電器工程氣體應(yīng)用
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2024-03-30
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在當(dāng)今的電力工程領(lǐng)域中,六氟化硫是一種應(yīng)用廣泛的電負(fù)性氣體,從它發(fā)明至今,已有百年歷史。它最初是由法國(guó)兩位化學(xué)家Moissan和Lebeau于1900年合成的人造惰性氣體,1940年前后,美國(guó)軍方將其用于曼哈頓計(jì)劃(核軍事),1947年成為商用。當(dāng)前六氟化硫氣體主要用于電力工業(yè)中。作為性能優(yōu)良的絕緣和滅弧氣體,六氟化硫氣體主要用于幾種類型的電氣設(shè)備:六氟化硫斷路器、六氟化硫負(fù)荷開(kāi)關(guān)設(shè)備,六氟化硫絕緣輸電管線,六氟化硫變壓器及六氟化硫絕緣變電站。其中80%用于高中壓電力設(shè)備。
六氟化硫氣體化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,微溶于水、醇及醚,可溶于氫氧化鉀,不與氫氧化鈉、液氨、鹽酸及水起化學(xué)的反應(yīng)。300℃以下干燥環(huán)境中與銅、銀、鐵、鋁不反應(yīng)。500℃以下對(duì)石英不起作用。250℃時(shí)與金屬鈉反應(yīng),-64℃時(shí)在液氨中反應(yīng)。與硫化氫混合加熱則分解。200℃時(shí),在特定的金屬如鋼及硅鋼存在下,能促使其緩慢分解。
六氟化硫耐電強(qiáng)度為同一壓力下氮?dú)獾?.5倍,擊穿電壓是空氣的2.5倍,滅弧能力是空氣的100倍,是一種優(yōu)于空氣和油之間的新一代超高壓絕緣介質(zhì)材料。六氟化硫以其良好的絕緣性能和滅弧性能,在電力工業(yè)中應(yīng)用廣泛,如斷路器、高壓變壓器、氣封閉組合電容器、高壓傳輸線、互感器等。電子級(jí)高純六氟化硫是一中理想的電子蝕刻劑,被大量應(yīng)用于微電子技術(shù)領(lǐng)域。采礦工業(yè)用作為反吸附劑,用于礦井煤塵中置換氧。高純六氟化硫還因其化學(xué)惰性、無(wú)毒、不燃及無(wú)腐蝕性,還被廣泛應(yīng)用于金屬冶煉(如鎂合金熔化爐保護(hù)氣體)、航空航天、醫(yī)療(X光機(jī)、激光機(jī))、氣象(示蹤分析)、化工(高級(jí)汽車輪胎、新型滅火器)等。隨著當(dāng)今科技的發(fā)展,六氟化硫涉及的領(lǐng)域不斷擴(kuò)展,被越來(lái)越多的基礎(chǔ)領(lǐng)域和科技領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。
但是,六氟化硫具有一定危險(xiǎn)性。六氟化硫純品,毒性較低、性狀穩(wěn)定,但人在吸入80%六氟化硫+20%的氧氣的混合氣體幾分鐘后,人體會(huì)出現(xiàn)四肢麻木,輕度興奮癥狀。六氟化硫氣體充入高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)有一定的壓力,因此,氣體泄漏的概率較高,而空氣中的氧氣含量充足,這樣使得六氟化硫泄漏后與氧氣結(jié)合產(chǎn)生毒性的條件充分。這是需要防護(hù)的情況之一。除此之外,一旦六氟化硫氣體遇到高熱、高溫,如電弧,會(huì)產(chǎn)生出副產(chǎn)物—氧化硫和氟化氫氣體,它們與未分解的六氟化硫氣體共存。此時(shí)就有三種毒氣存在。
二.六氟化硫斷路器(GCB)簡(jiǎn)介
六氟化硫斷路器,簡(jiǎn)稱GCB,是利用六氟化硫氣體作為滅弧介質(zhì)和絕緣介質(zhì)的一種斷路器。六氟化硫用作斷路器中滅弧介質(zhì)始于20世紀(jì)50年代初,由于這種氣體的優(yōu)異特性,使這種斷路器單斷口在電壓和電流參數(shù)方面大大高于壓縮空氣斷路器和少油斷路器,并且不需要高的氣壓和相當(dāng)多的串聯(lián)斷口數(shù)。在60~70年代,六氟化硫斷路器已廣泛用于超高壓大容量電力系統(tǒng)中。80年代初已研制成功363千伏單斷口、550千伏雙斷口和額定開(kāi)斷電流達(dá)80、100 千安的六氟化硫斷路器。而如今,它更是廣泛的用在電力領(lǐng)域中,成為了不可或缺的設(shè)備之一。
與傳統(tǒng)斷路器相比,六氟化硫斷路器具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)。
1.能夠充分發(fā)揮氣流的吹弧效果,滅弧室體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、開(kāi)斷電流大、燃弧時(shí)間短,開(kāi)斷電容或電感電流無(wú)重燃或無(wú)復(fù)燃,過(guò)電壓低。
2.電氣壽命長(zhǎng)。在50kA滿容量情況下可連續(xù)開(kāi)斷19次,累計(jì)開(kāi)斷電流可達(dá)4200kA,且適于頻繁操作。
3.絕緣水平高。六氟化硫氣體在0.3MPa氣壓時(shí),通過(guò)了各種絕緣試驗(yàn)并有較大裕度,累計(jì)開(kāi)斷電流3000kA以后,在0.3MPa氣壓下每個(gè)斷口還可耐受工頻電壓250kV達(dá)1 min,將六氟化硫氣體減至零表壓仍可耐受工頻電壓166.4kV電壓5分鐘。
4.密封性能好。六氟化硫氣體含水量低,滅弧室、電阻和支柱分成獨(dú)立氣隔,現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)不用打開(kāi),安裝好后用自動(dòng)接頭連通,且安裝檢修方便,并可防止臟物和水分進(jìn)入斷路器內(nèi)部。
5.自我保護(hù)和監(jiān)視系統(tǒng)完備。斷路器中的信號(hào)缸可實(shí)現(xiàn)對(duì)斷路器的自我保護(hù),密度繼電器可以監(jiān)視六氟化硫氣體泄漏,壓力開(kāi)關(guān)和安全閥可以監(jiān)視液壓機(jī)構(gòu)壓力,保護(hù)液壓系統(tǒng)安全。除此之外,液壓機(jī)構(gòu)還采用了可防止 "失壓慢分"的閥系統(tǒng),本體上就可進(jìn)行機(jī)構(gòu)閉鎖,保證運(yùn)行安全。
雖然六氟化硫斷路器具有上述諸多優(yōu)點(diǎn),但由于六氟化硫本身的缺陷,使得由它制成的斷路器也存在很多缺陷。六氟化硫氣體在放電時(shí)的高溫下會(huì)分解出有腐蝕性的氣體,對(duì)鋁合金有嚴(yán)重的腐蝕作用,對(duì)酚醛樹(shù)脂層壓材料、瓷絕緣也有損害。若把六氟化硫和氮?dú)饣旌鲜褂?,?dāng)六氟化硫含量超過(guò)20%~30%時(shí),其絕緣強(qiáng)度已和全充六氟化硫時(shí)絕緣強(qiáng)度相同,而腐蝕性又大大減少,因此六氟化硫?;旌系?dú)馐褂茫诹驍嗦菲髦?,六氟化硫氣體的含水量必須嚴(yán)格規(guī)定不能超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)。水會(huì)與電弧分解物中的四氟化硫產(chǎn)生氫氟酸而腐蝕材料。當(dāng)水分含量達(dá)到飽和時(shí),還會(huì)在絕緣件表面凝露,使絕緣強(qiáng)度顯著降低,甚至引起沿面放電。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及上述論析都表明:六氟化硫斷路器由于絕緣結(jié)構(gòu)體積較小,若六氟化硫氣體的含水量較高,則將使絕緣水平大大下降,接觸電阻急劇增加,在運(yùn)行中易發(fā)生損壞或爆炸事故。因此,各制造廠及運(yùn)行部門(mén)都要求有嚴(yán)格的密封工藝,同時(shí)規(guī)定六氟化硫氣體的含水量不得超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)。中國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)是六氟化硫氣體的含水量應(yīng)小于
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