S F 6 与S F 6 气体绝缘变压器
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可 逆
SFo ( 解)s 4 F 2l 一 热 F +s 6
13 SF气体 的放 电机理和绝 缘特性 . .
s F是非极性 的 ,即偶极矩 为零 ,因此 ,其 介电常 数不受 外施 电压频率 的影响 .在 2 ℃,气体压力为01 5 . MP 时 ,s a F 气体的相对介 电常数为 1 0 4 ;当气体 . 20 9 0 压 力升 高N22MP 时 ,介 电常数约增J 3 %;当气体 . a j 7 n 压 力为01MP 时 ,s 质损耗校正值为2×1 ;当 . a F介 0 气体压力为01 a ,则增加至4×1 —0 . MPN 07 在均匀 电场 中,s 气体的绝缘强度约为空气 的25 . 倍 .当气体压力为0 a ,S . MP 时 2 F气体的绝缘强度与绝 缘油相 当.S F气体之所以具有 较高的绝缘强 度 ,是 由 于其分 子结构所决定的 .在 s F分子 中氟原子浓 密的 围 绕其分子表面 ,使s F呈现 出强烈的电负性 .s 电子 F的
使用高压GI的序幕. T
S6 F气体发现于 10年 ,它是一种人工合成的气体 , 90 由于其具有优 良的绝缘性 能 ,4 年 代开始用于 电力设 0 备,6年代后制成大容量的S6 O F断路器,7年代以后又出 0 现 了用s F绝缘 的全封闭组合电器 .本文介绍了s F气体 的物理特性 ,化学4 . 寺眭,S 6 F气体的放电机理,绝缘挣 眭 以及s F混合气体的绝缘特性 ,并结合这些分析s F气体 绝缘变压器的结构和保护措施.
SOF2+ H2 ~ SO2 2HF 0 +
与 自由电子 相 比,负离子 重量大 ,平均 自由行程
2 1 年 第2 ■.棚量 00 期- _ 【
I 33
匐特ap i S报o plr eRt 别道s ce
短 ,在 两次碰撞之 间的 自由行程 中获得的动能 小 ,漂 移速度 小 ;另一方面 ,它和分子发生 弹性碰撞 时又容 易将积 累起 的动能损失掉 .因此负离子 积累足够 的能 量并导致气 体进 一步碰撞游 离的可能性 很小 .其次 , s F分子直径比空气 中的氧 ,氮分子要大 ,使 自由电子 在S F 气体 中的平 均 自由行程 大为缩 短 ,从而不 易在 电场 中积累能量 ,因此减小 了 自由电子的碰撞游 离能 气体的 间隙击穿 电压还具 有面积效 应 ,也就是面 积越
际传热 能力比空 气好得 多 ,但还 是很难 达到 强迫 油循 环的水平 .作为 大容量 变压 器的散热 介 质,应采取 其 他方法 .
S0 + 2 O 2 i4 2 O2 i 2 S F ~SF + S
12 SF气体 的化学特性 . 6
单 纯的 s F气体 ,热稳 定性高 ,加 热到 5 0 o ℃是 不 会分解 .s F气体 与某 些绝缘物 ( 硅树脂层压板 )接 如 触时 ,加 热到 1 0 0 ~ 分解 ,有水分 存在时 ,能 6 ～2 0C就 加 速分解 .因此 国际 电工 委 员会 (E I C)推荐S 品 F产
S 6 C F + u— S 4 C F F+ u 2
2SF 6+ W + Cu-, F2 W F6+ Cu -2S + F2
在 s F 电弧 分解物 中 ,有 电弧 高温 下生成 的s F 基
团 ,在迅速冷却时也能生成SF. 2 2 F一 ( S 冷却 )￥F. 2 但是 在高于 1 0 0 " ,又易受 热分解 ,切不 5 ～3 0C时
H 与水结合生 成腐蚀性极 强的氢氟酸 ,加上H S , F 2O
对 电器零部件都会产生侵蚀破坏 ,尤其对含硅 ( i s)物 质的侵蚀最为严重 ,如
S O2 H i +4 F— S F +2 O i 4 H2 S O2 S 4 S F + S i + F i4 O2
比空 气低 ,流 动性 好 . 因此一 并 考虑 ,s F 气体 的实
中声速 的25 /.而且 s 6 F气体与所有的气体一样 ,在声波 的传播 方面比油差得多.因此用S 6 F气体作为变压 器的
绝缘 ,噪声将大为 降低 .
S6 F气体压力为0 a ,其热导率可按下式计算 .MP时 1
=
64 0 wenku.baidu.com.46X 1
式中 — — 热导率 ,w/( K); m·
3 F +w 一 3 F +w F S6 S4 6
4 F +W + C S 6 u一 4 F +WF6 Cu 2 S4 + F 4 F +3 +Cu 2 2 2 W F + Cu 2 S 6 W ~ S F +3 6 F
A l 3F— A l +
2 F 十S 6 2 4 S2 C 2 F — CF + F
在压 力恒定时 ,s F气体的定压摩 尔热容可用 下式
计算
=
性能非常稳定 .它对金属和绝缘材料无腐蚀作用 ,加 热 ~s 0 U0 o c仍不分解.s F气体相对分子 质量较大 ,容易液
化 . 因此 ,使用 时 压力 不宜 过大 ,一 般 都在 1 a .MP . 5
1 36+ 1 . 3. 76×1 一 T-3 . l 一 丁一 0 77+ 0 .
绝缘恢 复是十分 有利 的.S 气体 的另一个特性是较低
温 时 的 高 导热 性 .
s F 相对 分子 质量 大 ,并且密 度 高 ,因而声音 在 s F 气体 中传播 的速度 比在 空气 中小得 多 .在2 ℃, 0
01 a .MP 气压的条件下 ,其音速为 14m s 3 /,大约是空 气
W F +H2 - W OF +2 6 0-, - 4 HF W OF + 2 O— W O3 HF 4 H2 +4
可以看 出 ,s F 气体 的热导 率仅 为空 气的 23 因 /, 而S F 气体的 热传导 能力 比空 气差 .然 而 ,s 6 体的 F气 定压摩 尔 比热容大 约是 空气 的34 ,因此 ,S .倍 F 气体 的对 流传 热能 力 比空 气大 得 多. 此外 s F 气体 的 黏度
以 上反应 生成物 有些将 以稳 定的 固体粉 末存在 ,
其 他的 生成物 如遇 到化 学性能 活泼 的水 ( o)或 氧 H: ( 0 )还会继续新的化学反应 . s F 气体在制造过程 中不可避免 的地存在水分 和氧
气等杂质.化学性 能活泼的水 ( : H O)和 氧 ( : O )遇到 活动性 能强的和 很容 易发生新 的化学 反应而 生成 酸性
丁 — 气体 的 热 力 学温 度 ,K. —
在室温 下 ,空气的热导率为00 2 .2 W/( K),而 m·
s F气体的热导率 为00 4 ( K ,大约为空气的23 .1 W/ m·) /.
1 S. F气体 的特 性
S 体 是 一 种 无 色 ,无 味 , 不燃 烧 的 气体 ,化 学 F气
而且 在理论上 讲 ,和 C 与w反应都 可以生成具 有 u 剧毒的SF. :.
6 F +W ~S F + 3 2 0 S 6 W 6 S F1 2 F + Cu Cu 2 S F1 S 6 ~ F+ 2 0
s F 气体在高温作 用下 ,8 0 o 0 ～1o oK时就开 始分 解 出S F和F,在 30 0K附近 就分 解成 带 电离子 S , 0 一 F ,S 一 ,F ,还有 自由电子 ,构成 高温带 电的等 离子 体 .如果 是在 电弧 放 电的环境 下 ,这 些粒子 中的大 部 分 又会很快复合再生 成s ,只有少 数与金属蒸 气,喷 嘴材料 蒸气和可 能被 电弧灼伤 的灭弧 室材料 绝缘件 蒸 气发生 化学反应 .在 高温条件下s F 气体 与其他材料 发 生 的化学反应如下
式中
— —定压摩 尔比热容 ,J mo· /( l K)l
丁 — 气体 的 热 力 学温 度 ,K. —
11 F 气体的物理特性 . S .
在s 的所有的物理性能中,我们最感兴趣的是 由其 分子结构形成 的负 电性和较低的游离温度形成的高导热 性 .S F分子结构是对称的八面体 ,硫 ( )原子居中 , S
有 害的 物 质 ,如
S 4 OF +H2 0~ S F +2 O2 2 HF
亲和 能为34e . V,因而 s 有极强 的吸附 自由电子的 F具
能力.其吸附过程如下
S 6 一 S 6 F +e 一 F一
SF6 e一一 S + F + F5
S4 2 F +H 0一S F +2 O 2 HF
负 电性比空气高几十倍 ,极强的负 电性使S F气体具 有
优 良的绝缘 性能 ,电极间在一定 的场 强下发生 电子 发 射 时 ,极间 自由电子很快被S 6 F吸附 ,大大阻碍 了碰撞 电离过程的 发展 ,使极 间电离度下 降而耐 受 电压能 力 增 强.这一 负电性对于开 断电弧 电流过零 后触头 间的
s F中的F 原子 在 卤族元素 中具有最 大的 电子亲 和 能 (.e 41 V) ,因此具 有很强的吸附 电子 能力.s F气
在室温 下 ,氮气的黏 度为 1 2X1 _( a ) . 0 ' · ,空气 7 P s
体特 有的强力吸附 电子 的能力 ,称 为负电性.s F气体
在 室 温 下 ,空 气 的 定 压 摩 尔 比 热 容 为 2 . J 87 / ( l mo· K) ,而 S 体的 定 压摩 尔 比热 容 为9 .J F气 7 1/ ( l mo· K),是空气的34 . . 倍
气体压力为01MP 时 ,s . a 气体的黏度也可以近似
的 用 下 式表 示
特别报道
S e i l p rs p ca Re o t
S 6 S 6 体 绝缘 变压 器 F与 F气
● 李作平' 刘新颜. 保定 天威集 团特变电气有限公司 /
赵延 涛 保 定 天威 保 变 电气 股 份 有 限公 司 /
随
加上 人们对 电力的依赖和消费程 度越 来越高 ,用 电急 剧增加 .为 了保证城 市建设和居 民的安全 ,对供 电的 安全性 ,可靠性 ,设备 的环境兼容性 ,安全和运输 都 提出 了更高的要求 .因此高压 ,超高压和 大容量s F气 体绝缘变压 器 ( s nuae rnfr r I )的研 Ga sl dTa s me ,G T I t o 制成 功 ,给大都 市密集商用建筑 供 电带来 了方便 .我 国从 1 8 年对 其进行开发研 制工作 ,取得 了可喜 的成 94 果 .近年来 ,还进 口了相 当数量的G T,我 国已揭开 了 I
n = 14 0 +54 0一 t .2 X 1 一 .9X 1
六个角上是氟 ()原子,s F F的相对分子 质量为16 4 ,是
一
种密度很高的气体 .同容积同气压下的气体比空气重 式中
5】 . . 倍
, 7 —— S 6 F气体的黏度 ,P · al s
f — S 气体 的 温 度 ,℃ . —
最 高使 用 温 度 为 10 8~ C.
这 些酸性 的分解物 还对 镀锌件 有腐蚀 作用 ,使镀 锌 层发毛 ,起皮 ,脱落 .同时 由于 水分 的存在还 会使 分解 的F I 原 子 ( ~S J 离子 )的结合 反应 ( S+6 —s F F)
受 阻 ,影 响 产 品 的 性 能 .
的黏度为 1 8 _(as,可见s . ×1 ' · 7 0 P ) F 气体 的黏度略低于
32 f●.■量 · 0 0 1 l 2 1 年第2 期
特 别 报 道
S c a po t pe i l Re rs
氮 气和 空 气 .
S 2 2 HS 3 O +H o— 2o
SFo ( 解)s 4 F 2l 一 热 F +s 6
13 SF气体 的放 电机理和绝 缘特性 . .
s F是非极性 的 ,即偶极矩 为零 ,因此 ,其 介电常 数不受 外施 电压频率 的影响 .在 2 ℃,气体压力为01 5 . MP 时 ,s a F 气体的相对介 电常数为 1 0 4 ;当气体 . 20 9 0 压 力升 高N22MP 时 ,介 电常数约增J 3 %;当气体 . a j 7 n 压 力为01MP 时 ,s 质损耗校正值为2×1 ;当 . a F介 0 气体压力为01 a ,则增加至4×1 —0 . MPN 07 在均匀 电场 中,s 气体的绝缘强度约为空气 的25 . 倍 .当气体压力为0 a ,S . MP 时 2 F气体的绝缘强度与绝 缘油相 当.S F气体之所以具有 较高的绝缘强 度 ,是 由 于其分 子结构所决定的 .在 s F分子 中氟原子浓 密的 围 绕其分子表面 ,使s F呈现 出强烈的电负性 .s 电子 F的
使用高压GI的序幕. T
S6 F气体发现于 10年 ,它是一种人工合成的气体 , 90 由于其具有优 良的绝缘性 能 ,4 年 代开始用于 电力设 0 备,6年代后制成大容量的S6 O F断路器,7年代以后又出 0 现 了用s F绝缘 的全封闭组合电器 .本文介绍了s F气体 的物理特性 ,化学4 . 寺眭,S 6 F气体的放电机理,绝缘挣 眭 以及s F混合气体的绝缘特性 ,并结合这些分析s F气体 绝缘变压器的结构和保护措施.
SOF2+ H2 ~ SO2 2HF 0 +
与 自由电子 相 比,负离子 重量大 ,平均 自由行程
2 1 年 第2 ■.棚量 00 期- _ 【
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短 ,在 两次碰撞之 间的 自由行程 中获得的动能 小 ,漂 移速度 小 ;另一方面 ,它和分子发生 弹性碰撞 时又容 易将积 累起 的动能损失掉 .因此负离子 积累足够 的能 量并导致气 体进 一步碰撞游 离的可能性 很小 .其次 , s F分子直径比空气 中的氧 ,氮分子要大 ,使 自由电子 在S F 气体 中的平 均 自由行程 大为缩 短 ,从而不 易在 电场 中积累能量 ,因此减小 了 自由电子的碰撞游 离能 气体的 间隙击穿 电压还具 有面积效 应 ,也就是面 积越
际传热 能力比空 气好得 多 ,但还 是很难 达到 强迫 油循 环的水平 .作为 大容量 变压 器的散热 介 质,应采取 其 他方法 .
S0 + 2 O 2 i4 2 O2 i 2 S F ~SF + S
12 SF气体 的化学特性 . 6
单 纯的 s F气体 ,热稳 定性高 ,加 热到 5 0 o ℃是 不 会分解 .s F气体 与某 些绝缘物 ( 硅树脂层压板 )接 如 触时 ,加 热到 1 0 0 ~ 分解 ,有水分 存在时 ,能 6 ～2 0C就 加 速分解 .因此 国际 电工 委 员会 (E I C)推荐S 品 F产
S 6 C F + u— S 4 C F F+ u 2
2SF 6+ W + Cu-, F2 W F6+ Cu -2S + F2
在 s F 电弧 分解物 中 ,有 电弧 高温 下生成 的s F 基
团 ,在迅速冷却时也能生成SF. 2 2 F一 ( S 冷却 )￥F. 2 但是 在高于 1 0 0 " ,又易受 热分解 ,切不 5 ～3 0C时
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对 电器零部件都会产生侵蚀破坏 ,尤其对含硅 ( i s)物 质的侵蚀最为严重 ,如
S O2 H i +4 F— S F +2 O i 4 H2 S O2 S 4 S F + S i + F i4 O2
比空 气低 ,流 动性 好 . 因此一 并 考虑 ,s F 气体 的实
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S6 F气体压力为0 a ,其热导率可按下式计算 .MP时 1
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式中 — — 热导率 ,w/( K); m·
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在压 力恒定时 ,s F气体的定压摩 尔热容可用 下式
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性能非常稳定 .它对金属和绝缘材料无腐蚀作用 ,加 热 ~s 0 U0 o c仍不分解.s F气体相对分子 质量较大 ,容易液
化 . 因此 ,使用 时 压力 不宜 过大 ,一 般 都在 1 a .MP . 5
1 36+ 1 . 3. 76×1 一 T-3 . l 一 丁一 0 77+ 0 .
绝缘恢 复是十分 有利 的.S 气体 的另一个特性是较低
温 时 的 高 导热 性 .
s F 相对 分子 质量 大 ,并且密 度 高 ,因而声音 在 s F 气体 中传播 的速度 比在 空气 中小得 多 .在2 ℃, 0
01 a .MP 气压的条件下 ,其音速为 14m s 3 /,大约是空 气
W F +H2 - W OF +2 6 0-, - 4 HF W OF + 2 O— W O3 HF 4 H2 +4
可以看 出 ,s F 气体 的热导 率仅 为空 气的 23 因 /, 而S F 气体的 热传导 能力 比空 气差 .然 而 ,s 6 体的 F气 定压摩 尔 比热容大 约是 空气 的34 ,因此 ,S .倍 F 气体 的对 流传 热能 力 比空 气大 得 多. 此外 s F 气体 的 黏度
以 上反应 生成物 有些将 以稳 定的 固体粉 末存在 ,
其 他的 生成物 如遇 到化 学性能 活泼 的水 ( o)或 氧 H: ( 0 )还会继续新的化学反应 . s F 气体在制造过程 中不可避免 的地存在水分 和氧
气等杂质.化学性 能活泼的水 ( : H O)和 氧 ( : O )遇到 活动性 能强的和 很容 易发生新 的化学 反应而 生成 酸性
丁 — 气体 的 热 力 学温 度 ,K. —
在室温 下 ,空气的热导率为00 2 .2 W/( K),而 m·
s F气体的热导率 为00 4 ( K ,大约为空气的23 .1 W/ m·) /.
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S 体 是 一 种 无 色 ,无 味 , 不燃 烧 的 气体 ,化 学 F气
而且 在理论上 讲 ,和 C 与w反应都 可以生成具 有 u 剧毒的SF. :.
6 F +W ~S F + 3 2 0 S 6 W 6 S F1 2 F + Cu Cu 2 S F1 S 6 ~ F+ 2 0
s F 气体在高温作 用下 ,8 0 o 0 ～1o oK时就开 始分 解 出S F和F,在 30 0K附近 就分 解成 带 电离子 S , 0 一 F ,S 一 ,F ,还有 自由电子 ,构成 高温带 电的等 离子 体 .如果 是在 电弧 放 电的环境 下 ,这 些粒子 中的大 部 分 又会很快复合再生 成s ,只有少 数与金属蒸 气,喷 嘴材料 蒸气和可 能被 电弧灼伤 的灭弧 室材料 绝缘件 蒸 气发生 化学反应 .在 高温条件下s F 气体 与其他材料 发 生 的化学反应如下
式中
— —定压摩 尔比热容 ,J mo· /( l K)l
丁 — 气体 的 热 力 学温 度 ,K. —
11 F 气体的物理特性 . S .
在s 的所有的物理性能中,我们最感兴趣的是 由其 分子结构形成 的负 电性和较低的游离温度形成的高导热 性 .S F分子结构是对称的八面体 ,硫 ( )原子居中 , S
有 害的 物 质 ,如
S 4 OF +H2 0~ S F +2 O2 2 HF
亲和 能为34e . V,因而 s 有极强 的吸附 自由电子的 F具
能力.其吸附过程如下
S 6 一 S 6 F +e 一 F一
SF6 e一一 S + F + F5
S4 2 F +H 0一S F +2 O 2 HF
负 电性比空气高几十倍 ,极强的负 电性使S F气体具 有
优 良的绝缘 性能 ,电极间在一定 的场 强下发生 电子 发 射 时 ,极间 自由电子很快被S 6 F吸附 ,大大阻碍 了碰撞 电离过程的 发展 ,使极 间电离度下 降而耐 受 电压能 力 增 强.这一 负电性对于开 断电弧 电流过零 后触头 间的
s F中的F 原子 在 卤族元素 中具有最 大的 电子亲 和 能 (.e 41 V) ,因此具 有很强的吸附 电子 能力.s F气
在室温 下 ,氮气的黏 度为 1 2X1 _( a ) . 0 ' · ,空气 7 P s
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在 室 温 下 ,空 气 的 定 压 摩 尔 比 热 容 为 2 . J 87 / ( l mo· K) ,而 S 体的 定 压摩 尔 比热 容 为9 .J F气 7 1/ ( l mo· K),是空气的34 . . 倍
气体压力为01MP 时 ,s . a 气体的黏度也可以近似
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特别报道
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S 6 S 6 体 绝缘 变压 器 F与 F气
● 李作平' 刘新颜. 保定 天威集 团特变电气有限公司 /
赵延 涛 保 定 天威 保 变 电气 股 份 有 限公 司 /
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加上 人们对 电力的依赖和消费程 度越 来越高 ,用 电急 剧增加 .为 了保证城 市建设和居 民的安全 ,对供 电的 安全性 ,可靠性 ,设备 的环境兼容性 ,安全和运输 都 提出 了更高的要求 .因此高压 ,超高压和 大容量s F气 体绝缘变压 器 ( s nuae rnfr r I )的研 Ga sl dTa s me ,G T I t o 制成 功 ,给大都 市密集商用建筑 供 电带来 了方便 .我 国从 1 8 年对 其进行开发研 制工作 ,取得 了可喜 的成 94 果 .近年来 ,还进 口了相 当数量的G T,我 国已揭开 了 I
n = 14 0 +54 0一 t .2 X 1 一 .9X 1
六个角上是氟 ()原子,s F F的相对分子 质量为16 4 ,是
一
种密度很高的气体 .同容积同气压下的气体比空气重 式中
5】 . . 倍
, 7 —— S 6 F气体的黏度 ,P · al s
f — S 气体 的 温 度 ,℃ . —
最 高使 用 温 度 为 10 8~ C.
这 些酸性 的分解物 还对 镀锌件 有腐蚀 作用 ,使镀 锌 层发毛 ,起皮 ,脱落 .同时 由于 水分 的存在还 会使 分解 的F I 原 子 ( ~S J 离子 )的结合 反应 ( S+6 —s F F)
受 阻 ,影 响 产 品 的 性 能 .
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特 别 报 道
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氮 气和 空 气 .
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