SF6断路器

时间：2018-05-29

(一） SF6 的基本物理性质
纯净的货SF6气体无色、无味、无毒。SF6分子量为146,易液化，与理想气体差异较大。SF6分子本身体积大，当空间容积缩小时，分子间吸力增大，气体的压力值降低。图12-17所示为SF6装态参数曲线。

由图可知，SF6的升华点为(-64℃, O.lMPa)及（-5℃, 0.22MPa),可直接由固体变成气体。SF6的熔点为（-51℃, O.1MPa),可直接由固体变成液体。SF6全气体的临界点为 (46℃，3.8MPa),对应密度为 7.3g/L。
由SF6的物理性质可知，不同温度、压力下， SF6的状态会发生变化，而电器中所使用的SF6气体应为全气体，因此应据不同的工作环境合理选用SF6断路器。例如某SF6断路器在(20℃, 0.7MPa)正常工作，当密度不变在（-25℃, 0.45MPa)时，SF6液化，因此该断路器宜在高于-25℃的环境工作。
(二）SF6的基本化学性质
常温下，SF6十分稳定，不易分解、变质，不与酸、碱、水反应。大气压力下，至少在 500℃；以下保持高度的化学稳定性，与金属材料、绝缘材料反应极微；600℃时，SF6产生热分解，生成SF4及SF2等；;超过600℃时，分解物增多。在含有硅材料的情况下，160℃就会有分解。在含有水气时，200℃以上，产生分解反应，生成SO2和HF，例如
SF6 + 3H20 = SO3+ 6HF
   2SF6 + 6H2O= 2SO2 + 12HF + O2
   而SO2和HF对金属材料和绝缘材料有较大的腐蚀作用。因此，在150 - 200℃温度下，要慎重选取在SF6断路器中使用的材料，即最好使用磷青铜、钼青铜、铝、镁、银、镍、纯铜、黄铜等金属与合金，而不用含硅的合金，同时，要严格控制SF6中水分的含量。
   在电弧高温作用下，随着开断电流的增大和电弧能量的增加，分解物含量也增多。分解物中，大多为低氟化合物，确认的分解物有SF4、S2F2、SOF2、SOF4等。这些分解物在电弧过零后很快恢复成SF6，残存量不大。这些分解物本身稳定，但与湿气接触后，生成SO2、 HF。此外，电弧高温作用下，电极附近，触头材料蒸气与SF6反应，生成金属氟化物，当气体中含有水分时，也要产生HF、SF4、SOF2、HF、H2So3等，对金属材料和绝缘材料都有很大的腐蚀作用。
   在电晕放电作用下，SF6气体与绝缘材料直接反应，如各种环氧树脂在电晕放电下，生成SO2F2,, SO2F2是剧毒气体，在电弧放电时，几乎没有SO2F2。
   由上可见，水分是产生腐蚀性、毒性的主要促成剂，因此，必须严格控制部SF6量中的含水量。装设吸附剂—活性氧化铝、活性炭及分子筛—是吸收水分的有效方法。另一方面，电器内部使用的绝缘材料避免含有硅元素，如SiO₂陶瓷、玻璃等，因为HF、SF4、SOF2等对Si有强烈的腐蚀作用。居四氟乙烯，以氧化铝为填料的环氧脂等示较好的材料。
（三）SF6的绝缘性能
   SF6具有优良的绝缘性能，0.3MPa压力下的气体绝缘强度即可达到变压器油的水平。压缩空气要达到同样的绝缘强度，压力需0.6~0.7MPa。SF6气体高绝缘强度的原因有：1.SF6分子体积大，自由电子在SF6气体中自由行程短，动能损失大，故不易发生碰撞游离；2卤族元素及其化合物具有负电性，而氟及其化合物最强。在温度低于10³K情况下，SF6吸附电子形成SF6^-，使空间的自由电子减少，同时SF6^-的速度低，不易形成碰撞游离。
（四）SF6的灭弧性能
    静止SF6中的电弧在电弧作用下，SF6分子分解成SF4、SF2、F、S、S2、F2、F^-捕获电子形成F-离子等。因此，SF6弧柱中，包含有SF6、S2、S、F2、F^-等成分。图12-18所示为SF6等离子体中组成成分密度与温度关系曲线。
   由图12-18知：1.约2100K时，SF6热分解作用很强烈，形成S2、S、F等；2.在3000~4000K及较高温度时，等离子体的S电离，成为S⁺离子及e电子。由于e与F形成F^-，故e的浓度不大。在2500K时，电子的浓度减少到1.4x10¹⁰~3.8x10⁶/cm³;3.在8000~12000k时，F电离.