具有优异绝缘和灭弧性能的 SF6气体SF6气体具有优异的绝缘和灭弧性能。现在没有一种介质或混合介质有如此良好的性能从而完全取代它。迄今只发现和使用某种混合气体（如＊厂一＊。或SF6一空气）可用作绝缘，但用作灭弧还不如纯SF6气体。

   SF6气体已有百年历史，它是法国两位化学家 Moissan和 Lebeau于 1900年合成的，1947年提供商用。当前SF6气体主要用于电力工业中。SF6气体用于4种类型的电气设备作为绝缘和／或灭弧；SF6断路器及SF6负荷开关设备、SF6绝缘输电管线、SF6变压器及SF6绝缘变电站。从用气量讲，80％用于高中压开关设备。

SF6气体之所以适用于电力设备，因它主要有如下特性：

·强负电性，具有优异的灭弧性能；

·绝缘强度高，在大气压力为空气的3倍；

·热传导性能好且易复合，特别是当SF。气体由于放电或电弧作用出现离解时；

·可在小的的气罐内储存，这是因为室温下加高压易液化；

·供气方便，价格不贵且稳定。

SF6气体与温室效应

    1997年全球变暖的京都议定书中，将CO2及SF6等6个气体列为温室效应气体。在这6个气体，CO2对温室效应的影响最大，占60％以上。每年约排放CO2气体210亿t。而SF6气体对温室效应的影响为最小，约占0．1％。那么为什么要将SF6气体列为温室效应气体呢？主要是SF6气体对温室效应有着巨大的潜在危险。主要原因有二：一是 SF6分子对温室效应潜在影响大，一个SF6分子对温室效应的影响相当于CO2分子的约25000倍；另一个是SF6气体排放在大气中后，它的寿命特长，约为3200年。这两条原因说明SF6气体具有很大的潜在危险。SF6气体每年世界产量约5000～8000t，其中一半以上用于电力工业，而电力工业中，又80％用于高中压开关及其成套设备。

    为了减小SF6气体对温室效应的影响，应从三方面着手，首先SF6开关设备产品在设计时，尽量减少SF6气体的用量，同时要采取严格的密封措施，尽量减少因泄漏而向大气的排放量。对于用户来说，为设备寿命终了时，不能随意将设备内的SF6气体排入大气，应由SF6气造商回收。SF6气造商要从用户那里回收用过的SF6气体，对它加以处理，重新使用。这样形成三者为一体的良性循环系统，有助于减少SF6气体的排放量，也就减少了SF6气体对温室效应的影响。

SF6气体被列入温室效应气体，也引起国际电工委员会的极大注意。国际电工委员会在它的1995年技术报告IEC1634（1995—04）中就提到％。SF6气体对温室效应的影响问题。在高中压开关设备中，高压开关设备的用气量大，而中压 SF6开关设备用气量仅为高压设备的 1／10。在高压开关设备中又以GIS用气量最大。因之，IEC要在标准中漏气量。如1999年IEC SC 17C／243／INF文件正式提出了修订IEC 60517（1990）《额定电压72.5kV及以上气体绝缘金属封闭开关设备》。标准修订草案相对1990年版本有许多变化。如其中将SF6气体密封的允许泄漏率从3％或1％降低为0．5％。这就是说，若相对漏气率1％而言，现修订后要求降低一半，也就是说，对漏气率更加严格。漏气率的降低，意味着SF6排气量的减少，这就减少了SF6气体对温室效应的影响。气体开关设备现年漏气率为1％，年排气量为5000t，加权它一个分子影响倍数为CO2分子的25000倍，相当于1．25亿tCO2的泄漏量。若SF6年漏气率为 0. 5％，那就大大减少了 SF6气体排放量及对温室效应的影响。

    由于各方的努力，特别是电工行业有镁业，SF6气体的排放量有了明显的减少。在2000年

国际大电网会议上传来一个好消息，根据Max—Planck研究所对1995～1998年间SF6气体排放量的测定，此间SF6气体排放量下降了20％。

SF6混合气体

    为了减少SF6气体的用量和排放量，30多年来人们一直寻找可替代SF6气体的气体或液体介质。在这方面，国际大电网会议作出了努力。为此，1998年，国际大电网会议就气体绝缘输电管线（GIL）问题，组织第21／23／33研究委员会共同讨论。会议讨论认为，NZ／SF。混合气体用于GIL为最佳绝缘介质。在2000年国际大电网会议上又进一步指出，从环境、经济和绝缘观点看，GIL的最佳气体绝缘为 N2／SF6混合气体，其中SF6占20％组分。与纯SF6气体相比，雷电冲击耐受水平相同，而混合气体下的交流耐受电压提高10％。这对GIL的可靠性起到积极作用。

    在2000年国际大电网会议第15研究委员会（绝缘材料）也讨论到空气一SF6混合气体的使用问题。许多报告指出，用约20／80％SF6-空气混合气体作为纯绝缘任务是可行的，但对于断路器中的灭弧需要用纯SF6气体。

    第21／23／33研究委员会在共同讨论中也指出，因为GIL中仅要求绝缘性能，故使用N2／SF6混合气体占有优势。但在断路器中，用这种混合气体就不经济，因为开断能力会大大下降，它的开断能力与40年前的压缩空气断路器相当。

利用20％／80％SF6混合气体，西门子公司已研制出3000MW以上的气体绝缘输电管线。

SF6气体及分解物的毒性问题

纯净的SF6气体一般认为无毒。检验方法是用79%的SF6与21%的O2混合，即用SF6取代空气做动物实验，24小时暴漏后无中毒现象。

SF6在生产过程中会有少量生成物，其中S2F10认为是有巨毒的，但经过净化处理可以完全消除。纯净的SF6气体虽然无毒，工作中要防止SF6气体浓度的上升到缺氧的水平，即空气中O2的比例不得低于16%（20％SF6和 %氮气，16%的氧气）。美国卫生标准建议，对于工作人员每天工作八小时的场所，SF6气体的极限浓度为 1000X10-6V／V（0.1％）比上面提到的数值（20％SF6）低过两个数量级以上，是绝对安全的。其它各国标准中也有相应的规定。

    SF6气体的密度大约是空气的五倍。SF6气体如有泄漏必将沉积于低洼处，如电缆沟在浓度过大会出现使人窒息的危险，设计户内通风装置时要考虑到这一情况。另外，SF6气体通过对流能与空气混合，但速度很慢。气体一旦混合后就形成了SF6气体和空气的混合气体，不会再次分离。

    问题严重的是，电弧作用下SF6气体的分解物如SF4，S2F2，SOF2，SO2F2，SOF4和HF等，它们都有强烈的腐蚀性和毒性。

    （1）SF4（四氟化硫）

    常温下SF4为无色的气体，有类似SO2的刺鼻气味，在空气中能与水分生成烟雾，产生SOF2和HF，SF6气体可用碱液或活性氧化铝（A12O3）吸收。SF6气体对肺有侵害作用，影响呼吸系统，其毒性与光气相当。美国标准中（下同）规定空气中SF6气体的极限浓度为0.1X10-6（V／V）。

    （2）S2F2（氟化硫）

    常温下为无色气体，有毒，有刺鼻气味，通水分能完全水解形成S，SO2和HF。S2F2对呼吸系统有类似光气的破坏作用。空气中的极限浓度为0.5X10-6（V／V）。

    （3）SF2（二氟化硫）

    SF2的化学性能极不稳定，受热后性能更加活泼，易水解成S，SO2和HF。SF2气体可用碱液或活性氧化铝吸收。空气中的极限浓度为 5X10-6（V／V）。

    （4）SOF2（氟化亚硫）

    SOF2为无色气体，有臭鸡蛋味，化学性能稳定。它与水分反应缓慢，并能快速地为活性氧化铝或活性炭吸附。SOF2为剧毒气体，可造成严重的肺水肿，使动物窒息死亡。空气中的极限浓度为0.6～IX10-6（V／V）。

    （5） SO2F2（二氟化硫酸）

    SO2F2为无色无臭气体，化学性能极为稳定，加热到150℃时也不会与水和金属反应。SO2F2不易被活性氧化铝吸收，但可被KOH和NH4OH缓慢吸收。SO2F2是一种能导致痉挛的有毒气体。它的危险性在于无刺鼻性嗅昧且不会对眼鼻粘膜造成刺激作用，故发现中毒后往往会迅速死亡。空气中的极限浓度为5X10-6（V／V）。

    （6）SOF4（四氟亚硫酰）

    SOF4为无色气体，有刺鼻性气味，能被碱液吸收，与水反应会生成SO2F2。SOF4是有毒气体，对肺部有侵害作用。空气中的极限浓度为0.5X10-6（V／V）。

    （7）HF（氢氟酸）

    HF是酸中腐蚀性最强的物质。对皮肤、粘膜有强烈刺激作用，并可引起肺水肿和肺炎等、空气中的极限浓度为1．8（V／V）～3×10-6（V／V）o

    其它分解物在空气中的极限浓度见表。

    考虑到表中大多数有毒分解物如 SOF2，SOF2和 WF6会转化成毒性较小的 HF，SO2和SOF2这些气体在很低浓度下就因有味很易被察觉（只有SO2F2例外，但它总与有臭鸡蛋味的 SOF4在一起），加上这些气体能被味觉检测到的浓度又比造成伤害的浓度低两个数量级，所以工作人员能轻易地得到警告，使危险性大为减小。当工作人员接近SF6电器设备闻到有刺鼻性的气味时，应立即设法防止吸人气体并迅速离开。

    检修SF6电器设备不可避免会接触到SF6分解物。另外SF6电器设备损坏时，例如SF6绝缘的封闭组合电器由于内部电弧故障使压力释放装置动作或者外壳烧穿时，会有大量SF6气体及其分解物向外排放到大气中。为了保证检修人员的安全以及减少对周围环境造成的影响，应该采取一些必要的预防措施。预防措施有：

    （1）所有安装有SF6电器设备的场所内应该装置有合适的自然通风或强制通风装置。这些通风装置应能保证在最坏的条件下，例如有大量的SF6气体及其分解物向外排出时，足以使有毒的分解物稀释到可以容许的程度。在安装场所的人口处，工作人员应能方便地启动通风装置。另外，也可利用SF6的检测装置对部分通风装置实行自动启动。还要防止SF6气体及其分解物进人其它没有通风装置的房间中。

    （2）除对检修人员进行安全知识的培训外，还应给检修人员配备合适的保护衣眼和鞋袜手套，化学型的工业防护眼镜，防毒面具，有活性过滤器的呼吸保护装置等。为安全起见，检修现场还应配备有氧气呼吸装置的急救设备。

    （3）利用真空吸尘器尽快清除SF6电器设备内部存在的分解物。清理后，对残留的分解物可用干燥、不起毛的抹布来清除。清扫过程中已被污染的清扫材料及固态分解物都应放在双层的塑料袋中。未经处理不得任意抛弃，以免造成对环境的污染。

    SF6电器设备的应用已近50年，在这段时间内已经积累了大量SF6气体方面的知识和经验。只要严格按照国家或制造厂的有关规程进行工作，就能确保SF6电器设备安全可靠以及有关人员的人身安全。

六氯化硫电器设备中的水分控制

    SF6气体中的水分必须控制在一定限度内，否则将给SF6电器设备的安全运行带来问题。水分造成的危害有两个方面：

    （1）水分引起的化学反应

    常温下SF6气体是非常稳定的，温度低于500℃时一般不会自行分解，但是水分较多时，200℃以 上就有可能产生水解

                        2SF6＋6H2O→2SO2 ＋12HF＋O2                         

HF是氢氟酸，有很强的腐蚀性，又是对生物肌体有强烈腐蚀性的剧毒物。SO2遇水后生成亚硫酸H2SO3也有腐蚀性。水分的危害更主要的是在电弧高温作用下SF6气体分解过程中水分所起的化学反应。化学反应中最后的生成物（见表2）也都是随水分含量的增大而增加。为了有毒物质的生成量，必须SF6气体中的水分含量，SF6气体中的水分含量通常用体积比 10-6（V/ V）或重量比 10-6（W／W）表示（国际也有用PPm表示的，即parts per million）。各电器设备制造厂及使用部门都对SF6电器设备中气体的水分含量作出了明确的规定。

（2）水分对绝缘性能的影响    

绝缘件表面出现凝露会对绝缘性能带来不利影响。通常气体中混杂的水分以水蒸气形式存在。在温度降低时，可能冷凝为露水附在绝缘件的表面，出现沿面放电事故。水蒸气冷凝温度0℃以下时，可能冷凝为冰，对绝缘的影响相应将明显减小。气体中的水蒸气在什么条件下凝结成露或冰，取决于气体中的蒸气压力和密度在什么温度下达到饱和值

    （1）即使纯净的 SF6新气体中仍含有一定的水分。我国有关标准中规定，新 SF6气体中的水分含量不得大于×10-6（V／V）SF6电器设备在充填气体前，必须对气体的含水量进行测定，不符合标准的气体不得装入SF6电器设备。

    （2）SF6电器设备的一部件在制造厂装配前一定要干燥处理。绝缘件在加工过程中不得沾水，否则即使采用干燥的方法也不容易把其中的水分全部去尽。对于像GIS这类外壳体积较大的部件，在存放期间应加盖密封，并在其中放入适量的吸附剂。

    （3）在设备安装完毕抽真空前，应放入新的吸附剂。抽真空时的真空度愈高，零部件中的残留水分抽出愈多，一般在真空度达到133Pa（ITorr）时，还应继续抽真空一小时以上，以便使零部件，特别是有机绝缘材料零部件中的水分有足够时间排出。

    （4）改进SF6电器设备的密封结构，提高密封面的加工精度与装配质量，选用优质的密封垫圈，这样可以减小外界水蒸气的进入。在SF6电器设备中虽然SF6气体的压力比外界高，但对SF6气体中的水蒸气而言，外界水蒸气的分压力比设备内部高。运行经验证明，漏气量大的SF6电器设备（说明密封不良）其含水量容易超标就是一个证明。对于漏气量大的SF6电器设备如果不采取有效措施，只采用不断补气的方法，最终将导致设备内部的水分严重超标。对用户来说，这一点是特别重要的。

（5）SF6电器设备内安放吸附剂可以有效地减少内部的水分含量。在SF6电器设备交接运行前，以及在设备运行过程中，都要对设备内SF6气体中的水分含量进行测定。由于 SF6电器设备内的零部件，特别是有机绝缘材料的零部件，在加工、储存与装配过程中必定要吸附空气中的水分，这些水分很难通过短时间抽真空的方法全部清除，因此相当一部分的水分仍会吸附在零部件中。由于零部件中的水分含量往往大于干燥SF6气体中的水分含量，在使用过程中就会慢慢地向SF6气体中排放。当温度增加时，分子热运动加速导致零部件中放出的水分增加，使气体中的含水量增大；温度降低时又可能从气体中吸附一部分水分，使气体中的水分含量减少。所以不同温度下对同一SF6电器设备进行水分含量测定时，测定结果会有较大的差别。不同的电器设备其水分含量受环境温度的变化也是不同的。要比较电器设备使用过程中SF6气体的水分含量有无变化，应该对同一温度下测得的数据进行比较，才能得出正确的答案。SF6和SF6电器设备对于水分含量的规定，应该标明相应的环境温度。

吸附剂的吸水性能

对于不产生电弧分解物的电器设备，如SF6气体绝缘变压器充气式开关柜以及GIS中除断路器以外的其它隔室，吸附剂主要用来吸附水分以保证气体的含水量不止超过标准的规定。

表给出国产吸附剂的吸水性能。

吸附剂的安装有两种方式：

1．静吸附式

依靠气体自身的扩散，对流产生的吸附称吸附剂。一般SF6电器设备中都采用这种方式。吸附剂应放于设备检修容易方便取出的位置。

2．动吸附式

将装有吸附剂的过滤装置放在气体必然经过的通道中，气体通过过滤装置产生吸附作用。显然动吸附式的效果好，常用于SF6气体的充放气装置中。

●摘于：高压断路器原理和应用   清华下载本文