重慶大學(xué)-大學(xué)化學(xué)-討論-SF6在電氣設(shè)備中應(yīng)用和發(fā)展

SF6在電氣設(shè)備中的應(yīng)用和發(fā)展教材回溯斷路器為什么要用SF6?通過資料查閱,我們可以發(fā)現(xiàn)SF6主要應(yīng)用于斷路器中,但斷路器為什么要用SF6呢?我們就不得不提到電弧了解了電弧,我們就要了解它的解決方法電

弧電弧是一種氣體放電現(xiàn)象，電流通過某些絕緣介質(zhì)（例如空氣）所產(chǎn)生的瞬間火花。電弧是高溫高導(dǎo)電率的游離氣體，它不僅對(duì)觸頭有很大的破壞作用，而且使斷開電路的時(shí)間延長。當(dāng)用開關(guān)電器斷開電流時(shí),若電路電壓不低于10—20V，電流不小于80~100mA，電器的觸頭間便會(huì)產(chǎn)生電弧。在電力行業(yè)中，開關(guān)電器會(huì)產(chǎn)生電弧，因?yàn)槠錅囟雀哌_(dá)數(shù)千攝氏度，能燒壞觸頭，甚至導(dǎo)致觸頭熔焊。如果電弧不立即熄滅，就可能燒傷操作人員，燒毀設(shè)備，甚至釀成火災(zāi)。電弧的解決辦法開關(guān)分?jǐn)嚯娐窌r(shí)會(huì)出現(xiàn)電弧放電。因此要求高壓開關(guān)能夠迅速地在很小的封閉容器內(nèi)使電弧熄滅，為此，專門設(shè)計(jì)出各種各樣的滅弧室。滅弧室的基本類型有：①采用六氟化硫、真空和油等介質(zhì)；②采用氣吹、磁吹等方式快速從電弧中導(dǎo)出能量；③迅速拉長電弧等。SF6為何能夠滅弧?SF6鍵能很高,SF6分子結(jié)合能是22.4電子伏特,約是氮(N2)分子結(jié)合能的2.3倍.電氣設(shè)備的最高允許溫度一般不超過150℃,在此溫度下,SF6氣體的化學(xué)性質(zhì)是不活潑的,幾乎不和任何金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng),當(dāng)溫度升高到2000K~2500K的情況下,分子分解加快,在3000K時(shí),絕大部分SF6分子直接分解成S及F單單質(zhì)原子,當(dāng)溫度高達(dá)400OK時(shí),S原子開始電離成正離子“s+”.而自由電子為F原子捕捉成負(fù)離子“F-”,此時(shí)“F-”與“S+”相遇會(huì)再結(jié)合成“SF6”氣體,因此在4000K及以下的區(qū)段,自由電子密度極低,導(dǎo)電率極小,使SF6氣體有較好的絕緣特性。除此之外,SF6氣體還具有負(fù)電特性,即SF6氣體還具有負(fù)電特性,即當(dāng)周圍有電子存在時(shí),能為SF6氣體捕獲而成負(fù)離子,由于SF6是重氣體,在電場作用下流動(dòng)遲緩,不像電子那樣容易加速而使氣體在電場作用下?lián)舸?這就是SF6氣體擊穿電壓高于空氣的原因。SF6斷路器的缺點(diǎn)純凈的SF6氣體是良好的滅弧介質(zhì)，若用于頻繁操作的低壓電器中，由于頻繁操作的電弧作用，金屬蒸汽與SF6氣體分解物起反應(yīng)，結(jié)合而生成絕緣性很好的細(xì)粉末（氫氟酸鹽、硫基酸鹽等），沉積在觸頭表面，并嚴(yán)重腐蝕觸頭材料，從而接觸電阻急劇增加，使充有SF6氣體的密封觸頭不能可靠地工作。因此對(duì)于頻繁操作的低壓電器不適宜用SF6作滅弧介質(zhì)。因?yàn)镾F6氣體在放電時(shí)的高溫下會(huì)分解出有腐蝕性的氣體，對(duì)鋁合金有嚴(yán)重的腐蝕作用，對(duì)酚醛樹脂層壓材料、瓷絕緣也有損害。若把SF6和N2混合使用，當(dāng)SF6含量超過20%～30%時(shí)，其絕緣強(qiáng)度已和全充SF6時(shí)絕緣強(qiáng)度相同，而腐蝕性又大大減少，因此SF6?；旌螻2使用，在SF6斷路器中，SF6氣體的含水量必須嚴(yán)格規(guī)定不能超過標(biāo)準(zhǔn)。水會(huì)與電弧分解物中的SF產(chǎn)生氫氟酸（H2O+SF4→SOF2+2HF）而腐蝕材料。當(dāng)水分含量達(dá)到飽和時(shí)，還會(huì)在絕緣件表面凝露，使絕緣強(qiáng)度顯著降低，甚至引起沿面放電。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及上述論析都表明：SF6斷路器由于絕緣結(jié)構(gòu)體積較小，若SF6氣體的含水量較高，則將使絕緣水平大大下降，接觸電阻急劇增加，在運(yùn)行中易發(fā)生損壞或爆炸事故。因此，各制造廠及運(yùn)行部門都要求有嚴(yán)格的密封工藝，同時(shí)規(guī)定SF6氣體的含水量不得超過標(biāo)準(zhǔn)。中國的標(biāo)準(zhǔn)是SF6氣體的含水量應(yīng)小于300ppm（容積比）。SF6斷路器以SF6氣體為滅弧介質(zhì)。在正常情況下，SF6是一種不燃、無臭、無毒的惰性氣體，密度約有空氣的5倍。但SF6氣體在電弧作用下，小部分會(huì)被分解，生成一些有毒的低氟化物，如SOF2、SF4、SOF4和SO2F2等，對(duì)體健康有影響，對(duì)金屬部件也有腐蝕和劣化作用。因此，在SF6斷路器中，一般均裝有吸附裝置，吸附劑為活性氧化鋁、活性碳和分子篩等。吸附裝置可完全吸附SF4氣體在電弧的高溫下分解生成的毒質(zhì)。SF6分解產(chǎn)物或化合物大多是有毒或劇毒的。運(yùn)行多年后的SF6斷路器中SF6氣體及內(nèi)壁的固體粉末中更含有大量有毒物,特別是固體粉末,人體接觸后會(huì)通過毛孔滲入并危及人身安全,因此在斷路器解體后大修前要對(duì)這些毒性物質(zhì)進(jìn)行處理。對(duì)處理后的有毒廢水、廢液也要進(jìn)行進(jìn)一步的化學(xué)處理,直到達(dá)到環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)后才能排放。參考文獻(xiàn)王占永.六氟化硫斷路器的特性分析及日常維護(hù)[J].民營科技.2012(09)孫煦.六氟化硫（SF6）斷路器講座第一講SF6氣體的絕緣特性和滅弧特性[J].供用電.1997(04)張?jiān)骑w.六氟化硫（SF6）斷路器的應(yīng)用及六氟化硫環(huán)保問