六氟化硫气体绝缘论文

六氟化硫气体绝缘

专业：电机与电器

六氟化硫绝缘气体

前言

电气设备传统的绝缘介质和灭弧介质是绝缘油。电力变压器几乎全是采用绝

缘油的，这是因为绝缘油具有比空气强度高的多的绝缘特性，其比热比空气大一倍，且液态受热后具有对流特性，故使它在变压器内既作绝缘介质又作冷却介质。

油断路器开断电流时，绝缘油被电弧能量所分解，形成以氢气为主体的高温气体，积贮压力，达到一定值后形成气吹，由于氢的导热率极高，使弧道冷却去游离，导致电弧在电流过零时熄灭，同时使断口间获得良好的绝缘恢复特性，保证了大电流的顺利开断，因此油在断路器内既是良好的绝缘介质，又是优异的灭弧介质。

但绝缘油的最大缺点是可燃性，而电气设备一旦发生损坏短路，都有可能出现电弧，电弧高温可使绝缘油燃烧而形成大火。电力系统因此而形成的火灾事故是有不少教训的。

六氟化硫气体具有不可燃的持性，并具有良好的绝缘性能和灭弧性能，60年代时首先被用于断路器中，接着扩大应用于变压器、电缆……等各种电气设备。

SF

6

气体绝缘的电气设备与充油电气设备相比，它具有以下主要特点：

(1)不易着火、安全性高。常温、常压下的SF

6

为不燃气体，万一设备本身

出现故障或周围发生火灾时，SF

6

不会燃烧，可防止火势的蔓延。封闭组合电器的带电部分全部密封在接地的金属壳内，无触电的危险，面且不存在因飞来物等外因引起的有关事故，能确保安全运行。

(2)使用寿命和检修周期长。SF

6

电气设备为完全密封结构，外部的空气、水分和其它杂质等不易侵入，一般不会出现内部受潮和气、尘污染等现象，其内各

部件又为不活泼的SF

6所包围，从而减缓了电气材料的老化。SF

6

本身不易变质，

沉积物和其它污染杂质也较少，与充油设备相比，相对延长了设备的使用寿命和

检修周期。

(3)占地面积小，安装、操作简便。全封闭的SF

6

组合电器设备，其结构十分紧凑，体积小，使用、安装的占地面积也小。据统计，一个采用全封闭组合电

器的变电所的占地面积仅为敞开式变电所的20％。SF

6

断路器和变压器的安装、操作比较简单，其总重量比充油设备轻得多，运行时的噪声也较小。

(4)性能优良、远行可靠。SF

6

的绝缘特性比空气好，开断容量大，为优良的灭弧介质。在相同条件下，其灭孤能力相当于空气的100倍；灭孤后又不产生游

离碳之类的炭质物，运行安全可靠。

第一章 SF6气体的性质

一理化性质

纯净的SF

6

气体无色、无味、无毒、不燃烧，属惰性气体在0.098ＭＰa压力下，相对于空气的比重为 5.19（6.9/1.29），液化温度为-62℃。它是由一个硫原子和六个氟原子组成。其分子结构由硫原子位于中心，六个氟原子位于顶端的正八面体。

图1 结构式图2 正八面体示意图

表1 SF6重要物理性质

名称数值

升华温度（0.101325MPa,℃）—50.8

临界温度（℃）—63.8

临界压力（MPa）45.6

介电常数（0.101325MPa,25℃） 1.002

热导率（w/cm,℃）0.0147（0.10325Ma.30℃）

密度气态（mg/cm3） 6.46 液态（mg/cm3） 1.57 固态（mg/cm3） 2.51

（1）溶解度

溶解水正庚烷异辛烷甲苯四氯化

碳三氟三

氯乙烷

二硫化

碳

溶解度

×104）

0.05 100.55 153.5 33.95 65.54 278.6 9.25

（2）热稳定性

SF6在常温甚至较高温度下一般不会发生自分解反应，它的热分解温度在500℃左右。热分解时形成的组分十分复杂，且因温度不同。

（3）化学性质

SF6气体不溶于水和变压器油，在温度低于800℃时仍然为惰性气体，不燃烧，在炽热温度下也不与氢气、氧气、铝、铜以及其它许多物质发生作用，水、酸、碱也不会使它分解。因此，它的化学性质比较稳定。

二电气性能

（1）绝缘性能：如前所述，SF6分子结构是以一个硫原子为中六个氟原子处于各顶端的正八而体，而氟原子又是一个在各元素中电负性名列前茅的元素，也就是说它的电子捕获截面极大，据有极强的吸附电子的能力。而且—个SF6分子中有六个氟原子之多，可想而知，它的电负性是十分可观的(SF6的电子亲和力为EA＝3.4ev)。

正是出于上述理由，进行了大量的实验研究工作，证实了它的确是一种电绝缘性能超群的化合物。1937年法国首先将其作为绝缘介质用于高压绝缘电器设备中。实验表明，在相同的压力和温度SF6的绝缘耐力(击穿强度)为空气的2—3倍，在三个大气压下可与常压下的绝缘油相匹敌。

（2）灭弧性能：SF6气体广泛应用于高压开关系统的重要原因之—就在于其优越的灭弧性能。灭弧时在电弧过零的瞬间，电极间的电子，借助于SF6分子的强电负性而附着其上。由于SF6分子质量为电子质量的几十万倍，故它移动得很慢，不能获得使电子再次冲击的速度从而使电弧熄灭。SF6的灭弧能力约为空气的100倍，因此特别适用于高电压大电流的开断。其优越之处如下：

①即使在电弧作用下发生分解时它也不会象绝缘油那样产生能导电的碳原子而是产生出极微量的电能性类似于SF6的含硫低氟化物。

②电弧时间常数是反映灭弧速度的一个重要指标。对圆柱体电弧而言，该值与电弧的半径的平方成比例。即使在静止状态下，SF6的电弧时间常数也是非常小的，要比空气等介质优越两个数量级以上[3]。正是由于其极小的电弧时间常数，以及SF6分子在电弧作用下分解迅速恢复能力，SF6断路器发挥了优越的绝缘恢复特性。