5SF6断路器ABB

1SF6断路器清华大学徐国政联系电话：[phone]（办）010－62782591（宅）E-mail:[e-mail]21．六氟化硫（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（1s，空气100s)，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→SF6＋Q（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℃(N2-147℃)临界压力－临界温度下，液化所需压力。3.85MPaN23.46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52．六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。TB＝0.1MPa，TB=－63.8℃①由T、P②延线液化温度-30℃图5.3SF6气体的状态参数6一般单压式户外SF6断路器20℃时的额定气体压力为0.7MPa（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。最低工作温度（℃）－40－30－25－20－1001020℃时SF6气体的绝对压力（MPa）0.40.60.70.881.101.351.707SF6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。83．六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。93．六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11.6SF6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分钟的致命浓度大气中的最后稳定毒性数据（10－6V/V）味觉检测（2）分解物化学稳定性的产物TLV（1）LC50（3）TLV（10－6V/V）味觉S2F2快速分解S.HF.SO20.50.8刺鼻，辛辣SF2快速分解S.HF.SO25刺鼻，辛辣SF4快速分解HF.SO20.1刺鼻，辛辣SOF2慢速分解HF.SO20.6～11001.0～5臭鸡蛋SOF4快速分解SO2F2.HF0.5同HFSO2F2稳定SO2F252000～4000无味SO2稳定SO22约1000.3～1刺鼻HF稳定HF1.8～350～1002.0～3辛辣WF4快速分解WO3.HF0.150～100同HFSiF4快速分解SiO2.HF0.550～100同HFCF4稳定CF4无毒无味114．六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。125.六氟化硫电器设备中的水分控制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10－6（V/V）或重量比10－6（W/W）表示（国际上也有用partspermillionppm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00C结冰。表5.7给出，00C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00C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水蒸气的饱和参数温度（0C）饱和压力（Pa）饱和密度（g/m3）20233617.3015170412.611012279.0958726.4506114.52-25173.83-44373.25-63682.73-83092.29-102591.92-151651.22-201080.7615SF6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ppppVVVSF6VSF6V)(水蒸气体积比＝按照理想气体状态方程：假设0C下水蒸气分压力为611pa（水蒸气的饱和压力），折算到20C下水蒸气分压力8.655273293611Vp若p为20C下SF6电器设备的气体总压力，则允许的水分含量（体积比）pppVV8.655VSF6V如果水蒸气分压力按－10C的259pa考虑，则p5.288体积比P26416表11.8不同压力下允许的水分含量10－6V/V假定00C下水蒸汽分压力PV=611Pa，折算到200C为655.8Pa；－100C时为259Pa考虑压力P（MPa)0.10.120.220.40.50.60.71.4按式（11－26计算）655854652981164613121093937468按式（11－27计算）288524041311721577481412206运用场所充气开关柜10kv变压器GIS中断路器除外的隔室单压式SF6断路器双压式SF6断路器综合考虑后表11.9GB7674中水分含量的允许值10－6V/V隔室交接验收值运行允许值有电弧分解物的隔室≤150≤300无电弧分解物的隔室≤500≤1000SF6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。176.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。187.六氟化硫气体的绝缘性能电场不均匀程度对SF6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198.六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５.44SF6气体中电弧径向的温度分布20SF6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“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力升高极端情况下，电弧截面积会占据整个喉部的面积，喉部处的气体流量减小至零，这种状况称为喷管的完全堵塞，如图。一般认为，出现喷管完全堵塞时，断路器已接近到达它的极限开断电流。再增大电流，喷管会严重烧伤，弧柱中的金属蒸汽也会剧激增大，使交流电流过零后的弧隙绝缘性能的恢复变得非常困难，交流电弧就难以熄灭了。22对喷管热堵塞现象新的认识。电弧热堵塞对上游气体的加热能使p升高加强了压气式灭弧室的气吹作用。只要大电流期间喷管热堵塞的时间不是太长，触头不会严重烧伤产生大量的金属蒸汽。喷管气流中的热堵塞因而，在SF6压气式灭弧室中出现一定程度的热堵塞是有利的。这样在满足同一开断电流要求下，喷管喉部面积可以适当的减小，操动机构的操作能量也能因此而减少。1.压力曲线（ta=23ms）；2.压力曲线（ta=20ms）；3.电流曲线（ta=20ms）；4.电流曲线（ta=23ms）；5.压力曲线（空载时）23550kV断路器deadtankCB550kV断路器livetankCB9.结构与灭弧原理24SF6断路器几种常见灭弧室双压式单压式定开距压气式变开距压气式热膨胀+助吹（自能式）热膨胀室+辅助压气室（自能式）混合式一（自能式）混合式二（自能式）双室十双动结构（自能式）25图11.51双压式SF6断路器根据压缩空气断路器的气吹灭弧原理设计的。低压气体0.3MPa（表压力）作为绝缘介质，高压气体1.5Mpa（表压力）用作灭弧。结构复杂，价格昂贵,低温环境下需要加热才能工作，很快被第二代即单压压气式所取代。26单压式SF6断路器单压压气式SF6断路器内部只有一种压力，气体压力低，0.6MPa（表压力），毋需加热装置就能在不低于－25℃的低温环境下工作。它是依靠压气作用实现气吹来灭弧的。具有结构简单，开断电流大的优点。要求操动机构具有很大的操作功。需要配备大功率的液压操动机构或压缩空气操动机构。27结构：两个固定的金属喷口保持不变的开距，动触桥与绝缘材料制成的压气室一起运动，当动触桥金属离开喷口时压气室内的高压力气体经电弧、喷口向外排出。定开距压气式1.压气室；2.动触桥；3.金属喷口；4.活塞；5.电弧a.关合位置；b.开始气吹c.气吹电弧；d.分断结束西门子3AS型断路器定开距灭弧室28变开距压气式变开距的压气式灭弧室内的触头开距，随压气室向下运动而逐渐加长，喷口通常采用聚四氟乙烯耐弧