《六氟化硫斷路器》

六氟化硫斷路器1編輯課件1.六氟化硫氣體的物理化學(xué)性質(zhì)〔1〕六氟化硫氣體的根本特性SF6是目前高壓電器中使用的最優(yōu)良的滅弧和絕緣介質(zhì)。它無色、無味、無毒，不會(huì)燃燒，化學(xué)性能穩(wěn)定，常溫下與其它材料不會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反響。2編輯課件SF6由鹵族元素中最活潑的氟原子與硫原子結(jié)合而成。分子結(jié)構(gòu)是個(gè)完全對(duì)稱的八面體，硫原子居中，六個(gè)角上是氟原子，氟與硫原子間以共價(jià)鍵聯(lián)結(jié)，SF6分子量為146，約是空氣分子量的5.1倍，因此同樣體積的SF6氣體比空氣重得多。迄今為止，工業(yè)上普遍采用的5Fe制造方法是將單質(zhì)硫和過量氣態(tài)氟直接化合。3編輯課件〔2〕六氟化硫氣體的狀態(tài)參數(shù)靜止氣體可以用三個(gè)參數(shù)來說明氣體所處的狀態(tài)，稱為三個(gè)狀態(tài)參數(shù)，即壓力P、密度γ和溫度T。理想氣體的狀態(tài)參數(shù)間存在著簡單的關(guān)系，即理想氣體的狀態(tài)方程P=γRTSF6氣體的分子質(zhì)量大，分子間的相互作用顯著。當(dāng)氣體壓力高于0.3MPa時(shí)，分子間的吸引力隨氣體密度的增大、分子間距離的減小而加強(qiáng)，氣體的壓力變化特性不再符合式理想氣體的狀態(tài)方程。要準(zhǔn)確地計(jì)算SF6氣體狀態(tài)參數(shù)間的關(guān)系，可采用比較實(shí)用的Beattie—Bridgman公式。4編輯課件SF6氣體的臨界溫度高。臨界溫度表示氣體可以被液化的最高溫度，臨界壓力那么表示在臨界溫度下使氣體液化所需的壓力。SF6氣體的臨界溫度高達(dá)45.6°C，說明常溫下只要SF6氣體壓力足夠高就會(huì)液化。SF6氣體能否液化決定于其飽和蒸汽壓力。當(dāng)氣體壓力高于其飽和蒸汽壓力時(shí)，氣體就液化。5編輯課件〔3〕六氟化硫氣體的化學(xué)特性6編輯課件〔4〕六氟化硫氣體及其分解物的毒性問題純潔的SF6氣體一般公認(rèn)是無毒的。SF6在生產(chǎn)過程中會(huì)有少量伴隨的生成物，其中S2F10是公認(rèn)的劇毒氣體，但經(jīng)過凈化處理可以完全將它除凈。純潔的SF6氣體雖然無毒，但在工作場所要防止SF6氣體的濃度上升到缺氧的水平。SF6氣體的密度大約是空氣的五倍、SF6氣體如有泄漏必將沉積于低洼處，如電纜溝中。濃度過大會(huì)出現(xiàn)使人窒息的危險(xiǎn)，設(shè)計(jì)戶內(nèi)通風(fēng)裝置時(shí)要考慮到這一情況。SF6氣體通過對(duì)流能與空氣混合，但速度很慢。氣體一旦混合后就形成SF6和空氣的混合氣體，不會(huì)再次別離。問題嚴(yán)重的是，電弧作用下SF6的分解物如SF4，S2F2，SF2，SOF2，SO2F2，SOF4和HF等，它們都有強(qiáng)烈的腐蝕性和毒性。7編輯課件1)SF4(四氟化硫)常溫下SF4為無色的氣體，有類似SO2的刺鼻氣味，在空氣中能與水分生成煙霧，產(chǎn)生SOF2和HF。SF4氣體可用堿液或活性氧化鋁(A12O3)吸收。SF4氣體對(duì)肺有侵害作用，影響呼吸系統(tǒng)，其毒性與光氣相當(dāng)。2)S2F2(氟化硫)常溫下為無色氣體，有毒，有刺鼻氣味，遇水分能完全水解形成S，SO2和HF。S2F2對(duì)呼吸系統(tǒng)有類似光氣的破壞作用。3)SF2(二氟化硫)SF2的化學(xué)性能極不穩(wěn)定，受熱后性能更加活潑，易水解成S，SO2和HF。SF2氣體可用堿液或活性氧化鋁吸收。4)SOF2(氟化亞硫酰)SOF2為無色氣體，有臭雞蛋味，化學(xué)性能穩(wěn)定。它與水分反響緩促，并能快速地為活性氧化鋁或活性炭吸附。SOF2為劇毒氣體．可造成嚴(yán)重的肺水腫，使動(dòng)物窒息死亡。8編輯課件5)SO2F2(二氟化硫酰)SO2F2為無色無臭氣體，化學(xué)性能極為穩(wěn)定，加熱到150°C時(shí)也不會(huì)與水和金屬反響。SO2F2不易被活性氧化鋁吸收，但可被KOH和NH4OH緩慢吸收。SO2F2是一種能導(dǎo)致痙孿的有毒氣體。它的危險(xiǎn)性在于無刺鼻性嗅味且不會(huì)對(duì)服鼻粘膜造成刺激作用，故發(fā)現(xiàn)中毒后往往會(huì)迅速死亡。6)SOF4(四氟亞硫酰)SOF4為無色氣體，有刺鼻性氣味，能被堿液吸收，與水反響會(huì)生成SO2F2。SOF4是有害氣體，對(duì)肺部有侵害作用。7)HF(氫氟酸)HF是酸中腐蝕性最強(qiáng)的物質(zhì)。對(duì)皮膚、粘膜有強(qiáng)烈刺激作用，并可引起肺水腫和肺炎等。9編輯課件檢修SF6電器設(shè)備不可防止會(huì)接觸到SF6分解物。另外，SF6電器設(shè)備損壞時(shí)，例SF6絕緣的封閉組合電器由于內(nèi)部電弧故障使壓力釋放裝置動(dòng)作或者外殼燒穿時(shí)．會(huì)有大量SF6氣體及其分解物向外排放到大氣中。為了保證檢修人員的平安以及減少對(duì)周圍環(huán)境造成的影響，應(yīng)該采取一些必要的預(yù)防措施。預(yù)防措施有：1)所有安裝有SF6電器設(shè)備的場所內(nèi)應(yīng)該裝置有適宜的自然通風(fēng)或強(qiáng)制通風(fēng)裝置。這些通風(fēng)裝置應(yīng)能保證在最壞的條件下，例如有大量的SF6氣體及其分解物向外排出時(shí)．足以使有毒的分解物稀釋到可以容許的程度。在安裝場所的入口處，工作人員應(yīng)能方便地啟動(dòng)通風(fēng)裝置。另外，也可利用SF6的檢測裝置對(duì)局部通風(fēng)裝置實(shí)行自動(dòng)啟動(dòng)。還要防止SF6氣體及其分解物進(jìn)入其它沒有通風(fēng)裝置的房間中。

10編輯課件2)除對(duì)檢修人員進(jìn)行平安知識(shí)的培訓(xùn)外，還應(yīng)給檢修人員配備適宜的保護(hù)衣服和輕襪手套，化學(xué)型的工業(yè)防護(hù)照鏡，防毒面具，有活性過濾器的呼吸保護(hù)裝置等。為平安起見，檢修現(xiàn)場還應(yīng)配備有氧氣呼吸裝置的急救設(shè)備。3)利用真空吸塵器盡快消除SF6電器設(shè)備內(nèi)部存在的分解物。清理后，對(duì)殘留的分解物可用干烘、不起毛的抹布來去除。清掃過程中已被玷污的清掃材料及固態(tài)分解物都應(yīng)放在雙層的塑料袋中。未經(jīng)處理不得任意拋棄，以免造成對(duì)環(huán)境的污染。SF6電器設(shè)備的應(yīng)用己50余年，在這段時(shí)間內(nèi)已經(jīng)積累了大量SF6氣體方面的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。只要嚴(yán)格按照國家或制造廠的有關(guān)規(guī)程進(jìn)行工作，就能確保SF6電器設(shè)備平安可靠以及有關(guān)人員的人身平安。11編輯課件〔5〕六氟化硫電器設(shè)備中的水分控制SF6氣體中的水分必須控制在一定限度內(nèi)，否那么將給SF6電器設(shè)備的平安運(yùn)行帶來問題。水分造成的危害有兩個(gè)方面：1)水分引起的化學(xué)反響常溫下SF6氣體是非常穩(wěn)定的，但水分較多時(shí)，200°C以上就有可能產(chǎn)生水解HF是氫氟酸，有很強(qiáng)的腐蝕性，又是對(duì)生物肌體有強(qiáng)烈腐蝕性的劇毒物。SO2遇水后生成亞硫酸H2SO3也有腐蝕性。水分的危害更主要的是在電弧高溫作用下SF6氣體分解過程中水分所起的化學(xué)反響。化學(xué)反響中最后的生成物也都是隨水分含量的增大而增加。為了限制有毒物質(zhì)的生成量，必須限制SF6氣體中的水分含量12編輯課件2)水分對(duì)絕緣性能的影響絕緣件外表出現(xiàn)凝露會(huì)對(duì)絕線性能帶來不利影響。通常氣體中混雜的水分以水蒸氣形式存在。在溫度驟降時(shí)，可能冷凝成露水附在絕緣件外表，出現(xiàn)沿面放電事故。確定某一SF6電器設(shè)備允許的水分含量時(shí)，還應(yīng)考慮該電器設(shè)備工作時(shí)是否會(huì)出現(xiàn)高溫的大功率電弧。對(duì)于斷路器來說，開斷電路時(shí)電流大，電弧溫度高、能量大，SF6氣體的分解物多，因此水分含量就得低一些，對(duì)于GIS中其它的電器設(shè)備如隔離開關(guān)、互感器等所在的隔室，工作時(shí)根本上不會(huì)產(chǎn)生電弧分解物，水分含量就可以高一些。國家標(biāo)準(zhǔn)GB7674—87?六氟化硫封閉式組合電器?中有關(guān)水分含量的規(guī)定。13編輯課件SF6電器設(shè)備對(duì)水分含量的要求是非常嚴(yán)格的，在生產(chǎn)、安裝、調(diào)試各個(gè)環(huán)節(jié)中都應(yīng)對(duì)水分嚴(yán)加控制。SF6電器設(shè)備中水分的主要來源及控制的方法有：1)即使純潔的SF6新氣體中仍含有—定的水分。2)SF6電器設(shè)備的零部件在制造廠裝配前一定要枯燥處理。3)在設(shè)備安裝完畢抽真空前，應(yīng)放入新的吸附劑。4)改進(jìn)SF6電器設(shè)備的密封結(jié)構(gòu)，提高密封面的加工精度與裝配質(zhì)量，選用優(yōu)質(zhì)的密封墊圈，這樣可以減小外界水蒸氣的進(jìn)入。5)SF6電器設(shè)備內(nèi)安放吸附劑可以有效地減少內(nèi)部的水分含量。14編輯課件〔6〕吸附劑的應(yīng)用SF6氣體在電弧作用下分解產(chǎn)生的各種有毒物質(zhì)以及電器設(shè)備內(nèi)部殘留的水分，都得通過吸附劑來吸收。實(shí)踐證明只要吸附劑品種選擇正確，數(shù)量得當(dāng)，水分及有毒物質(zhì)的數(shù)量都能控制在允許的范圍內(nèi)。1〕吸附劑吸附電弧分解物的性能用于SF6斷路器中的吸附劑主要用來吸附有毒的電弧分解物。常用的有活性炭、活性氧化鋁和分子篩，但吸附效果不是太理想。近年來我國在吸附劑方面的研究取得了不少成果。2〕吸附劑的吸水性能對(duì)于不產(chǎn)生電弧分解物的電器設(shè)備，如SF6氣體絕緣變壓器、充氣式開關(guān)柜以及GIS中除斷路器以外的其它隔室，吸附劑主要用來吸附水分以保證SF6氣體的含水量不致超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。15編輯課件〔7〕吸附劑的安裝方式1)靜吸附式依靠氣體自身的擴(kuò)散、對(duì)流產(chǎn)生的吸附稱為靜吸附。一般SF6電器設(shè)備中都采用這種吸附方式。吸附劑應(yīng)放置在設(shè)備檢修時(shí)能方便取出的位置。2)動(dòng)吸附式將裝有吸附劑的過濾裝置放在氣體必然經(jīng)過的通道中，氣體通過過濾裝置產(chǎn)生吸附作用。顯然動(dòng)吸附式的效果好，常用于SF6氣體的充放氣裝置中。16編輯課件〔8〕六氟化硫氣體的導(dǎo)熱率SF6導(dǎo)熱性能不如空氣，其熱導(dǎo)率避空氣低，在常溫下比空氣低30％。但由于其粘度較低和密度較高，且分子量大，熱容量就大，再考慮到對(duì)流效應(yīng)，總的熱傳輸特性比空氣要好2—5倍?！?〕六氟化硫氣體的電負(fù)性氣體原子或分子能夠吸附自由電子而形成負(fù)離子的性能稱為電負(fù)性。SF6具有強(qiáng)電負(fù)性。17編輯課件密度繼電器18編輯課件2.六氟化硫氣體的滅弧性能與滅弧原理〔1〕SF6氣體的分解溫度〔2000K〕比空氣〔主要是氮?dú)猓纸鉁囟燃s7000K〕低，而需要的分解能〔22.4eV〕比空氣〔9.7eV〕高，因此在分解時(shí)吸收的能量多，對(duì)弧柱的冷卻作用強(qiáng)。由于氣體分子的分解，在相應(yīng)的分解溫度上就出現(xiàn)氣體導(dǎo)熱率的頂峰。19編輯課件20編輯課件21編輯課件六氟化硫中弧柱各參數(shù)徑向分布圖22編輯課件〔2〕SF6在高溫時(shí)分解出S原子、F原子和正負(fù)離子，與其他滅弧介質(zhì)相比，有較大的游離度。在維持相同游離度時(shí)，弧柱溫度就較低。因此，SF6氣體中電弧電壓也較低，燃弧時(shí)的電弧能量較小，對(duì)滅弧有利。23編輯課件〔3〕由于SF6的強(qiáng)電負(fù)性，能吸附電子和正離子復(fù)合，故復(fù)合作用快，去游離作用強(qiáng)。尤其在電流過零前后，可使弧隙中帶電粒子減少，導(dǎo)電率下降。SF6氣體電弧的時(shí)間常數(shù)也很小，為微秒級(jí)或更小，在電弧電流過零后，弧柱溫度將急劇下降，分解物急劇復(fù)合。因此SF6弧隙的介質(zhì)強(qiáng)度及其恢復(fù)速度都很高，能耐受很高的恢復(fù)電壓作用，電弧在電流過零后不易重燃。24編輯課件25編輯課件六氟化硫氣體的滅弧原理六氟化硫氣體中電弧的熄滅原理與空氣電弧和油中電弧是不同的，它并不僅依靠氣流等的壓力梯度所形成的等熵冷卻作用，而主要是利用六氟化硫氣體的特異的熱化學(xué)性質(zhì)和強(qiáng)電負(fù)性，使得六氟化硫氣體具有很強(qiáng)的滅弧能力。。對(duì)于滅弧來說，供給大量新鮮的六氟化硫中性分子并使之與電弧接觸是有效地方法。26編輯課件3.六氟化硫滅弧裝置六氟化硫斷路器的優(yōu)點(diǎn)：可以提高單斷口的額定電壓和開斷電流切小電感電流時(shí)較少發(fā)生截流現(xiàn)象；切空載架空線時(shí)不會(huì)發(fā)生屢次重?fù)舸?；能承受快速上升的瞬態(tài)恢復(fù)電壓，尤適于開斷近區(qū)故障滿容量開斷次數(shù)多，檢修周期長可集合成GIS27編輯課件按所利用能源的不同，將SF6滅弧裝置分為三類：外能式滅弧裝置：利用運(yùn)行貯存的高壓力SF6氣體或開斷過程中依靠操作力產(chǎn)生SF6的壓力差，在開斷時(shí)將SF6氣體吹向電弧而使之熄滅。自能式滅弧裝置：利用電弧本身的能量使SF6氣體受熱膨脹而產(chǎn)生壓力差，在開斷時(shí)將SF6氣體吹向電弧而使之熄滅?；蛘呃瞄_斷電流本身依靠線圈形成垂直于電弧的磁場，使電弧在SF6氣體中旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而使之熄滅?；旌鲜綔缁⊙b置：既利用電弧〔或開斷電流〕自身的能量，也利用局部外界能量的綜合式滅弧裝置按開斷過程中，滅弧裝置工作特點(diǎn)的不同，將SF6滅弧裝置分為：氣吹式，熱膨脹式，磁吹旋轉(zhuǎn)電弧式，混合式28編輯課件一、氣吹式SF6斷路器滅弧裝置29編輯課件〔1〕雙壓力式SF6斷路器最早的SF6斷路器是根據(jù)壓縮空氣斷路器的氣吹滅弧原理設(shè)計(jì)的。通常設(shè)計(jì)采用全密封結(jié)構(gòu)，0.3MPa〔表壓力〕的低壓氣體作為斷路器內(nèi)部的絕緣介質(zhì)，1.5MPa〔表壓力〕的高壓氣體用作滅弧。由于這種斷路器內(nèi)部有兩種不同的壓力，故稱為雙壓力式SF6斷路器，又稱為第一代SF6斷路器。在60年代，它被譽(yù)為開斷電流最大、工作性能最好的斷路器，大有取代當(dāng)時(shí)壓縮空氣斷路器的趨勢(shì)。30編輯課件31編輯課件〔2〕單壓力式SF6斷路器雙壓力式SF6斷路器工作性能雖然良好．但必須配置一臺(tái)在密封循環(huán)中工作的氣體壓縮機(jī)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格昂貴。另外，1.5MPa〔表壓力〕高壓SF6氣體的液化溫度高，工作溫度必須保持在8°C以上，低溫環(huán)境下需要加熱才能工作，這也是一個(gè)致命的弱點(diǎn)。因此很快被第二代SF6斷路器，即單壓力〔壓氣〕式SF6斷路器所取代。單壓力〔壓氣〕式SF6斷路器，外形上與雙壓式無多大差異。斷路器內(nèi)部只有一種壓力，一般為0.6MPa(表壓力)，它是依靠壓氣作用實(shí)現(xiàn)氣吹來滅弧的。32編輯課件33編輯課件壓氣式滅弧室的開斷過程分為兩個(gè)階段：〔1〕預(yù)壓縮階段為使觸頭別離產(chǎn)生電弧時(shí)就能實(shí)行有效的氣吹，壓氣滅弧室應(yīng)先進(jìn)行一段預(yù)壓縮過程，使壓氣室中的氣體壓力提高后再翻開噴口產(chǎn)生吹弧作用。壓氣滅弧室要求有較大的預(yù)壓縮行程(超行程)，到達(dá)全行程的40％。壓氣式SF6斷路器的分閘時(shí)間比其它斷路器要長些?！?〕氣吹階段要保證電弧可靠熄滅，在氣吹階段中，要壓氣室中的氣體壓力仍保持較高的比值。這就要求壓氣室體積的壓縮率足夠高，足以補(bǔ)償噴口流出氣體引起的壓力下降。34編輯課件35編輯課件二、自能式SF6斷路器自能式SF6斷路器是在壓氣式根底上開展起來的，又稱第三代SF6斷路器。用電弧能量建立滅弧所需要的壓力差。自能式SF6斷路器的開斷能力與電弧能量有關(guān)。可采用彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)36編輯課件37編輯課件38編輯課件〔3〕旋弧式SF6斷路器旋弧式SF6斷路器利用SF6氣體中電弧在磁場作用下快速轉(zhuǎn)動(dòng)而使電弧熄滅。39編輯課件40編輯課件3.SF6斷路器的結(jié)構(gòu)瓷柱式開斷元件放在絕緣支柱上，使處于高電位的觸頭、導(dǎo)電局部及滅弧室與地電位絕緣，絕緣支柱那么安裝在接地的基座上。稱為外殼帶電斷路器，也稱之為絕緣支柱式斷路器。罐式開斷元件放在接地的箱殼中，其間的絕緣依靠氣體來承擔(dān)，導(dǎo)電局部經(jīng)套管引入，結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，常在額定電壓高的高壓和超高壓斷路器中使用，抗地震性能好，稱為外殼接地?cái)嗦菲?又稱落地罐式)41編輯課件變熄弧距滅弧方式：

觸頭開距在整個(gè)分閘過程中是不斷改變的。優(yōu)點(diǎn)是開距大，斷口電壓可以做得較高，熄弧后介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)速度較快，噴口形狀不受限制，可以設(shè)計(jì)得比較合理，有利于改善吹弧效果。42編輯課件定熄弧距滅弧方式：兩個(gè)靜觸頭式中保持固定的開距，氣流向靜觸頭噴口處對(duì)電弧進(jìn)行雙向?qū)ΨQ縱吹。優(yōu)點(diǎn)是觸頭開距小，行程短，電弧能量小，熄弧能力強(qiáng)，燃弧時(shí)間短。43編輯課件4.六氟化硫氣體與溫室效應(yīng)1997年防止全球變暖的京都議定書中，將包括SF6氣體的6種氣體列為溫室效應(yīng)氣體，它們對(duì)溫室效應(yīng)的影響依次為C02，CH4，N2O，PFC，HFC，SF