SF6断路器应用分析论文

浅谈SF6断路器的应用分析

【摘要】sf6气体是二十世纪初发现的，它应用于电工设备是在四十年代，第一次被用于断路器是在五十年代初。由于sf6气体同空气和变压器油相比有许多优异的电气绝缘和灭弧性能，近年来，sf6在电气设备上的应用有了很大的发展，尤其是在高压和超高压断路器上，还有全封闭组合电器。现在，新安装的110kv及以上电压等级的断路器，包括大部分的35kv断路器已经全部是sf6断路器了。

【关键词】六氟化硫；断路器；应用；分析

1.sf6的物理和化学特性

sf6分子由一个硫原子和六个氟原子构成，六个氟原子以共价键的形式和硫原子结合成一个中性分子，其原子量为146，大约是空气的五倍，也就是说它的密度也大约是空气的五倍。在常温下，sf6气体是无色、无味、无毒并且透明的惰性气体，它非常稳定，通常情况下很难分解；它既不溶于变压器油也不溶于水。

我们都知道，对于理想气体有一个状态方程，即pv=grt，其中p为气体压力；v为气体的体积；g为气体的重量；r为一个状态常量，对于sf6来说，r=97.2j/g*t；t为绝对温度。当sf6气体的状态发生变化时，它没有完全符合理想气体的状态方程，这主要因为它的分子量较大，当气体压力增大时，气体的密度相应增大，分子间的相互吸引作用开始显露，所以在实际工作中常用sf6的状态参数曲线来表示；sf6的状态参数曲线是一族曲线，每条线对应一个

气体密度。

在这里有几个重要的参数：sf6的熔点：温度t=-50.8℃，压力p=2.3kg/cm2，在这一点上，sf6三态共存，即气态、液态、固态三种状态同时存在；sf6沸点：温度t=-63.8℃，压力为一个大气压，在这一点上，sf6可以直接由固体变成气体。如果将饱和蒸汽曲线向上延伸，就得到了sf6 气体的临界温度t=45.6℃，临界压力

p=38.5 kg/cm2，临界温度和临界压力表明了sf6气体可以被液化的最高温度和所需的最小压力。

2.sf6断路器的优点

sf6断路器之所以在近年来得到了迅速的发展，其主要的原因就在于sf6气体同其他绝缘介质相比具有很多的优点：

（1）sf6气体的绝缘强度高，决定了sf6断路器单个断口所能承受的电压要比其他形式的断路器要高，据介绍已经有500kv的单断口断路器出现了；sf6气体的熄弧性能好，决定了sf6断路器的灭弧能力强，这样它的开断能力要大于其他形式的断路器，单断口已经能够达到100ka，这是其他形式的断路器无法达到的，尤其是在现在，电力系统的容量越来越大，很多变电站的短路容量已经达到了近五十千安，一些枢纽变电站甚至达到了60-70ka，如果没有sf6断路器，那么就无法满足短路容量的要求，在系统短路时，无法切除故障。

（2）sf6气体在燃弧时的导电性能比较好，电弧电压比较低，小电流的情况下也能够稳定的燃弧，所以，在切断小电流时很少发

生截流现象，这样就不会造成过电压，给设备造成损坏。

（3）sf6气体在熄弧后介质强度的恢复速度比较快，能承受比较快的瞬时恢复电压，所以在切断空载线路是不会发生多次重击穿，在切断近区故障时特别有利，就是说它不仅开断短路电流的性能强，在一些特别的开断情况下，sf6断路器的开断性能也是很好的。

3.sf6气体的管理和试验

对于sf6气体我们现在的管理是比较严格的，因为它的质量直接影响到sf6断路器的开断性能和使用寿命。对于新的sf6气体我们要求作气体的全分析，气体的全分析一共包括以下几项内容：（1）空气含量：我们要检测sf6气体中混入的空气的比例，我们要将新气进行气相色谱试验，国标要求新气中空气的含量不能大于0.05%（体积比）。

（2）cf4含量：我们要检测sf6气体中混入的cf4的含量，这也是通过气相色谱试验测定的，国标要求新气中cf4的含量不能大于0.05%（体积比）。

（3）sf6气体的纯度：这也是通过气相色谱试验测定的，国标要求新气的纯度不得小于99.8%（体积比）。

（4）酸度：这个试验先要用碱液将sf6气体中的酸性成分吸收出来，再用滴定法测定其中的盐的含量，从而推算出sf6气体中含有多少酸性物质，国标要求新气中的酸度不得大于0.3ppm（质量比）。

（5）可水解氟化物：因为可水解氟化物水解后能够生成酸性物质，所以其测定方法同酸度的测定方法相同，只是所用的碱液不同，国标要求新气中的可水解氟化物含量不得大于1.0ppm（质量比）。

（6）矿物油含量：这个试验先要用ccl4将sf6气体中的矿物油成分吸收出来，再用2930-1波长的红外线进行定波长红外光谱分析，就能测出其中的矿物油的含量。

（7）水分含量：这个试验比较重要，不仅新气要做，而且充到sf6断路器以后还要进行，他的实验方法主要有三种：1）电解法：在一个容器中放入两个用铂金丝制成的电极，再在容器中加入浓磷酸，先将浓磷酸电解，生成p2o5，它有很强的吸水性，再将sf6通入其中，p2o5就将气体中的水吸收出来，生成少量磷酸，再测量其中磷酸的含量，就可以得到sf6中的含水量了。

2）阻容法：就是把一张铝箔的一面氧化，使之生成一层致密的al2o3膜，再在膜上加一层铝箔，这就组成了一个电容，当sf6气体流过其间时，al2o3膜会吸收气体中的水分，从而改变自身的介电常数，使这个电容的电容量发生微小的变化，通过测量这个变化量，就可以得到sf6中的含水量了。

3）露点法：就是有一个金属的表面非常光洁的露镜，它的背面有一个能够制冷的装置，测试时制冷装置工作，给露镜降温，同时sf6气体流过露镜的镜面，当露镜的温度下降到一定程度时，sf6

气体中的水分就会在露镜上开始凝露，这个温度就叫做露点，sf6气体中含的水分越多，它的露点就越高，这样就可以测出 sf6气体

的含水量了。

4.sf6断路器的现场检查试验

sf6断路器在安装完成后也要进行一系列的检查试验，除了常规的试验项目外，对于sf6断路器还要进行气体中水分含量的测定和sf6气体年漏气率的测定。

（1）sf6气体中水分含量的测定方法同sf6气体全分析时测定水分含量的方法相同，在这里就不再介绍了。

（2）sf6气体年漏气率的测定方法主要有两种，一种是扣罩法，一种是局部包扎法。

扣罩法就是将整个的sf6断路器都罩在其中，罩子中的容积是已知的，测定扣罩24小时后罩子中的sf6气体的浓度，就可以计算出24小时内sf6断路器泄漏出的sf6气体的量，将这个量乘以365，再除以sf6断路器中所充的sf6气体的重量，就得到了sf6

气体的年漏气率。

这种测量方法是最准确的，但是它受到了多方面的限制，现在sf6断路器的体积都比较大，尤其是高压和超高压的落地罐式断路器的体积就更大，这样要把它完全罩起来，罩子也就要大得多，再者，sf6断路器的体积测量也是一个难题；而且在现场还有引线布置等许多原因要考虑，所以现在很少用这种方法。

局部包扎法就是将sf6断路器的每一个密封面都用塑料布包扎起来，在24小时后测量每个包扎部位的sf6气体浓度，再用近似的方法算出sf6气体的年漏气率，甚至有些厂子只要求定性测量那