SF6气体的基本特点

(一)SF6基本物理化学性质

SF6气体是目前高压电器使用的最优良的灭弧和绝缘介质,它无色无味无毒,不会燃烧,化学性能稳定,在常温下不与其他材料产生化学反应。

SF6气体的分子结构是以1个硫(S)原子为中心,6个氟(F)原子处于各顶端的八面体,SF6气体的分子结构见图3-1。氟原子是一个在各元素中负电性极强的元素(强力吸附电子的能力称为负电性,比空气高几十倍)。在20℃时,SF6的气体密度为6.14g/L,约为空气密度1.29g/L的5倍,所以在空气中易于下沉致使下部空间SF6浓度升高,且不易扩散和稀释(这是造成窒息事故的重要原因)。

SF6的临界压力和临界温度都很高(3.9MPa、45.6℃)。临界温度表示气体可以被液化的最高温度,临界压力表示在这个温度下出现液化所需的气体压力(即饱和蒸气压力)。气体临界温度越低越好,表明它不容易被液化。SF6气体的临界温度为45.6℃,表明温度高于45.6℃后才能恒定地保持气态,在该温度下,只要压力足够就可以被液化。因此,SF6气体不能在过低温度和过高压力下使用。

图3-2　SF6气体和空气在工频电压下击穿电压的比较(www.xing528.com)

SF6气体的传热特性:SF6气体的热传导性能较差,导热系数只有空气的2/3。但是对气体介质而言,它的传热效应往往不单是传导作用,分子的扩散运动携带的热量可能产生更显著的影响,影响的程度决定于气体允许流动的空间尺寸,例如气体与热固体表面接触,紧靠表面的局部气体温度升高而膨胀向外扩散(流动),把热量传递出去,这种传热过程为自然对流传热。对流传热的能力与分子比热有关(即气体分子升高温度时吸收了热量,随着分子扩散运动而传递到别处)。SF6分子的比热(定压比热)是N2的3.4倍,因此其对流散热能力比空气大得多,热物体在SF6中的表面散热效果比空气好。

(二)优异的绝缘性能

SF6气体的电子捕获截面极大,具有极强的吸收电子的能力。极强的负电性使SF6气体具有优良的绝缘性能,电极间在一定的场强下发生电子发射时,极间自由电子很快被SF6吸附,大大阻碍了碰撞电离过程的发展,使极间电离度下降而耐受电压能力增强。其次,SF6分子直径比空气中的氧、氮分子大,使得电子在SF6气体中的平均自由行程缩短,而不易在电场中积累能量,从而减小了它碰撞电离的能力。再者,SF6的分子量是空气的5倍,因此SF6离子的运动速度比空气中氮和氢离子的运动速度小得多,正负离子间更容易发生复合作用,从而使SF6气体中带电质点减少,阻碍了气体放电的形成和发展。基于以上特点,SF6气体作为介质不易被击穿,在同一压力下是空气绝缘强度的2.5～3倍,在0.3MPa下绝缘强度与变压器油相当。

SF6气体和空气在工频电压下击穿电压的比较见图3-2。

(三)优异的灭弧性能

由于SF6气体具有极强的负电性以及较高的热传导效率,因此在交流电弧下具有强烈的冷却电弧的能力。而且SF6分子质量大,在交流电弧过零时,电极之间的电子移动缓慢,不能获得使电子再次冲击的速度,这时加上吹弧,电弧就会熄灭。因此,SF6气体具有极其优异的灭弧性能。