重庆大学_大学化学_讨论_SF6在电气设备中应用和发展

1、SF6在电气设备中的应用和发展教材回溯教材回溯断路器为什么要用断路器为什么要用SF6? 通过资料查阅通过资料查阅,我们可以发现我们可以发现SF6主要应用主要应用于断路器中于断路器中,但断路器为什么要用但断路器为什么要用SF6呢呢?我我们就不得不提到们就不得不提到电弧电弧 了解了电弧了解了电弧,我们就要了解我们就要了解它的解决方法它的解决方法电电弧弧 电弧是一种气体放电现象，电电弧是一种气体放电现象，电流通过某些绝缘介质（例如空流通过某些绝缘介质（例如空气）所产生的瞬间火花。电弧气）所产生的瞬间火花。电弧是高温高导电率的游离气体，是高温高导电率的游离气体，它不仅对触头有很大的破坏作它不仅对触头有

2、很大的破坏作用，而且使断开电路的时间延用，而且使断开电路的时间延长。当用开关电器断开电流时长。当用开关电器断开电流时,若电路电压不低于若电路电压不低于1020V，电流不小于电流不小于80100mA，电器，电器的触头间便会产生电弧。在电的触头间便会产生电弧。在电力行业中，开关电器会产生电力行业中，开关电器会产生电弧，因为其温度高达数千摄氏弧，因为其温度高达数千摄氏度，能烧坏触头，甚至导致触度，能烧坏触头，甚至导致触头熔焊。如果电弧不立即熄灭，头熔焊。如果电弧不立即熄灭，就可能烧伤操作人员，烧毁设就可能烧伤操作人员，烧毁设备，甚至酿成火灾。备，甚至酿成火灾。 电弧的解决办法电弧的解决办法 开关分断

3、电路时会出现电弧放电。因此要开关分断电路时会出现电弧放电。因此要求高压开关能够迅速地在很小的封闭容器求高压开关能够迅速地在很小的封闭容器内使电弧熄灭，为此，专门设计出各种各内使电弧熄灭，为此，专门设计出各种各样的灭弧室。灭弧室的基本类型有：样的灭弧室。灭弧室的基本类型有：采采用六氟化硫、真空和油等介质；用六氟化硫、真空和油等介质；采用气采用气吹、磁吹等方式快速从电弧中导出能量；吹、磁吹等方式快速从电弧中导出能量；迅速拉长电弧等。迅速拉长电弧等。SF6为何能够灭弧为何能够灭弧? SF6键能很高键能很高,S F6分子结合能是分子结合能是22 .4电子伏特电子伏特, 约是氮约是氮(N2)分子结合能的

4、分子结合能的2.3倍倍.电气设备的最高允电气设备的最高允许温度一般不超过许温度一般不超过150 , 在此温度下在此温度下,S F6气体气体的化学性质是不活泼的的化学性质是不活泼的,几乎不和任何金属发生化几乎不和任何金属发生化学反应学反应,当温度升高到当温度升高到2000K 2500K 的情况下的情况下, 分子分解加快分子分解加快,在在3000K 时时,绝大部分绝大部分SF6分子直接分子直接分解成分解成S 及及F单单质原子单单质原子, 当温度高达当温度高达4 0 0 O K 时时,S原子开始电离成正离子原子开始电离成正离子“ s+”.而自由电子为而自由电子为F原子捕捉成负离子原子捕捉成负离子“F

5、-” , 此时此时“ F-” 与与“ S+” 相遇会再结合成相遇会再结合成“ SF6” 气体气体, 因此在因此在4000K及及以下的区段以下的区段, 自由电子密度极低自由电子密度极低, 导电率极小导电率极小, 使使SF6气体有较好的绝缘特性。气体有较好的绝缘特性。 除此之外除此之外,SF6气体还具有负电特性气体还具有负电特性,即即SF6气气体还具有负电特性体还具有负电特性,即当周围有电子存在时即当周围有电子存在时, 能为能为SF6气体捕获而成负离子气体捕获而成负离子,由于由于SF6是重是重气体气体, 在电场作用下流动迟缓在电场作用下流动迟缓,不像电子那样不像电子那样容易加速而使气体在电场作用下

6、击穿容易加速而使气体在电场作用下击穿,这就这就是是SF6气体击穿电压高于空气的原因。气体击穿电压高于空气的原因。SF6断路器的缺点 纯净的纯净的SF6气体是良好的灭弧介质，若用于气体是良好的灭弧介质，若用于频繁操作的低压电器中，由于频繁操作的频繁操作的低压电器中，由于频繁操作的电弧作用，金属蒸汽与电弧作用，金属蒸汽与SF6气体分解物起反气体分解物起反应，结合而生成绝缘性很好的细粉末（氢应，结合而生成绝缘性很好的细粉末（氢氟酸盐、硫基酸盐等），沉积在触头表面，氟酸盐、硫基酸盐等），沉积在触头表面，并严重腐蚀触头材料，从而接触电阻急剧并严重腐蚀触头材料，从而接触电阻急剧增加，使充有增加，使充有SF

7、6气体的密封触头不能可靠气体的密封触头不能可靠地工作。因此对于频繁操作的低压电器不地工作。因此对于频繁操作的低压电器不适宜用适宜用SF6作灭弧介质。作灭弧介质。 因为因为SF6气体在放电时的高温下会分解出有腐蚀气体在放电时的高温下会分解出有腐蚀性的气体，对铝合金有严重的腐蚀作用，对酚醛性的气体，对铝合金有严重的腐蚀作用，对酚醛树脂层压材料、瓷绝缘也有损害。若把树脂层压材料、瓷绝缘也有损害。若把SF6和和N2混合使用，当混合使用，当SF6含量超过含量超过20%30%时，其绝时，其绝缘强度已和全充缘强度已和全充SF6时绝缘强度相同，而腐蚀性时绝缘强度相同，而腐蚀性又大大减少，因此又大大减少，因此S

8、F6常混合常混合N 2 使用，在使用，在SF6断断路器中，路器中，SF6气体的含水量必须严格规定不能超气体的含水量必须严格规定不能超过标准。水会与电弧分解物中的过标准。水会与电弧分解物中的SF 产生氢氟酸产生氢氟酸（H 2 O+SF 4 SOF 2 +2HF）而腐蚀材料。当）而腐蚀材料。当水分含量达到饱和时，还会在绝缘件表面凝露，水分含量达到饱和时，还会在绝缘件表面凝露，使绝缘强度显著降低，甚至引起沿面放电。运行使绝缘强度显著降低，甚至引起沿面放电。运行经验及上述论析都表明：经验及上述论析都表明：SF6断路器由于绝缘结断路器由于绝缘结构体积较小，若构体积较小，若SF6气体的含水量较高，则将使气

9、体的含水量较高，则将使绝缘水平大大下降，接触电阻急剧增加，在运行绝缘水平大大下降，接触电阻急剧增加，在运行中易发生损坏或爆炸事故。因此，各制造厂及运中易发生损坏或爆炸事故。因此，各制造厂及运行部门都要求有严格的密封工艺，同时规定行部门都要求有严格的密封工艺，同时规定SF6气体的含水量不得超过标准。中国的标准是气体的含水量不得超过标准。中国的标准是SF6气体的含水量应小于气体的含水量应小于300ppm（容积比）。（容积比）。 SF6断路器以断路器以SF6气体为灭弧介质。在正常气体为灭弧介质。在正常情况下，情况下，SF6是一种不燃、无臭、无毒的惰是一种不燃、无臭、无毒的惰性气体，密度约有空气的性气

10、体，密度约有空气的5倍。但倍。但SF6气体气体在电弧作用下，小部分会被分解，生成一在电弧作用下，小部分会被分解，生成一些有毒的低氟化物，如些有毒的低氟化物，如SOF 2 、SF 4 、SOF 4 和和SO 2 F 2 等，对体健康有影响，等，对体健康有影响，对金属部件也有腐蚀和劣化作用。因此，对金属部件也有腐蚀和劣化作用。因此，在在SF6断路器中，一般均装有吸附装置，吸断路器中，一般均装有吸附装置，吸附剂为活性氧化铝、活性碳和分子筛等。附剂为活性氧化铝、活性碳和分子筛等。吸附装置可完全吸附吸附装置可完全吸附SF 4 气体在电弧的高气体在电弧的高温下分解生成的毒质。温下分解生成的毒质。 SF6分

11、解产物或化合物大多是有毒或剧毒的。分解产物或化合物大多是有毒或剧毒的。运行多年后的运行多年后的SF6 断路器中断路器中SF6 气体及内气体及内壁的固体粉末中更含有大量有毒物壁的固体粉末中更含有大量有毒物, 特别是特别是固体粉末固体粉末, 人体接触后会通过毛孔渗入并危人体接触后会通过毛孔渗入并危及人身安全及人身安全,因此在断路器解体后大修前要因此在断路器解体后大修前要对这些毒性物质进行处理。对处理后的有对这些毒性物质进行处理。对处理后的有毒废水、废液也要进行进一步的化学处理毒废水、废液也要进行进一步的化学处理, 直到达到环保排放标准后才能排放。直到达到环保排放标准后才能排放。参考文献参考文献 王占永王占永. 六氟化硫断路器的特性分析及日常维护六氟化硫断路器的特性分析及日常维护J. 民营科技民营科技. 2012(09) 孙煦孙煦. 六氟化硫（六氟化硫（SF6）断路器讲座）断路器讲座 第一讲第一讲 SF6气体的绝缘特性和灭弧特性气体的绝缘特性和灭弧特性J. 供用电供用电. 1997(04) 张云飞张云飞. 六氟化硫（六氟化硫（SF6）断路器的应用