SF6气体是什么？为什么它的绝缘和灭弧性能很好？,

氢能汽车租赁,开氢能汽车,涿鹿氢能汽车　　那么，SF6气体究竟是什么？它又为什么具有良好的绝缘性能和灭弧性能呢？本文笔者就来带你揭开它的神秘面纱。

　　SF6气体是目前最优良的绝缘介质和灭弧介质，其绝缘和灭弧性能要比绝缘油好得多。

　　它的分子结构是：六个氟原子处在顶点位置，硫原子处在中心位置，以共价键结合、完全对称的正八面体结构。

　　物理特性：无色、无味、无嗅、无毒、不燃烧，临界温度是45.6℃；难溶于水，在部分有机溶剂中的溶解度比较高。

　　化学性能：很稳定。常温甚至电气设备最高允许温度150℃内，一般不会发生化学反应。150℃以上，与塑料发生微弱化学反应，200℃以上和铜铝慢慢反应，500℃自身开始分解。

　　导热性：热传导性差，导热系数只有空气的2/3，但表面传热系数为15，是空气的2.5倍，综合来说，其散热性比空气要好。

　　负电性：分子容易吸收自由电子形成负离子的特性。因为F最外层为7个电子，很容易吸收一个电子成为稳定的8个电子。

　　灭弧原理：SF6负电性形成负离子，与电弧中正离子结合，使电弧中带点离子迅速减少，提高了电弧的击穿电压，使电弧很快恢复。

　　制造方法：S+3F2→SF6+Q（放热），合成粗品经过水洗、碱洗、热解、用吸附剂吸净等一系列净化处理，装入钢瓶液态运输。

　　GIS设备安装完毕后，还要除去各种杂质和水分。其标准是由国际电工委员会（IEC）和各国制定。

　　由于SF6气体分子质量大，用P=RT这个公式来计算温度、压力、密度三个状态参数偏差是很大的。

　　但可以根据下面的曲线图，求出S（升华点）、T（熔点）、K（临界点）三个参数。

　　SF6气体液化温度与密度值有关，只要SF6气体的密度不变，则其液化温度也不变。每条密度线与分界线气体的液化点，从而可得到这一密度下的液化温度。

　　b、电极材料的影响：分解物含量取决于电极材料的金属蒸发量，铜、银影响较小；

　　d、绝缘材料的影响：理想材料是聚四氟乙烯。实际用环氧树脂多，运行中会释放水分和氧气。

　　（3）SF6气体中体积比与质量比的换算：体积比/（146/18）=质量比；

　　（4）环境温度升高，SF6气体中的水分也增高；环境湿度增大，SF6气体中的水分也增大。

　　水分会引起设备的化学腐蚀。在GIS设备上，除了腐蚀，还会在绝缘件表面形成凝结水，附在绝缘件表面，造成沿面闪络。但当压力和温度达到一定值时，水蒸气变成冰，对绝缘件危害大大减小。

　　GIS设备尽量使用室内式布置，可控制室内湿度、温度、减少产生水分的机会，避免灰尘和其他杂质侵入。

　　活性氧化铝：不吸收SF6，可吸收大部分分解物，有较好的选择性，是GIS设备较为理想的吸附剂；

　　SF6气体中的杂质和水分的含量是很微小的，但是其危害很大，它足以改变SF6气体的性能。因此一定要严格检测。检测方法有以下几种：

　　4、游离酸的测定方法：用标准碱吸收SF6气体中的酸，然后用标准酸来反滴过量碱的酸碱中和滴定法。

　　5、可水解氟化物的测定方法：用比色分光光度分析法和氟离子选择电极等2种方法。

　　游离：宇宙射线照射下，原子吸收能量，最外层电子脱离原子核束缚，变为自由电子，中性原子变成正离子。

　　间隙被击穿：随着电压升高，电子碰撞产生更多自由电子，最终在间隙中变成了等离子体，使间隙完全失去了绝缘性能，变为导体了。

　　稍不均匀的电场的击穿场强，介于均匀电场和不均匀电场之间，电场越均匀，击穿场强越高。因此，安装GIS设备时，不要破坏电场均匀性。

　　与空气的击穿特性相似，但是SF6气体有很强的负电性，很容易吸附电子成为负离子，游离能力大减，阻碍放电的形成。

　　SF6气体分子直径比氧气、氮气大很多，平均自由行程缩短，碰撞游离能力减弱。运动速度小，更容易发生复合，使带电质点减少。

　　因此，SF6是电气强度很高的气体，大概是空气的3倍左右。3个大气压下和绝缘油电气强度相当。用SF6气体做成电气设备，其绝缘距离小、体积也小。

　　SF6气体、空气、变压器油在工频电压下击穿电压的比较图（图片来源：网络）

　　电弧的定义：温度很高时，气体分子产生游离，中性分子分解为自由电子和正离子，在电场作用下向一定方向运动，气体放电。离子流和电子流一起组成放电的电流，叫电弧。

　　特性：温度很高，10000-20000℃；密度大，平均密度为 1000A/cm2，具有负的伏安特性和负的电阻温度特性。

　　灭弧的基本过程：电弧的特性由等离子体的特性决定，起决定作用的是电弧的温度。所以要是电弧熄灭，必须降低电弧的温度，要用强烈的冷却手段。电弧温度下降，其电导率也相应减小。导致间隙中带点粒子复合为中性分子，使气体恢复到绝缘状态。

　　当温度达到5000K以上时，SF6气体出现电离现象。使气隙中产生自由电子e-，和正离子S+，以及负的氟离子F-，从而使气体带电，电弧具有了较高的导电率。

　　SF6气体分解过程中，自由电子速度很快，难与正离子复合；SF6-不活泼，容易与正离子复合成中性原子，使得气体导电率下降，恢复绝缘。

　　关于SF6气体电弧的热传导，SF6气体的电弧在弧芯和弧焰的交界处，有很高的热传导，温度降低很快，且弧芯温度高，电弧的电压梯度低，因此SF6不易重燃。

　　SF6气体的弧芯中央一直维持高温结构，这一特点对灭弧很有好处，因为电流过零时，电弧的体积已经很小了，所储存的能量也很小，有利于绝缘的恢复，并不再重燃。

　　b、纯SF6气体的辐射能量比电弧外层的温度较低之处大100倍。99%被电弧本身所吸收；

　　关于电弧的对流散热，指气体热运动而带走的能量，它可以由局部的压力差而引起气体流动。这里来看电弧中央、距电弧中央2mm处、距电弧中央2mm处三种情况。

　　b、距电弧中央2mm处：辐射散热、对流散热、传导散热都有，但以辐射为主。

　　c、电弧中央2mm处：辐射散热、对流散热、传导散热都有，但对流散热占了66.6%，辐射散热占了20%，传导散热只占13.4%。

　　SF6气体电弧在弧芯区，温度高、具有高电导率和低的导热率，低温区也有很高的导热率。因此电弧的温度很快降低，导致电弧的电压低，功率小，即灭弧的能量小。由于SF6气体中电弧的电压梯度比空气小两倍，所以SF6气体中电弧的输入功率少，在与空气同样的散热条件下，在SF6气体中的电弧容易熄灭，绝缘恢复得快，且不易重燃。

　　SF6气体的电弧柱，能在电流接近于零点时，还能维持高温结构。使得弧柱能保持截面小的状态，电弧的能量就小。电流过零时电弧不会造成电流折断，在开断感性小电流时，不会产生高的截流过电压，使得电流过零后，介质绝缘强度恢复快。

　　SF6气体具有负电性，故此负离子SR-的运动速度比自由 电子低很多，当发生离子碰撞时，与正离子复合成为中性分子的概率高于自由电子，为此可以降低电弧的导电率，使得SF6气体的灭弧性能比空气好。

　　GIS设备的优良开断性能，与SF6气体电弧的时间常数小是分不开的。试验表明，电弧的时间常数只是空气的百分之一，则其灭弧能力则为空气的100倍。以上是小电流断开的结果。在开断大电流的试验中，SF6气体的开断能力大约为空气的2~3倍。在开断相同的电流时，SR气体吹弧所需要的压力只有空气的二分之一到三分之一。电流过零后，介质恢复过程的时间常数，在热恢复阶段，SF6气体比空气快一倍。