100Pa 以下 第二部 注入高纯 SF6气体至表压 0 32MPa 绝对分压力 0 42 MPa 第三部 注入高纯 CF4气体至表压 0 6MPa 绝对分压力 0 28 MPa 在气室内气体泄漏至一定程度需要补充 SF6 CF4混合气体时也应 按最初确定的压力比进行补气 既可以将按压力比混合好的混合气 体直接补入 也可以按该压力比先补入一定压力的高纯 SF6再补入 相应压力的高纯 CF4 充入或补入的混合气体的纯度主要靠注入的 SF6与 CF4气体本身 的纯度保证 SF6 CF4的混合比例没有必要做出纯度精确级的要求 注入过程中也无法实现纯度精确级的控制 2 SF6 CF4混合气体的微水检测 图 3 为 SF6电器中在不同压力下的 0 露点界限 水分管理 界限 和 刚充气产品水分合格线 图 3 气室中水分的含量有两种表示方法 水分压 P1和水分体积浓度 X P1 XP2 P2为气室绝对压力 根据 0 时水蒸气饱和压力即可 得出不同气室压力下 0 露点临界限 根据气室中水蒸气含量为 0 露点临界限 30 可得出 水分 管理界限 在实际产品中考虑到开关在运行后的水分入侵及将水分控制在 更低的水平 按照气室水蒸气含量为 水分管理界限 一半考虑 可确定 刚充气产品水分合格线 由上述分析可以看出 GIS 设备中的微水检测与其所充气体种 类并无关系 故 GIS 设备中 SF6 CF4混合气体的微水检测与充纯 SF6 并无不同 3 SF6 CF4混合气体泄漏率的检测 现有标准以年泄露率小于 0 5 来规定以 SF6作为绝缘介质的组 合电器设备的介质流失速率和设备的密封性能 我们仍可采用这一 标准来评价以 SF6 CF4混合气体为绝缘介质的组合电器设备的介质流 失速率和设备的密封性能 这个 0 5 中应包含 SF6和 CF4两种气体的量 现有检漏仪检测 目标均为泄漏的 SF6气体的体积浓度 所以在代入泄漏量计算公式 时测得的 SF6气体浓度应除以混合气体中 SF6的压力百分比 4 SF6 CF4混合气体在 GIS 中的主要电弧分解物杂质 SF6 CF4混合气体在电弧作用下与开关内部