SF6断路器的应用分析

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。

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。

　　 SF6的状态参数曲线在实际中有着非常广泛的的应用。如果一台SF6断路器，你知道了它的容积、正常工作时的气压和它的最低工作气压，你就可以计算出它所需要的SF6气量，它能够正常工作的最低环境温度和出现液化时的温度。例如：一台SF6断路器的容积时0.5m3,在环境温度为20℃时正常工作气压为4.5个大气压，最低工作气压的下限为3.5个大气压（表压），那么在SF6的状态参数曲线中可以找到对应的密度曲线，得到气体密度为35kg/m3，那么所需要的SF6气量就是17.5kg，密度曲线与饱和蒸汽曲线的交点就是其液化温度（-35℃），当温度下降时，气体压力也随之下降，当气体压力下降到3.5个大气压（表压）时，其温度为-30℃，这就是能工作的最低环境温度。

　　当SF6气体的温度降低到液化温度后，SF6气体开始液化，但这个过程是一个渐进的过程，如果温度下降，它就沿饱和蒸汽曲线变化，压力和密度都同时下降，这将严重影响到SF6气体的灭弧性能，所以如果断路器工作在很低的环境温度下的时候，就要采取适当的措施，以保证气体的工作压力。 来源:hvsi.cn

　　 SF6气体的稳定性比较好，在一般情况下不会分解，但是，SF6断路器内的情况比较复杂，如果没有电弧的话，SF6气体基本上不会与其他物质发生反应，但是由于断路器内不可能不发生电弧，而电弧又会产生高温、高压以及电晕，在这种情况下，SF6气体会发生分解，生成低氟化物、硫化物和硫、氟的单原子；请注意：这里有一个很重要的特性，就是这时生成的活性物质在电弧熄灭以后一般都能够重新结合成SF6分子，这对于断路器的下一次开断是很有利的，也大大减轻了检修的工作量；比如油断路器开断几次短路故障之后，变压器油的碳化就比较严重了，需要进行换油、检修触头等工作，而SF6断路器的问题就要好很多，它可以多次开断短路故障而不用检修。

　　 SF6断路器里的SF6气体不可能是完全纯净的，会含有一些杂质，如水等，此外在断路器燃弧时也会产生一些触头材料的金属蒸汽，这些物质在电弧的作用下会同SF6气体发生化学反应，生成一些金属氟化物、硫的低氟化物、氢氟酸，还有很少量的剧毒物质，如SOF2，SO2F4等。生成的金属氟化物大都是一些白色的粉状物质，它们会覆盖在导体的表面，影响导电性能；而生成的HF、SF4、SO2会对断路器内的含有硅元素的绝缘体，如玻璃、陶瓷支持件和环氧浇注件等都有较强的腐蚀性，降低这些绝缘件表面的绝缘电阻，所以，在实际工作中，我们要严格控制SF6气体中的水分含量，同时，还要在断路器中尽可能多地采用耐腐蚀的高分子有机材料，如聚四氟乙烯、聚酯树脂和环氧树脂加Al2O3填料的制品；此外，对那些少量的剧毒物质由于它们能长时间的保留在SF6气体中，我们必须在SF6断路器中放置吸附剂，来提高SF6气体的纯度，同时确保人身的安全。