高电压技术六氟化硫气体讲解
(2) SF6分子具有较强的电负性,使SF6具有强大的灭 弧能力。因为SF6分子吸附自由电子后变为负离子,负离 子容易和正离子复合形成中性分子,使电弧空间的导电性 能很快消失。特别在电弧电流接近零值时,这种作用更加 显著。如果例用SF6气体吹弧,使大量新鲜的SF6分子不断 和电弧接触则灭弧更加迅速。
SF6气体绝缘特性还受杂质和电极表面状况影响很大。 充入电气设备的气体如混杂了金属细屑,绝缘击穿电压将 显著下降。这种影响在工作气压越高时越显著,金属细屑 的尺寸越大绝缘强度降低越多。
电极表面如粗糙不平,局部电场增强,对绝缘强度下 降影响也很大,加工光洁度高的表面要比粗糙表面的绝缘 强度高。由于表面缺陷,凸起的出现呈随机性质,这种局 部电场增强效应也具随机性,对于面积越大的电极,局部 放电的几率也越大。这就表现为绝缘强度随电极表面积增 大而下降,并渐趋于一个稳定值。
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六氟化硫气体
临沂供电公司
一、SF6气体物理性质
SF6气体是无色、无臭、不燃、无毒的惰性气体,具有优良 的绝缘性能,且不会老化变质。它的比重约为空气的 5倍。 在标准大气压下,- 62度时液化。绝缘强度受电极影响大, 在均匀电场中为空气的 2到3倍,在 3个大气压下绝缘强度 与变压器油相当。在 12个大气压下, 0度时液化。这是它 的物理性质。
当电弧电流减小趋近于零值时,SF6分子此时电负 性显著,从而使电流保持连续,可使细小的弧心一直 存在到极小的电流范围。SF6电弧的这种特点,使断路 器开断小电流时,也不会由于截流作用而产生操作过 电压。
四、SF6的绝缘特性
SF6具有优良的绝缘性能,这是它最早被用于电力设备 的原因。例如,0.3MPa压力的SF6气体的绝缘强度就可能达 到变压器油的水平,而压缩空气同样的绝缘强度要 0.6 — 0.7MPa。因此,早在四十年代SF6就开始用于电缆、高压静 电发生器中,后来才用到开关中,现在又在变压器和高压 互感器中应用。SF6用在全封闭的组合电器中,取代敞开式 分立电器的空气绝缘,使传统的变电站设备构造发生了革 命性的变化,这就是SF6绝缘性能所显示出的优越性。
金属屑末和电极表面突起造成的绝缘弱点可以通过老练 加以改善。老练就是对气体间隙进行多次重复放电,通过放 电燃烧缺陷(杂质、凸起),是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。
五、SF6的灭弧特性
气体中的电弧是通过分子游离而形成的导电现象,电弧 放电通道中主要是热游离方式 。气体温度在 4000 —6000K 以 上时就开始出现热游离导电现象, SF6和空气的电导率随温 度的变化特性差异并不大,在 4000K 以下没有明显的游离, 但在电弧的电极金属蒸气参与下,实际的热游离起始温度降 低到3000K左右,因此开关电弧的导电下限温度一般在 3000K 附近。
SF6气体的高绝缘强度是由卤族化合物的负电性,即对 电子的吸附能力造成的。卤族元素中又以 F元素的负电性 最强,它的化合物SF6仍有强负电性。在温度不太高的情况 下,产生SF6+e→SF6— 的反应,生成负离子;使空间的自 由电子减少,而负离子的活泼性差,抑制了空间游离过程 的发展,击穿不易形成,因此绝缘强度大大提高
二、SF6气体化学性质
SF6气体不溶于水和变压器油,在炽热的温度下,它 与氧气、氩气、铝及其他许多物质不发生作用。但 在电弧和电晕的作用下,SF6气体会分解,产生低氟 化合物,这些化合物会引起绝缘材料的损坏,且这 些低氟化合物是剧毒气体。SF6的分解反应与水分有 很大关系,因此要有去潮措施。
在电弧高温作用下,很少量的SF6会分解为有毒的SOF2、 SO2F2、SF4和SOF4等,但在电弧过零值后,很快又再结合成 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。电弧分解物的多少与SF6中所含水份有关, 因此,把水份控制在规定值下是十分重要的。常用活性氧化 铝或活性炭、合成沸石等吸附剂,清除水分和电弧分解产物。
SF6气体混入空气时,会使绝缘强度下降,因此断路器及 其贮气设备应保持密封。
三、SF6气体气特性
(1)SF6分子很容易吸附自由电子,形成负离子,具 有较强的电负性。但在一定电场下,这些离子很难积累 足够的能量导致气体电离。同时因为气体中的自由电子 减少,还降低了这些电子容易使气体被击穿的危害。因 此,SF6气体具有良好的绝缘性能,在均匀电场中SF6的 绝缘强度比空气大2—3倍,在0.3Mpa压力下,绝缘强度 超过变压器油。但在不均匀电场中,其绝缘强度会下降, 因此六氟化硫断路器的部件多呈同心圆状,以使电场均 匀。
由于SF6气体灭弧能力强,从导电电弧向绝缘体变化 速度特别快,所以SF6断路器的开断电流大,开断时间短。 在同一电压等级,同一开断电流和其它条件相同的条件下, SF6断路器的串联断口较少。
(3)SF6气体是多原子的分子气体,在电弧高温下 分解和电离的情况非常复杂。SF6气体中弧心部分导热 率低,温度高,电导率大,其外焰部分导热率高,温 度低,电导率小,所以电弧电流几乎集中在弧心部分。 因此,在SF6气体中,可以看到很细、很亮的电弧,几 乎看不到外焰部位。这也是SF6气体灭弧时间短的原因 之一。
SF6气体的绝缘强度在不均匀的电场中要降低,这一点在 设计与使用中应该引起注意。随着电场不均匀程度的增大, 击穿场强下降,作为均匀电场的间隙击穿电压巴申定律,即 击穿电压(UK)与气压间隙乘积( pd)成正比,只能在很小 范围内符合。
试验数据证明,在1—25mm间隙内,只有电场强度20KV/mm 以下才符合巴申定律 。因此,不能简单地靠增大间隙来提高 击穿电压,而应该注意改善结构的电场均匀性。
电弧的熄灭过程就是弧隙游离产物(离子、电子)的复 合、消游离,使间隙恢复到绝缘介质状态的过程,这主要通 过冷却降温,使电导率降低、消失。
1、灭弧作用
1)SF6的复合作用。 SF6某些高温电弧产物,在消弧瞬间可能复合,剩余弧柱的 介质强度可很快地恢复到某种程度的初始阶段。 2)SF6的冷却作用。 SF6为优良的冷却介质,其冷却散热的效果较好,可有效降 低电弧温度,有利于电弧熄灭。 3)SF6具有吸附电子的能力。 A可减少电子密度,降低电导,促使电弧熄灭;B由于SF6的离子迁移速度比电子慢,SF –与SF +易复合成SF6,也有 利于电弧的熄灭。