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六氟化硫气体简介

文章出处:责任编辑:作者:人气:-发表时间:2022-04-07 11:16:00【

 一.六氟化硫的历史

自1900年法国化学家摩森(H.Moissan)和李博(P.Lebeau)在实验室中将硫在氟气中燃烧以制备六氟化硫(SF6)气体以来,人们已从中收益非浅。因纯SF6气体的化学稳定性,早期用于进行人工治疗肺结核空洞;同时因其优异的绝缘和灭弧性能也倍受人们的关注。从1940年作为绝缘介质开始,迄今已被广泛地应用在电力设备中,如高压断路器、变压器、互感器、电容器、避雷器、接触器、熔断器、管道母等。

二.六氟化硫的物理性质

SF6作为一种绝缘气体,具有很多优点,是一种无色、无味、无毒、不可燃的惰性气体,并有优异的冷却电弧特性,特别是在开关设备有电弧高温的作用下产生较高的冷却效应,避免局部高温的可能性。SF6的绝缘性能远远超过传统的油、空气绝缘介质。其用于电气设备中,可以缩小设备的尺寸,提高设备绝缘的可靠性。其缺点是在电弧放电时,分解形成硫的低氟化合物,不但有毒,且对某些绝缘材料和金属具有腐蚀作用。SF6是一种比较重的气体,在相同条件下,其密度是空气的5倍,其压力与温度的关系遵循理想气体定律。临界温度是SF6气体出现液化的最高温度,临界压力表示在这个温度下出现液化所需的气体压力。SF6只有在温度高于45℃以上时,才能保持气态,在通常使用条件下,它有液化的可能性,因此SF6不能在过低温度和过低压力下使用。SF6的优良导热性能,是形成SF6灭弧性能的原因之一。SF6的导热性好可归结为两种原因,一是SF6的分子量大,比热大,其对流的传热能力优于空气,二是在高温下产生的冷却效应。

三.六氟化硫的化学性质

SF6气体本身的化学效应是非常稳定的,并且有着非常高的绝缘强度。在大气压力下和温度至少在500℃以内,SF6具有较高的化学稳定性,在正常温度范围内,其与电气设备中常用的金属是毫无反应的。SF6分解的危险温度是600℃左右,此时SF6分解形成硫的低氟化合物,因此,SF6至少在电气设备的A级绝缘温度,即105℃以内是相当稳定的。

四.六氟化硫的电气特性

SF6是一种具有高介电强度的介质。在均匀电场下,SF6的介电强度约为同一气压下空气的2.5~3倍,在3个大气压下其介电强度与变压器油相当。实践证明:在空气掺入少量六氟化硫气体,空气的绝缘强度显著提高;相反,在六氟化硫气体中加入少量的空气则六氟化硫气体的绝缘强度也会明显下降。由于SF6的介电强度高,因此,在对相同电压等级和和开断电流相近的断路器,SF6的串联断口数要少,例如我国研制的LR-220型SF6断路器,单断口电压为220KV;又如500KV的少油断路器为6~8个断口,而SF6断路器只有3~4个断口。SF6的电晕起始电压比空气高得多,介电强度与所加电压的频率无关,但是应该引起注意的是电场均匀性、杂质、电极的形状和不规则性等,对SF6的介电强度均有一定强度。SF6气体中的水分对绝缘将发生影响。SF6中所含水分超过一定浓度时使SF6在温度达200℃以上就可能产生分解,分解的生成物中有氢氟酸,这是一种有强腐蚀性和剧毒的酸类。此外,水分的凝结对沿边绝缘也有害的。因此,在SF6的电气设备中,应严格控制水分的含量。

五.六氟化硫的分解特性

纯净的SF6气体一般公认是无毒的。SF6在生产过程中会有少量伴随的生成物,其中S2F10是公认的剧毒气体,但经过净化处理可以完全将它除净。纯净的SF6气体虽然无毒,但在工作场所要防止SF6气体的浓度上升到缺氧的水平。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,如电缆沟中。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。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SF6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的分解物如SF4,S2F2,SF2,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。 SF4气体可用碱液或活性氧化铝(Al2O3)吸收。SF4气体对肺有侵害作用,影响呼吸系统,其毒性与光气相当。

2)S2F2(氟化硫)

常温下为无色气体,有毒,有刺鼻气味,遇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。

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。

4)SOF2(氟化亚硫酰)

SOF2为无色气体,有臭鸡蛋味,化学性能稳定。它与水分反应缓促,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。

5)SO2F2 (二氟化硫酰)

SO2F2为无色无臭气体,化学性能极为稳定,加热到150 °C时也不会与水和金属反应。SO2F2不易被活性氧化铝吸收。SO2F2是一种能导致痉孪的有毒气体。它的危险性在于无刺鼻性嗅味且不会对服鼻粘膜造成刺激作用,故发现中毒后往往会迅速死亡。

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是有害气体,对肺部有侵害作用。

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。

六.六氟化硫微水超标的危害性

常态下,SF6气体无色无味,有良好的绝缘性能和灭弧性能,一旦大气中的水分浸入或固体介质表面受潮,则电气强度会显著下降。当气温骤降时,SF6气体过量水可能会凝结在固体介质表面而发生闪络,严重时造成断路器发生爆炸事故。纯净SF6气体,在运行中,受电弧放电或高温后,会分解成单体的氟、硫和氟硫化合物,电弧消失后会又化合成稳定的SF6气体。当气体中含有水分时,出现的氟硫化合物会与水反应生成腐蚀性很强的氢氟酸、硫酸和其他毒性很强的化学物质等,危及维护人员的生命安全,对断路器的绝缘材料或金属材料造成腐蚀,使绝缘劣化,甚至发生设备爆炸。要完全清除SF6断路器内SF6气体的水分是不可能的,但是掌握SF6气体微水超标的原因,采取相应的预防控制措施,减少SF6气体中的水分,可以保证和提高断路器的安全运行可靠性。

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