六氟化硫开关运行维护知识.docx
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1、六氟化硫开关运行维护学问一, SF6气体特性二, 六氟化硫电气设备运行, 试验及检修人员平安防护细那么DL/T 6391997三, SF6断路器和GIS组合电器平安运行四, 电气设备中SF6气体的管理一, SF6气体特性 SF6运用的历史不长,虽然这种气体早在本世纪初就已被发觉,但在电器上运用是50年头开场的,七十年头以后大量运用而且开展为全封闭式组合电器,成为超高压等级电力断路器的最主要的品种。自1900年法国化学家摩森H.Moissan和李博(P.Lebeau)在试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,早期用于进展人工气胸治疗肺
2、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年作为绝缘介质开场,迄今已被广泛地应用在电力设备中,如高压断路器, 变压器, 互感气, 电容器, 避雷器, 接触器, 熔断器, 管道母等。随着SF6气体运用量的增加,范围的扩大,正确的运用和管理SF6气体,爱护好我们赖以生存的环境及人身平安等问题被提到了重要的议事日程上来。SF6的主要性质六氟化硫SF6是一种无色, 无嗅, 无毒, 不行燃的惰性气体,化学性质稳定,有优良的灭弧和绝缘性能,它的很多物理性质及二氧化碳CO2相识。 其相对密度在气态时为6.16g/cm3(20,0.1MPa时),在液态时为1400g/cm3(20时;在
3、一样状态下约是空气相对密度的5倍。为便于运输和贮存,SF6气体通常以液态形式存在于钢瓶中。SF6的重要物理特性见下表SF6及空气的主要物理特性SF6空气分子量约28.8临界压力(Mpa) 3.85N2:3.46,O2:5.16 临界温度() 介电常数(0.1MPa,25时) 密度(g/l)(0.1MPa,25时), 热导率(W/mK)(30时), 定压比热(J/kg.K)(0.1MPa,25时) 0.666108, 0.996108 绝热系数(0.1MPa,0-1000时), 粘滞系数(Pa.s)(25时) 1.6110-8,1.7210-8 音速(m/s)(20时) 134, 349 气体常
4、数(kg.m/kg.k)(0.1MPa,0时), 分子结合能(eV), 1, SF6的状态参数SF6是一种分子量很大的重气体,简洁液化,因此及志向气体模型差异较大,用志向气体的状态方程式来计算,在高压力, 低温度下会产生很大的误差。例如在20293K下,SF6气体压力及密度的关系及志向气体之比拟如以下图。在气体密度增加时,实际压力值要比志向的低。出现这个差异的缘由在于SF6分子的体积大,当空间容积缩小时,分子间距离减小,吸力增大,使分子及容器器壁间的作用力减弱,即气体压力值降低。 SF6的绝缘特性0.7MPa。因此,早在四十年头SF6就开场用于电缆, 高压静电发生器中,后来才用到开关中,现在又
5、在变压器和高压互感器中应用。SF6用在全封闭的组合电器中,取代放开式分立电器的空气绝缘,使传统的变电站设备构造发生了革命性的变更,这就是SF6绝缘性能所显示出的优越性。SF6气体的高绝缘强度是由卤族化合物的负电性,即对电子的吸附实力造成的。卤族元素中又以F元素的负电性最强,它的化合物SF6仍有强负电性。在温度不太高的状况下108K以下,产生SF6+eSF6 的反响,生成负离子;使空间的自由电子削减,而负离子的活泼性差,抑制了空间游离过程的开展,击穿不易形成,因此绝缘强度大大提高,SF6气体的绝缘强度在不匀称的电场中要降低,这一点在设计及运用中应当引起留意。随着电场不匀称程度的增大,击穿场强下降
6、,作为匀称电场的间隙击穿电压巴申定律,即击穿电压UK及气压间隙乘积pd成正比,只能在很小范围内符合。 试验数据证明,在125mm间隙内,只有电场强度20KV/mm以下才符合巴申定律。因此,不能简洁地靠增大间隙来提高击穿电压,而应当留意改善构造的电场匀称性。 SF6气体绝缘特性还受杂质和电极外表状况影响很大。充入电气设备的气体如混杂了金属细屑,绝缘击穿电压将显著下降。这种影响在工作气压越高时越显著,金属细屑的尺寸越大绝缘强度降低越多。所以在实际加工装配或检修工作中留意清洁条件是很重要的。 电极外表如粗糙不平,局部电场增加,对绝缘强度下降影响也很大,加工光滑度高的外表要比粗糙外表的绝缘强度高。由于
7、外表缺陷,凸起的出现呈随机性质,这种局部电场增加效应也具随机性,对于面积越大的电极,局部放电的几率也越大。这就表现为绝缘强度随电极外表积增大而下降,并渐趋于一个稳定值。金属屑末和电极外表突起造成的绝缘弱点可以通过老练加以改善。老练就是对气体间隙进展屡次重复放电,通过放电燃烧缺陷杂质, 凸起,是间隙的击穿电压提高。此外,也可以采纳在电极外表覆盖绝缘薄层的方法来提高绝缘强度。2, SF6的导热性能 作为电器的绝缘介质,导热性要好,以防止温升过高。SF6气体的热导率是不高的,比空气低1/3。这个参数表示,由于空间分子间的碰撞传递动能而形成的传热实力,SF6不如空气。但是,实际气体的传热过程主要是对流
8、传热,即由于分子的流淌,携带热量转移,SF6分子量大,比热也大,对流传热实力要优于空气。两个大气压的SF6的对流传热实力及变压器油一样。作为灭弧介质,在高温条件下工作,SF6有更为优越的特性。高温条件下的气体的传热过程还多了一个反响能的传递,即由于质点的扩散, 流淌携带电离或分解能,在空间形成传热。这个传热特性及气体的分解, 离解特性有关,SF6分子在2000K旁边高温下大局部被分解成S, F元素或低氟化硫,分解反响汲取能量;在6000K以上形成离解顶峰,产生大量电子, 离子,也汲取能量。因此,在上述两个反响顶峰温度旁边,就形成热导率的顶峰,而主要成分为氮气的空气的分解导热顶峰出现在7000K
9、8000K旁边。SF6的导热顶峰温度处于弧柱导电区外沿,对熄弧过程是特别有利的。3、 SF6的化学特性SF6是一种常温下特别稳定的化合物,不易分解, 变质。在空气中不燃烧,不助燃,及水, 强碱, 氨, 盐酸, 硫酸等不反响;在低于150时,SF6气体呈化学惰性,极少熔于水,微熔于醇。对电器设备中常用的金属及其它有机材料不发生化学作用在大气压下,至少在500以下保持高度的化学稳定性,及金属材料,绝缘材料反响极微;只是在600以上才有较剧烈的分解,产生低氟化合物,有剧烈的腐蚀性。从电工设备方面应用来说,至少在E级绝缘水平下是可以平安运用的在高温下,例如在电弧或电晕放电作用下,SF6将分解成S和F原
10、子,这些原子在高温下降时大局部可以复合成SF6分子,但是在其他成分的参及下,如H2O, Cu, W等,4、 产生金属氟化物和硫的低氟化物,主要反响有:4SF6+Cu+W4SF4+CuF2+WF6,5、 2SF6+Cu+W2SF2+CuF2+WF6在水分参及下,还会生成有严峻腐蚀性的HF: SF4+H2OSOF2+2HF, SOF2+H2OSO2+2HF剧毒这些分解物中,HF , SO2, SF4, SF2等对绝缘材料金属材料有很大的腐蚀作用。由上列分解反响可见,水分起了很坏的作用,是产生腐蚀性, 毒性的主要促成剂。限制SF6气体中的含水量是气体质量限制的主要指标,有关的标准都作了规定,如国际电
11、工协会IEC规定,SF6新气中水分含量不得高于15ppm重量比。必需指出,在各种氟化物中,绝大多数都是有毒甚至剧毒物。上述各分解反响物也是如此,因此在SF6电器设备的运用中平安问题应赐予充分重视。装设吸附剂是个重要方法,活性氧铝活性炭及分子筛都是应用效果较好的吸附剂,它们对吸附水分是有效的。用于电器内部的构造材料应当尽量防止还有硅元素,如SiO2, 陶瓷, 玻璃等,因为F, HF分解物对Si有剧烈的腐蚀作用。聚四氟乙烯,以氧化铝为填料的环氧树脂等是比拟好的材料。4, SF6的灭弧特性气体中的电弧是通过分子游离而形成的导电现象,电弧放电通道中主要是热游离方式,气体温度在40006000K以上时就
12、开场出现热游离导电现象,SF6和空气的电导率随温度的变更特性差异并不大,在4000K以下没有明显的游离,但在电弧的电极金属蒸气参及下,实际的热游离起始温度降低到3000K左右,因此开关电弧的导电下限温度一般在3000K旁边。 电弧的熄灭过程就是弧隙游离产物离子, 电子的复合, 消游离,使间隙复原到绝缘介质状态的过程,这主要通过冷却降温,使电导率降低, 消逝。表示电导减小的速度常用电弧的时间常数来说明,电弧时间常数越小,说明弧柱温度或热量变更越小,灭弧实力越强。SF6的导热实力随温度的变更特性是她它具有优异熄弧实力特性的重要缘由。如前所述,开关电弧以3000K为导电界限温度,电流集中在高于300
13、0K以上的“弧芯区内,外围的低温区称为“弧焰区。SF6气体在3000K以上的导热率低,2000K旁边的导热率特殊高,从径向热平衡考虑,弧焰区的散热良好,温度低,而弧芯区那么导热差,温度高,形成直径细的密集导电区。相对来讲,空气电弧的弧芯直径就比SF6电弧的大。随着电流瞬时值的减小,SF6电弧的弧芯直径也渐渐减小,这种纤细型的弧芯构造可以维持到很小的电流值1A以下。电弧的时间常数及弧芯截面面积R2成正比,即=CR2C为常数,因此,在电流零点旁边,电弧时间常数很小,或者说,剩余弧柱截面很小,这对于弧后介质强度的复原是特别有利的。当整个弧柱温度都降到导电温度3000K以下时,由于SF6气体的导热顶峰
14、,是温度下降速度很快,介质强度复原快速。 此外,SF6气体的负电性也是形成优异灭弧性能的另一因素。在弧焰区和弧后恢复阶段,负电性起很重要作用,他使弧隙自由电子削减,电导率下降,介质温度提高。因此在灭弧室中应供应簇新的气体,尽可能增加SF6气体及弧柱的接触,以增加吸附的过程。 6, SF6气体的毒性来源从有关部门的试验及探讨结果可知,SF6气体的毒性主要来自5个方面。1SF6产品不纯,出厂时含高毒性的低氟化硫, 氟化氢等有毒气体。大家知道,目前化工行业制造SF6气体的方法主要是采纳单质硫磺及过量气态氟干脆化合反响而成;即S+3F2SF6+Q放出热量。在合成的粗品中含有多种杂质,其杂质的组成和含量
15、因原材料的纯度, 生产设备的材质, 工艺条件等因素的影响而有很大差异,杂质总含量可达5%。其组成有硫氟化合物,如:S2, F2, SF2, SF4, S2F10O等;硫氟氧化合物如SOF2, SO2F2, SOF4, S2F10O等以及原料中带入的杂质如HF, OF2, CF4, N2, O2等。为了净化粗品中的杂质,合成后的SF6气体还须要经过水洗, 碱洗, 热解去除剧毒的十氟化物, 枯燥, 吸附, 冷冻, 蒸馏提纯等一系列净化处理过程才能得到纯度在99.8%以上的产品。然后再用压缩机加压,充入降温至-80左右的钢瓶中,以液态形式存在。在运用时减压放出,呈气态冲入电气设备中。 除在上面的合成
16、过程中产生的杂质外,另外,在气体的充装过程中还可能混入少量的空气, 水分, 和矿物油等杂质,这些杂质均带有或会产生肯定的毒性物质。因此,为保证SF6产品的纯度和质量,对出厂的SF6产品国际电工委员会IEC及很多家均制定了质量标准,并要求生产厂家在供货时供应生物试验无毒证明书。2电器设备内的SF6气体在高温电弧发生作用时而产生的某些有毒产物。例如:SF6气体在电弧中的分解和及氧的反响:2SF6 + O2 2SOF2 + 8F氟化亚硫酰2SF6 + O2 2SOF4 + 4F四氟化硫酰SF6 SF4 + 2F四氟化硫酰SF6 S + 6F硫2SOF4 + O2 2SO2F2 + 4F氟化硫酰3电器
17、设备内的SF6气体分解物及其内的水分发生化学反响而生成某些有毒产物。例如:SF6气体分解物及水的继发性反响:SF4 + H2O SOF2 + 2HF氢氟酸SOF4 + H2O SO2F2 + 2HF氢氟酸,SOF2 + H2O SO2 + 2HF二氧化硫SO2F2 + 2H2O H2SO4 + 2HF硫酸4电器设备内的SF6气体及分解物及电极CuW合金及金属材料AL, Cu反响而生成某些有毒产物。例如:SF6气体及分解物及电极或其它材料反响:3SF6 + W WF6气态+ 3SF4,3F + AL ALF3固态粉末3SOF2 + AL2O3 2ALF3固态粉末+ 3SO2,SF6 + Cu C
18、uF2(固态粉末) + SF64SF6 + W + Cu 2S2F2气态+3WF6气态+ CuF2固态粉末5电器设备内的SF6气体及分解物及绝缘材料反响而生成某些有毒产物。如及含有硅成分的环氧酚醛玻璃丝布板棒, 管等绝缘件;或以石英砂, 玻璃作填料的环氧树脂浇注件, 模压件以及瓷瓶, 硅橡胶, 硅脂等起化学作用,生成SiF4, SiCH32F2等产物。7, SF6气体的危害长期以来,由于对SF6气体的运用, 管理不善, 而导致很多有毒的, 具有腐蚀性的气体和固体分解物被排放到大气中,不但给我们赖以生存的环境造成了难以挽救的污染和破坏,同时还危及电器设备的正常运行和人们的身体安康。.1对人及动物
19、的危害从医学的角度来讲,各种分解物气体及生成物对人体的影响程度不光取决于其毒性的大小,还及吸入到人体内量的大小和每个人的身体素养有关。作为客观地推断依据,日本将每一种动物物质的允许浓度设定为五级。即:A最低致命浓度;B半致命浓度50%为死亡浓度;C短时间停留极限,通常为15min;D出现毒性反响的最低浓度;E为每天8h,一周40h的正常劳动时间,大多数人在此浓度下工作,均不会对安康有不良影响。 早在1979年,上海第一医学院和上海市化工局职业病防治探讨所就对长期从事或接触SF6气体的人群进展了调查及动物试验。在对生产和运用SF6气体的两家企业的工人进展职业流行病学调查中,对年龄, 性别, 劳动
20、强度, 专业工龄, 是否吸烟等相近的工人,进展分组比照, 比拟,对工人们的安康状况未发觉有明显的损害。但从统计的病症发生率来看,表现出乏力, 记忆力差, 咽痛, 胸闷的人数较多。在对动物雌性大, 小鼠进展分组急性静式染毒试验, 亚急性静式染毒试验中,分别将白鼠放在不同浓度的SF6新气体或及电弧接触过的开断气的气体分组箱里。其结果是急性静式染毒试验未发觉异样,而亚急性静式染毒试验那么发觉一只大鼠的肺毛细血管在电子显微镜下有轻度亚微构造变更。是否就是由SF6气体引起的,因试验的动物数量有限,还难以定论。 近百年来,地球气候正经验一次以全球变暖为主要特征的显著变更。这种全球性的气候变暖是由自然的气候
21、波动和人类活动所增加的温室效应共同引起的。削减温室气体排放, 减缓气候变更是联合国气候变更公约和京都议定书的主要目标,而我国在削减温室气体排放方面所面临的国际压力越来越大。 温室效应是指大气中的二氧化碳等气体能透过太阳短波辐射,使地球外表升温。同时阻挡地球外表向宇宙空间放射长波辐射,从而使大气增温。由于二氧化碳等气体的这一作用及“温室的作用类似,故称之为“温室效应,二氧化碳等气体被称为“温室气体。目前,发觉人类活动排放的温室气体有六种,它们是二氧化碳, 甲烷, 氧化亚氮, 氢氟碳合物, 全氟化碳, 六氟化硫,这当中氟化物就有三种。其中CO2对温室效应影响最大,占60%,而SF6气体的影响仅占0
22、.1%,但SF6气体分子对温室效应具有潜在的危害,这是因为SF6气体一个分子对温室效应的影响为CO2分子的25000倍,同时,排放在大气中的SF6气体寿命特长,约3400年。现今,每年排放到大气中的CO2气体约210亿,而每年排放到大气中的SF6气体相当及1.25亿t CO2气体。现在全球每年生产的大约8500t SF6气体中,约有一半以上用于电力工业。而在电力工业中,高压开关设备约占用气量的80%以上。其中中压开关的用气量约占1/10;主要是用在126252kV的高压, 330800kV的超高压领域,特殊是126kV252kV550kV的断路器GCB, SF6封闭组合电器GIS, 充气柜C-
23、GIS, SF6气体绝缘管道母线GIL中。因此,合理, 正确的运用管理SF6气体,削减排放量已到了非整治不行的地步。二, 六氟化硫电气设备运行, 试验及检修人员平安防护细那么DL/T 63919971 主题内容及适应范围1.1 本标准适用于六氟化硫气体的平安运用,设备运行和解体时的平安防护措施,以及个人防护用品的管理及运用等内容。1.2 本标准适用于电力行业六氟化硫电气设备运行, 试验及检修人员的平安防护其他有关六氟化硫电气设备运用单位亦可参照运用。2 引用标准 以下标准所包含的条文,通过在本标准中引用而构成标准的条文。本标准出版时,所示版本均为有效。全部标准都会被修订,运用本标准的各方应探讨
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