第一章 SF6气体的性质.ppt

华北电力大学华北电力大学 SF6SF6气体绝缘气体绝缘 全封闭组合电器（全封闭组合电器（GISGIS）GIS（Gas Insulated Switchgear）是气体绝缘全）是气体绝缘全封闭组合电器的英文简称。封闭组合电器的英文简称。GIS由断路器、隔离开关、由断路器、隔离开关、接地开关、互感器、避雷器、接地开关、互感器、避雷器、母线、连接件和出线终端等母线、连接件和出线终端等组成，这些设备或部件全部组成，这些设备或部件全部封闭在金属接地的外壳中，封闭在金属接地的外壳中，在其内部充有在其内部充有SF6绝缘气体，绝缘气体，以实现导体对外壳、相间以以实现导体对外壳、相间以及断口间的可靠绝缘。故也及断口间的可靠绝缘。故也称称SF6全封闭组合电器。全封闭组合电器。优点：优点：GIS不仅在高压、超高压领域被广泛应用，而且在特高压领域也被使用。不仅在高压、超高压领域被广泛应用，而且在特高压领域也被使用。与常规敞开式变电站相比，与常规敞开式变电站相比，GIS的优点在于结构紧凑、占地面积小、可靠性高、的优点在于结构紧凑、占地面积小、可靠性高、配置灵活、安装方便、安全性强、环境适应能力强，维护工作量很小，其主要配置灵活、安装方便、安全性强、环境适应能力强，维护工作量很小，其主要部件的维修间隔不小于部件的维修间隔不小于20年。年。生产厂家：生产厂家：目前，目前，GIS国外生产厂家主要有国外生产厂家主要有ABB、东芝、三菱、日立、西门子、东芝、三菱、日立、西门子、阿尔斯通等，国内生产厂家有西开、沈高、平高等。我国通过技术引进，消化阿尔斯通等，国内生产厂家有西开、沈高、平高等。我国通过技术引进，消化吸收，目前已掌握吸收，目前已掌握500千伏千伏GIS的设计制造技术。自主研发的的设计制造技术。自主研发的1000千伏千伏GIS（包（包括核心部件灭弧室和操动机构）将完全自主设计制造。括核心部件灭弧室和操动机构）将完全自主设计制造。发展前景：发展前景：GIS制造技术在不断进步和发展，制造技术在不断进步和发展，40多年来，各多年来，各GIS生产厂家围绕着生产厂家围绕着提高经济性和可靠性这两个主要目标，在元件结构、组合形式、制造工艺以及提高经济性和可靠性这两个主要目标，在元件结构、组合形式、制造工艺以及使用和维护方面进行了大量研究、开发。随着大容量单压式使用和维护方面进行了大量研究、开发。随着大容量单压式SF6断路器的研制断路器的研制成功和氧化锌避雷器的应用，成功和氧化锌避雷器的应用，GIS的技术性能与参数已超过常规开关设备，并的技术性能与参数已超过常规开关设备，并且使结构大大简化，可靠性大大提高，为且使结构大大简化，可靠性大大提高，为GIS进一步小型化创造了十分有利的进一步小型化创造了十分有利的条件。条件。华北电力大学华北电力大学 第一章第一章 SF6SF6气体的性质气体的性质 SF6气体是目前最优良的绝缘介质和灭弧介质，气体是目前最优良的绝缘介质和灭弧介质，其绝缘性能和灭弧性能比绝缘油要好的多。其绝缘性能和灭弧性能比绝缘油要好的多。华北电力大学华北电力大学 1 SF6气体的基本特性气体的基本特性 1.1 SF61.1 SF6气体的基本特性气体的基本特性 物理特性：物理特性：无色、无味、无嗅、无毒、不燃烧，临界温度是45.6 ；难溶于水，在部分有机溶剂中的溶解度比较高。化学性能：化学性能：很稳定。常温甚至电气设备最高允许温度150内，一般不会发生化学反应。150以上，与塑料发生微弱化学反应，200以上和铜铝慢慢反应，500自身开始分解。导热性：导热性：热传导性差，导热系数只有空气2/3，但表面传热系数为15，是空气的2.5倍，综合来说，其散热性比空气要好。华北电力大学华北电力大学 特性 分子量 临界温度 临界压力MPa 熔点 升华点 介电常数 导热系数 表面传热系数 绝热指数 SF6 146 45.6 3.84-50.8-63.8 1.002 0.014 15 1.0 华北电力大学华北电力大学 负电性：负电性：分子容易吸收自由电子形成负离子的特性。因为分子容易吸收自由电子形成负离子的特性。因为F最外层为最外层为7个电子，很容易吸收一个电子成为稳定的个电子，很容易吸收一个电子成为稳定的8个电子。个电子。灭弧原理：灭弧原理：SF6负电性形成负离子，与电弧中正离子结合，使电弧中负电性形成负离子，与电弧中正离子结合，使电弧中带点离子迅速减少，提高了电弧的击穿电压，使电弧很快恢复。带点离子迅速减少，提高了电弧的击穿电压，使电弧很快恢复。制造方法：制造方法：S3F2 SF6Q（放热），合成粗品经过水洗、碱（放热），合成粗品经过水洗、碱洗、热解、用吸附剂吸净等一系列净化处理，装入钢瓶液态运输。洗、热解、用吸附剂吸净等一系列净化处理，装入钢瓶液态运输。GIS设备安装完毕后，还要出去各种杂质和水分。其标准是由国际电设备安装完毕后，还要出去各种杂质和水分。其标准是由国际电工委员会（工委员会（IEC）和各国制定。）和各国制定。元素名称 氟 氯 溴 碘 氧 硫 氮 与电子结合的亲和能（eV，电子伏）4.10 3.78 3.43 3.20 3.80 2.06 0.04 在周期表中位置 某些元素的电子亲和能 由于由于SF6气体分子质量气体分子质量大，用大，用P=RT这个公式这个公式来计算温度、压力、密来计算温度、压力、密度三个状态参数偏差很度三个状态参数偏差很大，但根据曲线图能求大，但根据曲线图能求出三个参数。出三个参数。S：升华点；：升华点；T：熔点；：熔点；K：临界点：临界点 华北电力大学华北电力大学 2 气体的状态参数气体的状态参数 华北电力大学华北电力大学 SF6气体状态参数特性曲线图 SF6气体液化温度与密度气体液化温度与密度值有关，只要值有关，只要SF6气体的气体的密度不变，则其液化温度密度不变，则其液化温度也不变。每条密度线与分也不变。每条密度线与分界线界线MN的交点，就是的交点，就是SF6气体的液化点，从而可得气体的液化点，从而可得到这一密度下的液化温度。到这一密度下的液化温度。T不变，不变，P ，液化温度液化温度 因此压力不能太高。因此压力不能太高。SF6气体温度太低也容易气体温度太低也容易液化，所以寒冷地区，液化，所以寒冷地区，GIS要采取保温措施。要采取保温措施。自分解：自分解：灭弧：灭弧：642SFSFF华北电力大学华北电力大学 3 SF6气体分解物的毒性和其他性质气体分解物的毒性和其他性质 二、影响二、影响SF6分解过程中的主要因素分解过程中的主要因素 66SFSF 646244SFWCuSFWFCuF626222SFWCuSFWFCuF62262423SFWCuS FWFCuF242SFSFS22423S FSFS一、概述：一、概述：SF6气体无毒，但是分子量大，有窒息作用。气体无毒，但是分子量大，有窒息作用。电弧能量的影响：能量增多，电弧能量的影响：能量增多，SF6气体分解物含量也增大；气体分解物含量也增大；电极材料的影响：分解物含量取决于电极材料的金属蒸发量，铜、银影响较小；电极材料的影响：分解物含量取决于电极材料的金属蒸发量，铜、银影响较小；水分的影响：含水量的多少，对电弧分解物组成的含量有极大影响。水分的影响：含水量的多少，对电弧分解物组成的含量有极大影响。氧气的影响：如图氧气的影响：如图 绝缘材料的影响：理想材料是聚四氟乙烯。实际用环氧树脂多，运行中会释放绝缘材料的影响：理想材料是聚四氟乙烯。实际用环氧树脂多，运行中会释放 水分和氧气。水分和氧气。华北电力大学华北电力大学 性质：无色、刺激味，易溶于苯，有毒；性能稳定，与水、碱反应；性质：无色、刺激味，易溶于苯，有毒；性能稳定，与水、碱反应；性质：无色有溴味，有毒；与碱、水、钠发生反应，能使橡胶硫化；性质：无色有溴味，有毒；与碱、水、钠发生反应，能使橡胶硫化；性质：化学性能极不稳定，有毒；可用碱、活性氧化铝吸收；性质：化学性能极不稳定，有毒；可用碱、活性氧化铝吸收；性质：无色易挥发，有毒，化学性能稳定；不溶于水、碱液中；性质：无色易挥发，有毒，化学性能稳定；不溶于水、碱液中；性质：无色刺激性，有毒，化学性能稳定，有很高电击穿稳定性；性质：无色刺激性，有毒，化学性能稳定，有很高电击穿稳定性；性质：无嗅无味，有毒，化学性能稳定；易容易甲苯和四氯化碳；性质：无嗅无味，有毒，化学性能稳定；易容易甲苯和四氯化碳；性质：无色有刺激性，与水反应，有毒；性质：无色有刺激性，与水反应，有毒；4SF华北电力大学华北电力大学 三、电弧作用下三、电弧作用下SF6分解物的性质分解物的性质 24S F2SF210S F2SOF22SO F4SOF华北电力大学华北电力大学 环境温度升高，环境温度升高，SF6气体中水分也增气体中水分也增高高 环境湿度增大，环境湿度增大，SF6气体中水分也增气体中水分也增高高 4 GIS设备中的水分设备中的水分 一、产生原因：一、产生原因：1、GIS设备在制造、运输、安装、检修设备在制造、运输、安装、检修 过程中都可能接触水分；过程中都可能接触水分；2、GIS设备的绝缘件带有少量水分；设备的绝缘件带有少量水分；3、GIS吸附剂本身含有水分；吸附剂本身含有水分；4、SF6气体含有水分；气体含有水分；5、水分子直径远小于、水分子直径远小于SF6气体分子直气体分子直 径，水分子可以钻进去。径，水分子可以钻进去。二、二、SF6气体中含水量单位及其换算气体中含水量单位及其换算 1、体积浓度单位：气体与气体中、体积浓度单位：气体与气体中 水分的体积之比。水分的体积之比。ppmv 2、质量浓度单位：、质量浓度单位：1g气体中含有气体中含有1 水蒸气，叫做水蒸气，叫做1ppmw 3、SF6气体中体积比与质量比的换算：体积比气体中体积比与质量比的换算：体积比/（146/18）质量比）质量比 g 水分引起设备化学腐蚀水分引起设备化学腐蚀 水分对电器设备绝缘件的危害水分对电器设备绝缘件的危害 除了腐蚀，还在绝缘件表面产生凝结水，附在绝缘件表面，造成沿除了腐蚀，还在绝缘件表面产生凝结水，附在绝缘件表面，造成沿面闪络。但当压力和温度达到一定值时，水蒸气变成冰，对绝缘件危面闪络。但当压力和温度达到一定值时，水蒸气变成冰，对绝缘件危害大大减小。害大大减小。三、水分对三、水分对GIS设备的危害性设备的危害性 622226212SFH OSOHFO 四、四、GIS中水分的控制中水分的控制 1、严格控制新的、严格控制新的SF6气体含水量；气体含水量；2、改善、改善GIS设备密封材料的质量，严格遵守安装密封环的工艺规程；设备密封材料的质量，严格遵守安装密封环的工艺规程；3、在、在GIS设备中放置吸附剂；设备中放置吸附剂；4、GIS设备尽量使用室内式布置，可以控制室内湿度、温度、减少产设备尽量使用室内式布置，可以控制室内湿度、温度、减少产生生 水分的机会，避免灰尘和其它杂质侵入。水分的机会，避免灰尘和其它杂质侵入。SF6气体中的水分，有毒气体都可以用吸附剂来吸收。在气体中的水分，有毒气体都可以用吸附剂来吸收。在GIS气室里气室里 适量的吸附剂，水分、毒气都可以减少，从而保证运行人员安全。适量的吸附剂，水分、毒气都可以减少，从而保证运行人员安全。活性炭：活性炭：吸附能力强，但选择性差，能吸附吸附能力强，但选择性差，能吸附SF6，所以不能用于，所以不能用于GIS；活性氧化铝：活性氧化铝：不吸收不吸收SF6，吸收大部分分解物，有较好选择性，是，吸收大部分分解物，有较好选择性，是GIS设备较理想的吸附剂；设备较理想的吸附剂；烧碱：烧碱：能吸附大部分分解物，吸附能力较好，和氧化铝相似；能吸附大部分分解物，吸附能力较好，和氧化铝相似；石灰：石灰：吸附吸附 能力好，但是吸附能力好，但是吸附 较差；较差；分子筛：分子筛：对对 吸附能力好，不太理想的吸附剂。吸附能力好，不太理想的吸附剂。22SO F5 GIS设备中的吸附剂设备中的吸附剂 210S F O2SO吸附剂总用量：吸附剂总用量：1AgsBVWqWWWWC吸附剂吸收分解物用量吸附剂吸