重庆大学-大学化学-讨论-SF6在电气设备中应用和发展

SF6在电气设备中的应用和发展教材回溯断路器为什么要用SF6?通过资料查阅,我们可以发现SF6主要应用于断路器中,但断路器为什么要用SF6呢?我们就不得不提到电弧了解了电弧,我们就要了解它的解决方法电

弧电弧是一种气体放电现象，电流通过某些绝缘介质（例如空气）所产生的瞬间火花。电弧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用，而且使断开电路的时间延长。当用开关电器断开电流时,若电路电压不低于10—20V，电流不小于80~100mA，电器的触头间便会产生电弧。在电力行业中，开关电器会产生电弧，因为其温度高达数千摄氏度，能烧坏触头，甚至导致触头熔焊。如果电弧不立即熄灭，就可能烧伤操作人员，烧毁设备，甚至酿成火灾。电弧的解决办法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：①采用六氟化硫、真空和油等介质；②采用气吹、磁吹等方式快速从电弧中导出能量；③迅速拉长电弧等。SF6为何能够灭弧?SF6键能很高,SF6分子结合能是22.4电子伏特,约是氮(N2)分子结合能的2.3倍.电气设备的最高允许温度一般不超过150℃,在此温度下,SF6气体的化学性质是不活泼的,几乎不和任何金属发生化学反应,当温度升高到2000K~2500K的情况下,分子分解加快,在3000K时,绝大部分SF6分子直接分解成S及F单单质原子,当温度高达400OK时,S原子开始电离成正离子“s+”.而自由电子为F原子捕捉成负离子“F-”,此时“F-”与“S+”相遇会再结合成“SF6”气体,因此在4000K及以下的区段,自由电子密度极低,导电率极小,使SF6气体有较好的绝缘特性。除此之外,SF6气体还具有负电特性,即SF6气体还具有负电特性,即当周围有电子存在时,能为SF6气体捕获而成负离子,由于SF6是重气体,在电场作用下流动迟缓,不像电子那样容易加速而使气体在电场作用下击穿,这就是SF6气体击穿电压高于空气的原因。SF6断路器的缺点纯净的SF6气体是良好的灭弧介质，若用于频繁操作的低压电器中，由于频繁操作的电弧作用，金属蒸汽与SF6气体分解物起反应，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，并严重腐蚀触头材料，从而接触电阻急剧增加，使充有SF6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适宜用SF6作灭弧介质。因为SF6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，对酚醛树脂层压材料、瓷绝缘也有损害。若把SF6和N2混合使用，当SF6含量超过20%～30%时，其绝缘强度已和全充SF6时绝缘强度相同，而腐蚀性又大大减少，因此SF6常混合N2使用，在SF6断路器中，SF6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SF产生氢氟酸（H2O+SF4→SOF2+2HF）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，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：SF6断路器由于绝缘结构体积较小，若SF6气体的含水量较高，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SF6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300ppm（容积比）。SF6断路器以SF6气体为灭弧介质。在正常情况下，SF6是一种不燃、无臭、无毒的惰性气体，密度约有空气的5倍。但SF6气体在电弧作用下，小部分会被分解，生成一些有毒的低氟化物，如SOF2、SF4、SOF4和SO2F2等，对体健康有影响，对金属部件也有腐蚀和劣化作用。因此，在SF6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。吸附装置可完全吸附SF4气体在电弧的高温下分解生成的毒质。SF6分解产物或化合物大多是有毒或剧毒的。运行多年后的SF6断路器中SF6气体及内壁的固体粉末中更含有大量有毒物,特别是固体粉末,人体接触后会通过毛孔渗入并危及人身安全,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。参考文献王占永.六氟化硫断路器的特性分析及日常维护[J].民营科技.2012(09)孙煦.六氟化硫（SF6）断路器讲座第一讲SF6气体的绝缘特性和灭弧特性[J].供用电.1997(04)张云飞.六氟化硫（SF6）断路器的应用及六氟化硫环保问