SF6气体性质.ppt

1、SF6气体性质,物理性质,化学性质,绝缘性能,灭弧性能,物理性质,SF6气体是无色、无昧、无毐、不可燃、性能稳定的气体 SF6是一种比较重的气体，在标准状态下比空气大约重5倍 它的临界温度不高 其热传导率随温度变化的特性对电弧的熄灭非常有利。 （共5张，第1张）,正八面体，共价键，结构稳定，不活泼 ，无偶极矩，直径4.77埃（分子大1埃108厘米） （共5张，第2张）,（共五张，第三张）,SF6的临界温度是45.6 所谓临界温度，就是在这个温度以上，压力无论如何加大，气体绝无液化发生 在这个温度下，使其液化的压力就是临界压力,（共5张，第4张）,从图中可以看出，SF6气体在热游离温度附近，其热

2、传导率高于空气 在2000时具有极强的导热能力 在5000时导热能力又很差 这种导热的特性对电弧的熄灭起着极为重要的作用,（共五张，第五张）,返回,稳定不活泼,化学性质 不与碱液、白热的氧化亚铜、铜或银作用 热特性 在500时还不分解,共3张，第1张,分解再结合,在电弧、电晕和高温作用下分解 当温度升高到600时，极少量的SF6会分解为SOF2、SO2F2、SOF4、SF2、SF4等低氟化合物 当温度达到1400时SF6分子仍占92.2% 当2900K时，SF6气体开始快速分解 3000K时，开始出现大量的S、F、F、S等分解物 温度达到5000K时，只剩下分子和离子硫以及由原子和离子态的氟组

3、成的等离子体 分解物在电弧过零后的极短时间内（106107s），又能再结合成SF6。因此，长期密封使用的SF6，虽经多次灭弧作用，也不会减少或变质。残留的低氟化合物经吸附剂过滤后可以除去。,共3张，第2张,化学性质总结,总之，温度低于600以下时，SF6是很稳定的气体，因此用于A级、B级绝缘是不会有问题的。 在被电击穿后，SF6能自行复合，不会影响其绝缘和灭弧性能。,共3张，第3张,返回,绝缘性能,绝缘性能优良 其在0.3Mpa压力下的绝缘强度就可达到变压器油的水平 而空气要达到同样的绝缘强度要0.60.7Mpa 绝缘应用 开始用于电缆、高压静电发生器中，后用到开关、变压器、高压互感器和全封闭

4、组合电器中,高绝缘强度原因,一、主要原因：负电性,二、其次原因：分子直径大,负电性,所谓负电性，即中性分子或原子吸附自由电子成为负离子的现象,原因：它具有卤族元素的特点SF6及氟和氟化物的原子外层有七个电子，故很容易捕捉到一个电子成为八个电子的稳定结构，使它们成为负离子 负离子的直径约108cm，质量比电子大得多，故惰性也大，在电场作用下其迁移率仅为电子的千分之一。负电性加强了自由电子和正离子再结合的过程，大大削弱了间隙间的碰撞游离能力,SF6,SF6e,SF6e,SF6,SF6SF6,2SF6,再结合,游离,负电（子）,向上,SF6的分子直径比氧、氮等气体的分子直径大得多， 从而使电子在SF

5、6气体中的平均自由行程很短，电子与SF6分子发生弹性碰撞的机率大， 使电子在电场作用下积累起来的动能消耗在与SF6碰撞过程中， 使发生碰撞游离的可能性减小，绝缘强度提高。,分子直径大对绝缘强度的影响,影响绝缘强度的因素,1电场的均匀性,2气体压力,3电晕,4电极表面状态,5杂质,1电场的均匀性对放电的影响 空气间隙的绝缘击穿电压主要决定于电极间平均场强，与电场均匀性关系不大。要想提高绝缘强度，一般只需适当增加绝缘距离即可。 SF6气体的绝缘击穿电压，主要决定于最大场强，与电场的不均匀程度关系很大。 原因：SF6间隙中带电质点随电场强度增加而增加的速度远比空气要大得多，使SF6气体随着电场不均匀

6、程度的增加，放电电压将很快下降。 结论：为了提高SF6的绝缘强度，在加大电极间距离的同时，更重要的是，尽可能使电场均匀。在设计同心电极时，应使两直径尽可能接近最佳配合比例。,2与气体压力的关系 SF6气体的绝缘强度随着气体压力的增加而增加。 在均匀电场中，一个大气压下，SF6气体的绝缘击穿电压是空气的23倍； 3个大气压下，SF6气体的绝缘击穿电压约与变压器油相当； 试验证明，当气体压力增加到10个大气压时，击穿电压增加较慢，开始呈饱和趋势。,3电晕对放电的影响 空气绝缘有电晕效应，在极不均匀的电场下，电晕放电所产生的空间电荷可以改善棒电极表面的电场分布，从而提高了间隙的击穿电压，这就是所谓的

7、电晕屏蔽效应。 而SF6气体无电晕效应，由于气体密度大，空间电荷不易扩散，因此。所以在SF6气体中，往往一出现电晕，马上就出现放电。 结论：因此，在SF6气体绝缘设计时，应将无电晕作为设计条件。,4电极表面状态的影响 影响： 一般电极表面愈粗糙，其击穿电压愈低 电极表面积越大，表面上的弱点可能愈多，其击穿电压也愈低。 措施： 电极表面的微观凸起、杂质和其它缺陷，可以通过老炼加以改善。 老炼就是对气体间隙进行多次重复的放电，通过放电烧掉缺陷，使间隙的击穿电压提高。此外，也可以采用在电极表面覆盖绝缘薄层的方法来提高绝缘强度。,5杂质对绝缘强度的影响 主要杂质尘埃、金属微粒 当电极之间施加电压时，就

8、有静电力作用于这些微粒，当静电力超过这些微粒的重量时，它们就会悬浮起来，并直立于电极表面，从而引起电极端部的电场局部集中，使SF6气体间隙的击穿电压降低，稍有微小的火花放电，击穿电压就能降低30%。 措施：在装配、检修过程中必须认真地清除杂质以保证间隙的击穿电压强度。 次要杂质水分、空气 如果水分仅以气体形态存在时，SF6气体与固体分界面的绝缘性能几乎不受影响。但如果水分含量过多，并在固体表面结露时，其表面绝缘性能将下降。 若在SF6气体中混入，其空气含量大于50%时，则绝缘强度下降 空气含量为50%时，则绝缘强度与纯SF6气体相同 在空气含量小于50%时，则绝缘能力反而比纯净的SF6气体高,

9、返回,（一）开关中的电弧过程 任何一种物质都有三态，即固态、液态、气态。这三态随着温度的升高而改变，当物质变为气态后，若温度再升高，一般要到5000以上，物质就会转化为第四态，即等离子态。 任何等离子态的物质都是以离子状态存在的，其特性是导电的。 电弧的形成过程就是介质向等离子态的转化过程。 在触头刚刚分开时，由于电场强度E很大，阴极会产生强电场发射电子，这是触头间最初产生电子的原因。强电场发射的电子在电场E的作用下加速，和中性质点发生碰撞游离，碰撞游离的持续，使触头间带电粒子增多，最后击穿而产生电弧。 电弧产生后，弧道温度高达5000，使弧道中粒子高速热运动而互相碰撞产生热游离。热游离的结果

10、，使得弧道中不断产生带电粒子，电弧能够得以维持。,游离过程进行的同时，并存着去游离过程，它包括复合去游离和扩散去游离两种方式。 复合去游离是由于负粒子和正粒子相遇中和，而引起带电粒子的减少。 扩散去游离是由于弧道的温度比周围介质高，弧道中带电粒子的浓度也比周围介质中的大，使带电粒子由弧道扩散到周围介质中。 游离和去游离是电弧燃烧中的两个相反的过程。游离过程使弧道中的带电粒子增加，有利于电弧的燃烧；而去游离过程能使弧道中的带电粒子减少，有利于电弧的熄灭。 如果这两个过程达到动态平衡，电弧就会稳定燃烧；如果游离过程较强，将会使电弧愈加强烈地燃烧；若去游离过程较强，将会使电弧燃烧渐弱，最后电弧熄灭。

11、用等离子体的观点来看，也就是控制温度，使触头间的介质由等离子态转化为其它物态。 要点：对于大电流电弧，游离的主要形式是热游离，电弧的熄灭过程主要是使弧柱迅速冷却的过程。,返回,灭弧性能优良,一、截流过电压低 原因：优良的导热性能,二、灭弧能力比空气高两个数量级 原因：负电性,SF6气体所带走的能量是随着气体温度的增加而增加的 下表SF6气体导热性能与温度的关系,可以看出，为了利用气体流动带走更多的能量，应尽量提高流动气体的温度,SF6热游离温度 在正常情况下，4000K以上；混入金属蒸气时，3000K 在4000K以上时，SF6的导热率十分低，弧心部分的热量散不出去，以致弧心部分的温度特别高，热游离十分充分，从而弧心部分的导电率很高，电流主要集中于弧心部分，弧压降很小，电弧能量很小。 而在约2000K电弧外焰部分导热率最高，导电率却很小。 正是由于这种优良的导热性能使电弧沿径向的温度梯度很大，弧柱呈现极细极亮的形状。电弧在电流接近零值时仍能保持，只是弧柱直径随电流减小而变小，这样使SF6断路器截流过电压低或不会出现截流过电压,电弧径向温度分布,向上,SF6分子的负电性是其具有优良灭弧性能的另一重要原因。 利用SF6气体吹弧和利用空气吹弧在表面上十分相似，但从介质电强度恢复的理论上讲，SF6气体断路器和空气断路