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                          SF6充氣柜的物理和化學特性【發表日期:2019-04-09】

                          SF6的物理和化學特性:

                             SF6分子由一個硫原子和六個氟原子構成,六個氟原子以共價鍵的形式和硫原子結合成一個中性分子,其原子量為146,大約是空氣的五倍,也就是說它的密度也大約是空氣的五倍。在常溫下,SF6氣體是無色、無味、無毒并且透明的惰性氣體,它非常穩定,通常情況下很難分解;它既不溶于變壓器油也不溶于水。

                              我們都知道,對于理想氣體有一個狀態方程,即PV=GRT,其中P為氣體壓力;V為氣體的體積;G為氣體的重量;R為一個狀態常量,對于SF6來說,R=97.2J/g*T;T為盡對溫度。當SF6氣體的狀態發生變化時,它沒有完全符公道想氣體的狀態方程,這主要由于它的分子量較大,當氣體壓力增大時,氣體的密度相應增大,分子間的相互吸引作用開始顯露,所以在實際工作中常用SF6的狀態參數曲線來表示;SF6的狀態參數曲線是一族曲線,每條線對應一個氣體密度。 

                              在這里有幾個重要的參數:SF6的熔點:溫度T=-50.8℃,壓力P=2.3kg/cm2,在這一點上,SF6三態共存,即氣態、液態、固態三種狀態同時存在;SF6沸點:溫度T=-63.8℃,壓力為一個大氣壓,在這一點上,SF6可以直接由固體變成氣體。假如將飽和蒸汽曲線向上延伸,就得到了SF6氣體的臨界溫度T=45.6℃,臨界壓力P=38.5 kg/cm2,臨界溫度和臨界壓力表明了SF6氣體可以被液化的最高溫度和所需的最小壓力。

                             SF6的狀態參數曲線在實際中有著非常廣泛的的應用。假如一臺SF6斷路器,你知道了它的容積、正常工作時的氣壓和它的最低工作氣壓,你就可以計算出它所需要的SF6氣量,它能夠正常工作的最低環境溫度和出現液化時的溫度。例如:一臺SF6斷路器的容積時0.5m3,在環境溫度為20℃時正常工作氣壓為4.5個大氣壓,最低工作氣壓的下限為3.5個大氣壓(表壓),那么在SF6的狀態參數曲線中可以找到對應的密度曲線,得到氣體密度為35kg/m3,那么所需要的SF6氣量就是17.5kg,密度曲線與飽和蒸汽曲線的交點就是其液化溫度(-35℃),當溫度下降時,氣體壓力也隨之下降,當氣體壓力下降到3.5個大氣壓(表壓)時,其溫度為-30℃,這就是能工作的最低環境溫度。

                            當SF6氣體的溫度降低到液化溫度后,SF6氣體開始液化,但這個過程是一個漸進的過程,假如溫度下降,它就沿飽和蒸汽曲線變化,壓力和密度都同時下降,這將嚴重影響到SF6氣體的滅弧性能,所以假如斷路器工作在很低的環境溫度下的時候,就要采取適當的措施,以保證氣體的工作壓力。 

                             SF6氣體的穩定性比較好,在一般情況下不會分解,但是,SF6斷路器內的情況比較復雜,假如沒有電弧的話,SF6氣體基本上不會與其他物質發生反應,但是由于斷路器內不可能不發生電弧,而電弧又會產生高溫、高壓以及電暈,在這種情況下,SF6氣體會發生分解,天生低氟化物、硫化物和硫、氟的單原子;請留意:這里有一個很重要的特性,就是這時天生的活性物質在電弧熄滅以后一般都能夠重新結合成SF6分子,這對于斷路器的下一次開斷是很有利的,也大大減輕了檢驗的工作量;比如油斷路器開斷幾次短路故障之后,變壓器油的碳化就比較嚴重了,需要進行換油、檢驗觸頭等工作,而SF6斷路器的題目就要好很多,它可以多次開斷短路故障而不用檢驗。

                             SF6斷路器里的SF6氣體不可能是完全純凈的,會含有一些雜質,如水等,此外在斷路器燃弧時也會產生一些觸頭材料的金屬蒸汽,這些物質在電弧的作用下會同SF6氣體發生化學反應,天生一些金屬氟化物、硫的低氟化物、氫氟酸,還有很少量的劇毒物質,如SOF2,SO2F4等。天生的金屬氟化物大都是一些白色的粉狀物質,它們會覆蓋在導體的表面,影響導電性能;而天生的HF、SF4、SO2會對斷路器內的含有硅元素的盡緣體,如玻璃、陶瓷支持件和環氧澆注件等都有較強的腐蝕性,降低這些盡緣件表面的盡緣電阻,所以,在實際工作中,我們要嚴格控制SF6氣體中的水分含量,同時,還要在斷路器中盡可能多地采用耐腐蝕的高分子有機材料,如聚四氟乙烯、聚酯樹脂和環氧樹脂加Al2O3填料的制品;此外,對那些少量的劇毒物質由于它們能長時間的保存在SF6氣體中,我們必須在SF6斷路器中放置吸附劑,來進步SF6氣體的純度,同時確保人身的安全。


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