斷路器中SF6氣體的特性及如何安全使用

摘 要：隨著電力工業的迅速發展和技術裝備水平的提高，六氟化硫電器設備已大量的投運，六氟化硫氣體是目前電器工業普遍應用的具有優良滅弧和絕緣介質的氣體，相應的就需要對斷路器內六氟化硫氣體有所了解。這里對SF6氣體的特性及相關安全使用情況進行探討。

關鍵詞：六氟化硫氣體；含水量；密度控制器

中圖分類號：TM564 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2013） 22-0000-01

一、斷路器中SF6氣體的特性

（一）六氟化硫氣體的化學性能是穩定的氣態物質。六氟化硫氣態的分子式為SF6，分子量為146.07，分子直徑為4.56×10-10m。六氟化硫氣體在常溫常壓下當氣態在20℃和101.31kp2時的密度為6.19g/l，約為空氣的5倍。六氟化硫氣體其電弧結構近似于溫度為徑向矩形分布的弧芯，弧芯部分溫度高導電性好，弧芯外圍部分溫度下降非常陡峭，而外峭部分溫度低散熱好。因此，六氟化硫電弧電壓低，電弧輸入功率小，對熄弧有利。

1.六氟化硫的電氣性質，六氟化硫分子具有良好的滅弧和絕緣性能，在比較均勻的電氣中，其絕緣強度約為空氣的2-3倍。在3個表壓下，其絕緣強度可達到絕緣油的水平。在101.31kpa的壓力下的均勻電場中，六氟化硫氣體的耐電強度約為氮氣的2.5倍。所以，六氟化硫氣體的這一特性是它成為優良的絕緣與滅弧介質的重要原因之一。

2.六氟化硫氣體在常溫下是很穩定的，不會裂化。六氟化硫氣體的電弧時間常數小，電弧過零后，介質性能的恢復遠比空氣和油介質為快。但是在電弧高溫作用下，會產生分解和電離，形成低氟化物。與氣體中的水分、電極材料發生反應，會生成多種對人體有害的金屬氧化物和酸類物質，有的甚至是劇毒，會造成零部件腐蝕，絕緣件劣化，導體接觸不良等嚴重后果。因此，需定期檢測氣體濃度。

3.六氟化硫氣體在常溫時或者在較高的溫度下，一般不會發生自分解反應，它的熱分解溫度大約在500℃左右。熱分解時形成的成分十分復雜，且因溫度不同而異。六氟化硫氣體的熱傳導性能較差，導熱系數只有空氣的2/3，但是對氣體介質，它的傳熱效應往往不是單純的傳導作用。分子的擴散運動攜帶的熱量可能產生更顯著的影響，影響的程度取決于氣體允許流動的空間尺寸。

運行中電器設備中的六氟化硫氣體含有多種雜質。由于電器設備內殘留水分的擴散會使空氣和水的含量超過新氣體相應的初始數值。放電使部分六氟化硫分解，可產生含氧、硫的氟化物及其它氣體，以及固體分解產物。六氟化硫用于電氣設備時，無論是在故障情況下或是在正常的開斷電弧的作用下，可能分解，產生氧、硫的氟化物和金屬氟化物粉末。這種產生的粉末會給人以一種不舒服或刺鼻的氣味。這種反應會在幾秒鐘內就會發生。在運行中，一般影響六氟化硫氣體絕緣強度的因素有：（1）電場均勻性的影響，絕緣強度對電場的均勻性特別敏感，在均勻電場下，絕緣強度隨觸頭間距離的增加而線性增加，而距離過大，則由于電場呈不均勻而使其絕緣強度增加，出現飽和現象。在不均勻電場下，會接近空氣的水平。（2）與壓力的關系，在較均勻的電場下，絕緣強度隨氣體壓力的增加而增加，但并不成正比。（3）六氟化硫氣體含有水分和雜質時，絕緣強度下降。（4）電極表面狀態的影響，通常電極表面越粗糙，擊穿電壓越低。電極面積越大，則由于偶然因素出現的概率越大，因而使擊穿電壓降低。（5）電壓極性的影響，電壓極性對六氟化硫氣體擊穿電壓的影響和電場的均勻性有關。在均勻電場中，由于電場強度處處相等，所以沒什么極性效應。在稍不均勻電場中，曲率較大的電極為負時，其附近的場強較大，容易產生陰極電子發射，使氣隙的擊穿電壓降低。

二、斷路器中六氟化硫氣體的安全使用

斷路器中六氟化硫氣體的安全使用主要有以下幾個方法：

（一）六氟化硫含水量的檢測

運行中的斷路器應定期測量六氟化硫氣體的含水量。含水量的控制，主要是控制氣體受電弧作用后生成的有毒氟化物含量，所以滅弧室及其相通的氣室的含水量比不與滅弧室相通氣室的含水量要求嚴格。含水量與環境溫度和六氟化硫氣體壓力有很大的關系，斷路器內部元件吸附或施放水分是與溫度有關。另外，在六氟化硫氣體含水量相同的情況下，當環境溫度低時是否發生凝露，這一問題與斷路器的壓力也是有關的。因此，測量六氟化硫氣體含水量應考慮環境溫度和壓力的影響。

含水量的測量方法有露點法和電解法兩種，露點法的測量原理是當測試系統溫度略低于被試品氣體中水蒸氣飽和溫度時，水蒸氣凝結，通過光電轉換輸出信號。電解法的原理是被測六氟化硫氣體通過電解池，水被P2O5薄膜吸收，同時被電解。

含水量超標的原因有很多種，生產廠家組裝斷路器時，對瓷套、滅弧件，拉桿等部件干燥不徹底。斷路器的密封件嚴實性不夠，運行中有水分進入。設備在現場組裝時進入水分，或是在充、補氣時六氟化硫氣體的含水量高和充氣管路吸附有水分，都會造成斷路器中六氟化硫氣體含水量的超標。

（二）六氟化硫氣體的監測及檢漏

六氟化硫氣體的絕緣強度及滅弧能力均取決于六氟化硫氣體的密度，若六氟化硫氣體密度降低，則斷路器耐壓強度降低，不能承受過電壓。斷路器的開斷容量下降，大量的泄露的氣體會使水分進入斷路器本體中，氣體中微水量將大幅上升，從而導致耐壓強度進一步下降和有害物質的增加。目前國內外斷路器的漏氣率一般為小于1%。運行中六氟化硫的氣體密度監測則至關重要，常用的監測方法有以下幾種。

1.壓力表監測，一般斷路器均裝有六氟化硫氣體壓力表，運行中可直接地監測氣體的壓力變化，運行中定期檢測氣室壓力，平均壓力是否異常，由密度繼電器發信號。

2.密度繼電器監測，因為六氟化硫氣體是無色、無味的一種氣體，人們看不見、摸不著，當氣體泄露時，先發報警信號，如不及時進行充氣的話，繼續泄露，則會發閉鎖信號，此時斷路器則不能正常地進行分斷，如遇到故障的發生，將會造成很嚴重的事故。這就需要我們能準確地檢查出漏點，及時地封堵住漏點。所以六氟化硫氣體的檢漏就至關重要。

六氟化硫氣體在斷路器中是重要的組成部分，六氟化硫氣體的物理特性和化學特性是在斷路器中其他氣體所無法比擬的，所以需要更多地去認識和了解六氟化硫氣體的性能和作用。它優良的氣體性能決定了它在斷路器中所起的作用。

參考文獻：

[1]電器設備用六氟化硫標準匯編[S].

[2]供用電工人技師培訓教材[S].