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SF6充气柜的物理和化学特性【发表日期:2019-04-09】

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为尽对温度。当SF6气体的状态发生变化时,它没有完全符公道想气体的状态方程,这主要由于它的分子量较大,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。假如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。假如一台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,假如温度下降,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,所以假如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。 


   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,假如没有电弧的话,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,天生低氟化物、硫化物和硫、氟的单原子;请留意:这里有一个很重要的特性,就是这时天生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,也大大减轻了检验的工作量;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、检验触头等工作,而SF6断路器的题目就要好很多,它可以多次开断短路故障而不用检验。


   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,天生一些金属氟化物、硫的低氟化物、氢氟酸,还有很少量的剧毒物质,如SOF2,SO2F4等。天生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;而天生的HF、SF4、SO2会对断路器内的含有硅元素的尽缘体,如玻璃、陶瓷支持件和环氧浇注件等都有较强的腐蚀性,降低这些尽缘件表面的尽缘电阻,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存在SF6气体中,我们必须在SF6断路器中放置吸附剂,来进步SF6气体的纯度,同时确保人身的安全。


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