四、六氟化硫（SF6）断路器

四、六氟化硫（SF6）断路器
四、六氟化硫（SF6）断路器
一、简答题
1．六氟化硫断路器的特点有哪些？
六氟化硫断路器是采用惰性气体六氟化硫（SF6）作为灭弧和绝缘介质的一种断路器。

SF6是由化学元素硫（S）的氟（F）合成的一种化学气体。

它的分子量比空气重5倍，是无色、无味、无毒、不燃的气体。

SF6气体分子具有很强的负电性，其正离子可以吸附电子形成中性质点，其正负离子运动速度较慢，复合能力较强。

因此在SF6气体中就不含有自由电子，使得其绝缘性能非常良好。

在2－3个表压下可以达到变压器油的绝缘强度。

由于FS6具有良好的高温导热性和强大的捕捉电子能力，在电弧熄灭后能迅速恢复绝缘。

所以SF6的灭弧能力要比空气大100倍。

鉴于FS6具有上述优越性能，故常以其作为制造高压断路器和其它组合电器的介质。

2．FS6断路器有哪些优点？
FS6断路器优点是
1）开断容量大其额定开断电流可达40~63 kA，最大可达80kA。

2）开断性能优异它不仅开断短路性能好，而且具有开断空载长线路和空载变压器不重燃、过电压低等优点。

3）灭弧室断口的耐压高 FS6断路器的单断口耐压和开断电流参数，比油或空气断路器要高，目前已达到单断口耐压245 kV、50kA的水平。

这样就为减少超高压断路器的断口数目、简化结构以及缩小占地面积提供了优越的条件。

4）电气寿命长，检修周期长目前SF6断路器、一般都能达到额定开断电流10－25次，检修周期可达10－20年。

5）噪声低、适于频繁操作。

6）没有火灾危险。

3．FS6断路器有哪些缺点？
FS6断路器的缺点是：
它的电气性能受电场均匀程度及水分等杂质的影响特别大，需要一套FS6气体系统，所以对其密封结构、元件结构和FS6气体的质量要求特别高，并需采取专门措施以防低氟化合物对人体及材料的危害和影响。

总之，SF6具有优越的性能，故近年来发展很快，电压等级在不断提高。

特别是FS6全封闭组合电器的发展令人瞩目。

4．六氟化硫气体有毒吗？在使用时应注意什么？
纯净的六氟化硫气体是无毒的惰性气体。

但是六氟化硫气体的重量是空气的5倍。

在高压配电室或电缆沟内，一旦六氟化硫断路器内部有大量的气体溢出时，FS6气体就会不
断地从最低处向高处堆积，而将空气赶走。

当人员进入室内或电缆沟内时，因只有SF6气体吸入人体，从而造成缺氧或窒息。

鉴于上述原因，要求安装有六氟化硫断路器的高压配电室，应有良好的自然通风，并应设置换气装置以定期的换气。

进入有FS6气体溢出的室内时，应先开启门窗、起动通风设施，待SF6气体稀薄后再进入。

长期工作环境下的SF6气体允许浓度，按照美国卫生标准的建议为0．1％。

5．简述六氟化硫断路器的结构。

六氟化硫断路器主要由断路器本体、机械传动部分和导电回路三部分组成。

（1）断路器本体
六氟化硫断路器三极安装在一个底箱上，内部贯通。

并在箱内有一个传动轴，由三个主拐臂、三个绝缘拉杆来操动导电杆。

每极由上下每个绝缘筒构成断口和极对地的外绝缘，其内绝缘则靠六氟化硫气体来完成。

在箱体上有两个自封阀，其中一个作充放气用，另一个可供安装电接点真空压力表用。

（2）机械传动部分
有大轴、拐臂、推杆、主拐臂、分闸弹簧、分闸缓冲、合闸缓冲以及合闸弹簧等。

（3）导电回路
由上接线座、触指、动触头和下接线座等组成。

6．试述六氟化硫断路器的分、合闸操作过程。

六氟化硫断路器的分、合闸操作过程如下：
（1）分闸时在断路器操动机构的作用下，已被预先拉长的分闸弹簧放能，使得主轴作顺时针方向转动，通过主拐臂使得导电杆向下运动，直到拐臂上的滚子撞上分闸缓冲器为止，使断路器完成分闸动作；
（2）合闸时在断路器操动机构的作用下，推杆使得主轴按逆时针方向转动，同时通过主拐臂带动导电杆向上运动，直到滚子撞上合闸缓冲器为止，完成合闸操作。

7．简述六氟化硫断路器的灭弧原理。

六氟化硫是一种无色、无味、无毒、不易燃烧的惰性气体。

它作为一种良好的灭弧介质，可以适用于各种电压等级的断路器。

当六氟化硫气体置于2000K的电弧温度下，可以分解出多种活性离子，并具有电弧熄灭后能迅速复合、几乎不留任何残留物的性能。

其绝缘水平不会受到任何影响，电弧也不会重燃。

由于六氟化硫断路器具有良好的密封结构，密封在断路器内的气体一般不会溢出。

六氟化硫断路器的灭弧室有三种类型，即双压式、单压式（即压气式）和旋弧式。

早期的六氟化硫断路器沿用了压缩空气断路器的工作原理，其灭弧室为双压式灭弧室。

现代的六氟化硫断路器结构已经简化，而采用单压式。

单压式灭弧室中只充有低压六氟化硫气体（约5－7个表压），分闸时靠动触头带动压气活塞，产生瞬时压缩气体吹弧，所以又称为压气式断路器。

单压式六氟化硫断路器一般带有压气活塞，所以要求的操动功率较大，常需采用气动或液压操动机构。

6~35 kV的所谓中压断路器也采用单压式原理。

由于所需操动功率较大，所以逐步向旋转磁场吹弧和气自吹灭弧原理发展。

如上海华通开关厂自瑞士ABB引进的HB系列六氟化硫断路器，就是依据上述原理设计的。

其具体的灭弧原理如图20所示。

断路器分闸时，动触头与静触头分离后，电弧在动触头与有弧的
静触头间燃烧，并因电流通过磁吹线圈产生纵向磁场，使电弧在磁场作用下高速旋转。

电弧旋转燃烧产生的大量热能使上部小室的气体压力骤增，当动触头移动到某一位置时，动触管的下部开放，气流由喷口向下部的低压室内排放，在喷口附近气流将电弧吹灭。

当断路器分断小电流时，由于在HB系列断路器内装有辅助活塞，因而可利用机械能产生的压气熄灭电弧。

9．试述六氟化硫热膨胀式断路器灭弧原理。

热膨胀式利用电弧本身的能量，加热灭弧室内SF6气体，建立高压力，形成压差，从而达到吹灭电弧的目的。

这种断路器的膨胀吹弧分三步：
①被电弧加热的气体通过进气孔而进入压力室；
②热气与室内原有的冷气混合，形成高压力低温混合物；
③当电流过零时，混合气体通过进气孔而返回至断口，它与周围气体混合去电离并熄灭电弧。

开断小电流时，由于电弧能量过小，不足以产生灭弧所需压力。

为此，在压力室下面设置了一个辅助气缸。

当动触头系统相对于固定活塞移动时，在辅助气缸内建立起压力。

辅助气缸的阀门动作，受压力室和辅助室内的压力所控制。

当小电流过零时，压力室内的压力低于辅助室内的压力，上阀开启，形成熄灭小电流电弧的助吹，从而增强了开断小电流的能力。

10．LN2-10型六氟化硫断路器是如何灭弧的？
LN2－10型六氟化硫断路器的内绝缘采用的是六氟化硫气体。

其灭弧原理采用了旋弧纵吹式和压气式相配合的高效灭弧方式。

当电弧从弧触指转移到环形电极上时，电弧电流通过环形电极流过线圈产生磁场，磁场和电弧电流相互作用使电弧旋转，同时加热气体，并使得其压力升高，从而在喷口形成高速气流，将电弧冷却。

当介质绝缘恢复到一定程度时，电弧在电流过零瞬时熄灭。

二、填空题
1．六氟化硫气体是一种无色、无味、无嗅、不可燃且不助燃的（堕性）气体。

2．六氟化硫气体总的导热能力比空气（好）。

3．六氟化硫气体（不易）导电、（不易）电离且热稳定性高。

4．六氟化硫分子的结构呈正（八）面体，属于完全对称形。

5．六氟化硫分子的硫原子和六个氟原子间以及强的（共价）键相连，化学性能稳定，不易
导电，不易电离。

6．六氟化硫分子具有极强的（负）电性。

7．六氟化硫分子体积（大），容易捕获电子并吸收其能量，生成低活动性的稳定负离子，在电场力的作用下，其自由程（短），运动速度（慢），复合过程（强烈）。

8．六氟化硫在一个大气压下其绝缘性能超过空气的两倍，在三个大气压下其绝缘性能与（变压器油）相当。

9．六氟化硫气体介电强度恢复极（快）。

10．六氟化硫气体在（电弧的高温）作用下能产生有毒的氟化物。

11．在六氟化硫断路器中应避免使用（硅）材料。

利用（吸附剂）可吸收和分解有害化合物，将其减少到可以接受的水平。

12．SF6的电晕起始电压与击穿电压相（近），电晕放电容易发展成全间隙击穿。

13．SF6断路器结构上应尽量避免（棱角），采用（同轴圆柱体）结构。

14．实验证明，破坏臭氧层的主要是（氯）和（溴）原子，而六氟化硫分子中没有这两种元素，因此人们不必担心六氟化硫气体对臭氧层的破坏。

15．六氟化硫气体单个分子对温室效应的影响约为二氧化碳气体分子的（2500）倍，它对温室效应存在着潜在的危险。

16．世界上每年排放的CO2气体量为（200亿）吨，而SF6的排放量约为（5000）吨，又由于SF6气体大部分可再生使用，属于自循环气体，所以SF6气体对温室效应的影响可忽略不计。

17．HPL145/20C1型SF6气体断路器是一种（定开距）、（单压力）、（双向纵吹）瓷瓶支柱式高压开关。

18．HPL145/20C1型SF6气体断路器有（机构箱），（支持瓷套），（开断元件）三部分组成。

三、判断题
1．HPL型断路器的机构箱由轻型铝合金铸成，在三相断路器中，A相机构箱下部装有缓冲装置，C相机构下部装有分闸弹簧装置。

（ +）2．HPL型断路器的机构箱由轻型铝合金铸成，在三相断路器中，A相机构箱下部装有分闸弹簧装置，C相机构下部装有缓冲装置。

（）3．六氟化硫气体是一种无色、无味、无嗅、不可燃且不助燃的堕性气体。

（+）4．六氟化硫气体是一种无色、无味、无嗅、可燃气体。

（）5．HPL145/20C1型断路器额定电压为145kV。

（+）6．HPL145/20C1型断路器额定电压为20kV。

（）7．HPL145/20C1型断路器额定电流为2kA。

（+）8．HPL145/20C1型断路器额定电流为20kA。

（）9．六氟化硫热膨胀式断路器，属自能吹弧式原理。

（ +）
10．六氟化硫热膨胀式断路器，属外能吹弧式原理。

（）11．六氟化硫气体单个分子对温室效应的影响约为二氧化碳气体分子的2500倍，它对温室效应存在着潜在的危险。

（ +）
12．六氟化硫气体单个分子对温室效应的影响约为二氧化碳气体分子的25倍，它对温室效应存在着一定的危险。

（）
13．世界上每年排放的CO2气体量为200亿吨，而SF6的排放量约为5000吨，又由于SF6气体大部分可再生使用，所以SF6气体对温室效应的影响可忽略不计。

（ +）14．世界上每年排放的CO2气体量为2亿吨，而SF6的排放量约为5000万吨，又由于SF6气体大部分不可再生使用，所以SF6气体对温室效应的影响不可忽略不计。

（）
四、选择题
1．关于SF6气体的叙述正确的是
A、SF6是一种无色、无味、无嗅、不可燃且不助燃的堕性气体 *
B、SF6是一种有色、有味、无嗅、不可燃且不助燃的堕性气体。

C、SF6是一种无色、有味、无嗅、可燃的气体。

D、SF6是一种无色、无味、无嗅、但可助燃的气体。

2．关于SF6气体的叙述错误的是
A、六氟化硫气体的导热能力比空气好
B、六氟化硫气体的热导率（导热系数），在常温下比空气低
C、SF6气体的热导率（导热系数），在常温下比空气低，但其分子量大，热容量大*
D、SF6气体的热导率（导热系数），在常温下比空气高，且分子量大，热容量大
3．关于SF6气体的叙述正确的是
A、六氟化硫气体易导电、易电离
B、六氟化硫气体易导电、但不易电离、热稳定性高
C、六氟化硫气体不易导电、不易电离且热稳定性高 *
D、六氟化硫气体化学性能活泼，易溶于水和变压器油中
4．关于SF6气体的叙述错误的是
A、六氟化硫分子具有极强的负电性、
B、六氟化硫分子体积大，容易捕获电子并吸收其能量，生成低活动性的稳定负离子
C、六氟化硫气体介电强度恢复极快
D、六氟化硫气体即使在电弧的高温作用下也不能产生有毒的氟化物 *
5．HPL145/20C1型断路器的机构箱由轻型铝合金铸成，在三相断路器中
A、A相机构箱下部装有缓冲装置，C相机构箱下部装有分闸弹簧装置。

*
B、A相机构箱下部装有分闸弹簧装置，C相机构箱下部装有缓冲装置。

C、A相机构箱下部装有缓冲装置，B和C相机构箱下部装有分闸弹簧装置。

D、A相机构箱下部装有分闸弹簧装置，B和C相机构箱下部装有缓冲装置。

6．HPL145/20C1型断路
A、额定电压145kV、额定开断电流250A、额定关合电流（峰值）
62.5kA
B、额定电压145kV、额定开断电流2500A、额定关合电流（峰值）62.5kA *
C、额定电压145kV、额定开断电流2000A、额定关合电流（峰值）62.5kA
D、额定电压145kV、额定开断电流20kA、额定关合电流（峰值）
62.5kA。