SF6气体特性及其应用.doc

SF6气体特性及其应用 吉林省电力科学研究院 万家震 二○○四年八月 一、SF6气体的基本性质 1、SF6气体的物理、化学特性 2、SF6气体的电气性能 SF6气体具有负电性特性，它是一种高电气强度的气体介质。 在均匀电场下它的电气强度为同一气压下的空气的2.5~3倍； 在0.3MPa气压下SF6气体的电气强度与绝缘油相同。 图1 六氟化硫气体和空气、变压器油在工频电压下击穿电压的比较 1――空气 2――六氟化硫 3――变压器油 3、优良的灭弧特性 优良的热特性 SF6气体中电弧的电压梯度小，所以电弧的输入功率小，电弧容易熄灭，绝缘恢复得快，且不易重燃。 SF6气体的绝缘性能恢复快 SF6气体的电弧柱在电流接近零点时，能维持电弧柱截面较小，且不会造成电流截断。开断感性小电流时，不易产生截流过电压，电流过零后，介质绝缘强度恢复快。 由于SF6气体具有负电性，在电弧电流过零瞬间，大量吸附自由电子，形成负离子，大量负离子与正离子结合、复合后，促使弧隙介质强度恢复加快。 SF6气体的电弧时间常数小，即电弧电流过零后，电弧电阻在很短时间内增大，灭弧能力增强。 二、SF6气体的状态参数 1、理想气体的状态方程 P=RrT 其中 P――气体压力 r――气体密度 T――气体温度 R――气体常数 温度不变时，压力与体积成反比 体积不变时，压力与温度成正比 压力一定时，温度与体积成正比 2、SF6气体状态参数曲线（族） 在常温下，当压力高于0.3~0.5MPa时，由于SF6分子间吸引力随密度增大（分子间距离减小）而愈益显著，实际的气体压力变化特性，与按理想气体变化的压力特性之间的偏差也愈大。 图2 理想气体与六氟化硫气体的压力与密度变化关系（t=20℃） 1――按理想气体变化 2――六氟化硫气体压力变化 图3 SF6气体状态参数曲线 SF6气体工作点的变化 当SF6气体的密度保持不变，SF6气体的温度变化时，其压力也随之变化； 当SF6气体的温度保持不变，密度上升时，压力也随之上升；反之，密度下降，压力也随之下降； 当SF6气体的压力保持不变，温度变化，气体的密度也随之变化； 当SF6气体液化温度与密度值有关，只要SF6气体的密度不变，则其液化温度也不变。 3、SF6气体的液化温度 当环境温度下降时，SF6气体工作点将按等密度线下滑，气体压力下降。如果工作点碰到状态临界线时则气体开始液化，但不是全部气体都处于液化状态。如果温度继续降低，气体中的液化部分将逐渐增加，则气体密度（压力）继续下降，开关处于不正常状态。 表1 不同表压下的SF6气体密度和液化温度： 绝对压力 （20℃，MPa） 表压力 （20℃，MPa） SF6气体密度（kg/m3） SF6气体液化 温度（℃） 0.70 0.60 43.1 -29 0.65 0.55 42.7 -30 0.60 0.50 37.0 -32 0.55 0.45 35.8 -35 0.52 0.42 32.8 -37 0.50 0.40 30.8 -38 0.47 0.37 29.8 -40 0.45 0.35 27.7 -41 0.42 0.32 26.0 -42.8 0.40 0.30 24.9 -44.2 0.39 0.29 24.1 -45 0.32 0.22 19.1 -50 4、SF6气体密度继电器的工作原理 密度继电器应能反映气室内SF6气体密度的变化，如果气体泄漏，则气室内气体密度下降，密度继电器内接点动作，发出报警信号。 密度继电器内有一个温度补偿装置，使气体密度不因外界温度的变化而影响密度的变化。 图4 密度计动作原理示意图 1－插座；2－微动开关；3－微动开关的接点杆；4－传动板； 5－顶杆；6－双金属温度补偿器； 7－SF6气体；8－纹波管 三、SF6电气设备中气体含水量的控制 1、GCB（GIS）中水分增长的原因 1.1 新气带来的水份； 1.2 设备绝缘件、金属件、瓷件含有的水份； 1.3 吸附剂本身含有一定水份； 1.4 密封系统引进外界水份进入设备内部。 2、水份对设备的危害性 2.1 水份引起设备化学腐蚀，生成物中氢氟酸（HF）对设备元件（绝缘件和金属件）有强烈腐蚀作用； 2.2水份降低设备的绝缘水平 水份处于液态时，将在绝缘件表面形成导电通道，造成沿面闪络。如果断路器内部SF6气体中的水份由液态变为固态（结冰）则对绝缘性能的危害将减少。 3、控制水份的方法 3.1 严格控制新气的含水量； 3.2 提高绝缘件材料质量，加强密封工艺； 3.3 应用吸附剂，净化灭弧室内SF6气体质量。 四、混合气体在高压开关设备中的应用 1、混合气体中，SF6气体的分压力低，不易液化； 2、混合气体的绝缘性能和开断特性 研究表明：