5SF6断路器ABB.ppt
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1、1,SF6断路器,清华大学 徐国政 联系电话:01062784520(办) 01062782591(宅) E-mail: ,2,1六氟化硫(SF6)气体的基本特性,SF6无色、无味、无毒、不会燃烧,化学性能稳定,常温下与其它材料不会产生化学反应。 绝缘性能优良: 0.3MPa 与变压器油相同。(表面、杂质、超净) 灭弧性能优良: 1.热时间常数小(1s,空气100s),弧柱体积小,能量少; 2.负电性:SF6活动性差,减少导电性,易与SF6复合; 3.优良的热特性:ua 低,Ea=10V/cm(0.1MPa) 易液化:P 液化T ,20 0.6MPa,液化温度25 使用中注意:水分控制、漏气量
2、问题。,3,SF6 分子量为 146 约是空气分子量 28.8 的 5.1倍,因此同样体积的 SF6 气体比空气重得多 工业上制造 SF6 是将单质硫和过量气态氟直接化合 S 3F2 SF6Q(放热反应) 直接合成的粗品中,一般含有 5% 左右的杂质,经一系列净化处理后,才能得到纯度在 99.8 % 以上的 SF6 精品。 SF6 通常以液态保存。,六氟化硫(SF6)气体的基本特性,4,为了保证 SF6 的纯度和质量,除国际电工委员会(IEC)和我国国家标准外,各气体制造厂也多规定了产品的质量标准,有关数据如表 4.1 所示。用户可据此进行复检和验收。 临界温度可液化的最高温度。 45.6 (
3、 N2 -147 ) 临界压力临界温度下,液化所需压力。 3.85 MPa N2 3.46 临界温度高,易液化,常温下也可液化。 使气体液化的最低压力称为饱和蒸汽压力。与气体种类有关。,六氟化硫(SF6)气体的基本特性,5,2六氟化硫气体的状态参数,主接线曲线AA为饱和蒸汽压力曲线是气态液态、固态的分界线。 曲线上的几个特殊点: M熔点,共相点 PM = 0.228MPa;TM = 50.8 B沸点, 0.1MPa下,固体 液体的温度。 TB0.1MPa,TB=63.8 由 T、P 延 线 液化温度-30,图5.3 SF6气体的状态参数,6,一般单压式户外 SF6 断路器 20 时的额定气体压
4、力为 0.7 MPa(绝对压力)可以在 25 以上的环境条件下工作。 假定SF6电器设备的密封性能良好,没有气体向外泄漏,则电器设备内的气体密度为常数。 压力变化并不说明气体一定有泄漏,只有在同一温度下对比不同时间下的压力才能得出正确的结论。为此,SF6电器设备中常常要求装置密度继电器,用以直接反映气体的泄漏情况。,六氟化硫气体的状态参数,SF6 电器设备的最低工作温度与 20时的气体压力有关,表 11.5 给出了最低工作温度与 SF6 气体压力的有关数据。,7,SF6 气体泄漏的监测,假定没有气体向外泄漏,则气体密度为常数。 气体压力减小并不说明气体一定有泄漏, 只有在同一温度下对比不同时间
5、下的压力才能得出正确的结论。 为此,SF6电器设备中常常要求装置密度继电器,用以直接反映气体的泄漏情况。,气体无泄漏,只是由于内部气体温度下降而使压力降低时,双金属片的温度补偿装置,使得压力指示保持不变。 能够真实地反应气体的泄漏情况。,8,3六氟化硫气体的化学特性,常温常压下SF6气体是一种可与氮气相比的性能十分稳定的气体。 高温下,加上水分的作用会产生有毒气体。,9,3六氟化硫气体的化学特性,常温常压下SF6气体是一种可与氮气相比的性能十分稳定的气体。 高温下,加上水分的作用会产生有毒气体。,10,表11.6 SF6气体分解物的化学稳定性与毒性,注1 未曾分解的气体,职工允许每天接触八小时
6、的极限值 注2 指的是表中划有横线气体的味觉 注3 老鼠接触60分钟的致命浓度,11,4六氟化硫气体及其分解物的毒性问题,纯净的SF6气体一般公认是无毒的。 工作场所要防止SF6气体的浓度上升到缺氧的水平 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。 当工作人员接近 SF6 电器设备闻到有刺鼻性的气味时,应立即设法防止吸入气体并迅速离开。 检修 SF6 电器设备不可避免会接触到SF6分解物。 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。,12,5. 六氟化硫电器设备中的水分控
7、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)水分影响有毒物质生成 (2)水分影响绝缘 表面凝露 SF6气体中的水分含量通常用体积比106(V/V)或重量比106(W/W)表示 (国际上也有用parts per million ppm表示的)。 制造厂及使用部门都对 SF6 电器设备中 SF6 气体的水分含量作出了明确的规定。,13,水分影响绝缘 表面凝露,某一温度下,当水蒸汽压力(密度)达到或超过该温度下的饱和压力(密度),过量的水蒸汽分子就会凝结,若此时温度 00C,则凝结成水(凝露),温度 0 0C 结冰。 表 5
8、.7给出, 0 0C 时的水蒸汽饱和压力为 611Pa。 只要 SF6 气体中水蒸汽的分压力低于 611Pa,水蒸汽只有在温度低于 0 0C 时才能凝结成冰,不会给绝缘性能的降低带来很大的影响。,14,从凝露角度对水分的要求,表11.7 水蒸气的饱和参数,15,SF6电器设备中允许的水蒸气含量(简称水分含量或含水量)通常以体积比或重量比表示,体积比,按照理想气体状态方程:假设0C下水蒸气分压力为611pa(水蒸气的饱和压力),折算到20C下水蒸气分压力,若p 为20C下SF6电器设备的气体总压力,则允许的水分含量(体积比),如果水蒸气分压力按10C的259 pa 考虑,则,体积比,P264,1
9、6,表11.8 不同压力下允许的水分含量106 V/V 假定 0 0C下水蒸汽分压力 PV = 611 Pa, 折算到 20 0C 为 655.8 Pa ;10 0C时为 259 Pa 考虑,综合考虑后 表11.9 GB7674中水分含量的允许值 106V/V,SF6电器设备对水分含量的要求是非常严格的。因此,在生产、按装,调试各个节中都应对水分严加控制。,17,6. 吸附剂的应用,SF6气体在电弧作用下产生的各种有毒物质以及内部残留的水分,都得通过吸附剂来吸收。 只要吸附剂选择正确,数量得当,水分及有毒物质的数量都能控制在允许的范围内。,18,7. 六氟化硫气体的绝缘性能,电场不均匀程度对S
10、F6气体击穿电压的影响 1.在均匀电场中SF6气体的击穿电场强度大约是空气的三倍。 2在极不均匀电场下这一比值将大为缩小。 3.大多采用稍不均匀电场的结构,用得较多的是同轴园柱与同心园球。 4.有极性效应,高气压下击穿电压, 负极性 正极性,19,8. 六氟化硫气体中的电弧,电弧具有高温的弧芯和低温的弧焰。 电流很小时仍能维持弧芯的导电状态。截流值低。 电弧电压低,电弧功率低,对熄灭电弧有利。 电负性气体,介质强度恢复快。 绝缘性能好,开距小,有利于开断电流的提高。,图.44 SF6气体中电弧径向的温度分布,20,SF6气吹断路器灭弧室的喷口,SF6气吹断路器中,常采用图中的缩放形喷管,又称“
11、拉伐尔喷管”。 当入口处气体 p 足够大时,喉部 v 达到当地的音速,过了喉部后气流继续加速和减压。 气流速度v 超过音速称为超音速(超临界)流动,而气流入口处到喉部的距离内,气流速度低于音速称为亚音速(亚临界)流动。,由于喷管内各地的流量是相同的,喉部处流量与截面积 S 的比值即流量密度最大,散热效果最好,因此断路器中,电弧的位置常安排在喷管的喉部处。,21,喷管气流中的热堵塞,大电流燃弧期间的一个重要现象是电弧对气流的热堵塞。 喷管中有电弧存在时的气流状况必然与无电弧时的冷态气流不同 从流量角度考虑,电弧的出现会使喉部的有效面积和流量减小,另外电弧对喉部上游气流的加热又会使上游气体温度和压
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