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SF6氣體具有高電氣強度的原因是什么？
閱讀：1410發(fā)布時間：2024-4-6
一、SF6氣體的物理化學特性
SF6氣體是理想的絕緣介質和滅弧介質，被廣泛用于大容量高壓斷路器、高壓充氣電纜、高壓電容器、高壓充氣套管及全封閉組合電器中。
純凈的SF6氣體是一種無色、無味、無海、不燃的惰性氣體，化學性能非常穩(wěn)定，對金屬和絕緣材料無腐蝕作用。
SF6的分子量為146，密度很高，屬重氣體。如果SF6氣體從設備中泄漏出來，在通風不良的密團空間或溝道中會使工作人員因缺氧而室息，因此在檢修充有SF6氣體的電氣設備時，應注意采取防護措施。
SF6氣體的液化溫度較低，基本可以滿足工程應用條件。如SF6高壓斷路器的氣壓在0.7MPa左右，GIS(SF6絕緣的全封閉組合電器)中氣體的壓力一般不大于0.45Mpa。而SF6氣體20℃時的充氣壓力為0.75MPa，對應的液化溫度為-25℃；若20℃充氣壓力為0.45MPa，對應的液化溫度為-40℃，所以不存在液化問題。只有在高寒地區(qū)使用SF6時需采取加熱措施或采用SF6與N2的混合氣體以降低液化溫。
SF6的穩(wěn)定性很高。在500K溫度的持續(xù)作用下不會分解，也不會與其他材料發(fā)生化學反應。但其在電弧或局部放電的高溫作用下會離解為硫原子和氟原子，電弦消失后硫原子和氟原子可重新結合為SF6分子，但其中一小部分會和氧氣作用，生成低氟化物。在高溫下，會與電極金屬的蒸氣發(fā)生反應，生成金屬氟化物。
純凈的SF6氣體是無毒的，但其分解物是有毒的。當 SF6氣體中含有雜質時，某些雜質本身就是有毒的，此外其中一些雜質在水分和電弧的作用下也可能會分解出有毒的或有腐蝕性的物質。因此在試驗、檢修充有SF6氣體的電氣設備時應十分重視這些問題，要嚴格控制SF6氣體中的雜質氣體。
當氣體中含有水分時，低氟化物會發(fā)生水解作用生成腐蝕性很強的氫氟酸，此外低溫時水分會在固體介質表面凝露使沿面閃絡電壓明顯降低。由此可見，水分的危害性很大，應嚴格控制SF6氣體中所含的水分。如測定新氣的含水量、避免在高濕度氣候條件下進行裝配工作、部件在安裝前應經(jīng)過干燥處理、設備應保證良好的密封。對氣體絕緣設備在設備安裝及運行中應對含水量進行監(jiān)測和控制。
由于SF6氣體中的雜質和水分對其性能有很大的影響，通常采用在充SF6氣體的電氣設備中放置吸附劑的方法來吸附SFa的分解物和吸收水分。
二、SF6氣體的電氣特性
SF6是含鹵族元素的氣體，由于鹵族元素電負性很強，氣體分子容易與自由電子結合形成負離子；此外SF6氣體的分子量和分了直徑都較大，使得電子在SF6氣體中的平均白由行程縮短，不易積聚能，從而削弱了氣體中的碰撞游離過程。所以SF6是一種高電氣強度氣體介質，在均勻電場中SF6的電氣強度為同氣體壓力下空氣的2.5倍。
與均勻電場中的擊穿中壓相比，SF6在極不均勻電場中擊穿電壓下降的程度比空氣大得多，此外在局部放電的高溫作用下SF6易分解。所以SF6氣體絕緣只適用于均勻和稍不均勻電場。在稍不均勻電場作用下擊穿電壓有極性效應：負極性擊穿電壓比正極性擊穿電壓低，所以SF6氣體絕緣結構的絕緣水平由負極性電壓決定。
在極不均勻電場中，SF6氣體間隙的擊穿電壓與氣壓的關系在一定的氣壓區(qū)域內存在異常現(xiàn)象：①工頻擊穿電壓隨電壓的變化曲線存在“駝峰"；② 駝峰區(qū)段內的雷電沖擊擊穿電壓明顯低于靜態(tài)擊穿電壓，沖擊系數(shù)約為0.6，如圖TYBZ01402011-1所示。因駝峰常出現(xiàn)在0.1~0.2MPa的氣壓下，即在工作氣壓范內，因此，在進行絕緣設計時，應盡量避免極不均勻電場的情況。
三、SF6氣體與其他氣體混合時的特性
SF6作為氣體絕緣材料的缺點是：價格較高、液化溫度不夠低、對電場的不均勻度太敏感。
SF6氣體本身具有很高的電氣強度，在其他氣體中加入少量SF6氣體時可以提高這些氣體的電氣強度。SF6混合氣體的這一特點在工程上得到應用。
由于SF6氣體在一定條件下能與氧氣、水分等發(fā)生反應，生成有害化合物，所以SF6氣體應與惰性氣體混合。在工程實際中，對需氣量較大情況常采用SF6與價廉的惰性氣體N2的混合氣體。實驗表明，在N2中加入少量的SF6就可以使其電氣強度大大提高，并可使成木大幅度降低。當SF6的含量僅為20%時，混合氣體的電氣強度可達純SF6氣體電氣強度的0.72。此外，SF6- N2混合氣體的絕緣能力對電場不均勻度的敏感性降低。
因為N2的液化溫度比SF6低，所以，SF6- N2混合氣體的液化溫度隨N2含量的增加而降低。
四、SF6氣體的微水標準
GB/T 8905—1996《六氯化硫電氣設備中氣體管理和檢測導則》中給出了SF6新氣的質量標準：水分含量按質量比不應大于8×10-6。在電氣設備充氣前必須確認六氟化硫氣體質量合格。
表TYB701402011-1是DL/T596-1996《電力設備預防性試驗規(guī)程》對設備中SF6氣體的含水量容許值的規(guī)定。
表TYB701402011-1 設備中SF6氣體的水分容許含量（20℃體積分數(shù)）
隔室 | 斷路器滅弧室氣室 | 其他氣室 |
大修后 | ≤150×10-6 | ≤250×10-6 |
運行中 | ≤300×10-6 | ≤500×10-6 |
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