六氟化硫氣體 六氟化硫SF6-紐瑞德氣體專業(yè)介紹
一、六氟化硫氣體的物理特性
SF6作為一種絕緣氣體，具有很多優(yōu)點，是一種無色、無味、無毒、不可燃的惰性氣體，并有優(yōu)異的冷卻電弧特性，特別是在開關(guān)設(shè)備有電弧高溫的作用下產(chǎn)生較高的冷卻效應(yīng)，避免局部高溫的可能性。六氟化硫SF6 的絕緣性能遠遠超過傳統(tǒng)的油、空氣絕緣介質(zhì)。其用于電氣設(shè)備中，可以縮小設(shè)備的尺寸，提高設(shè)備絕緣的可靠性。其缺點是在電弧放電時，分解形成硫的低氟化合物，不但有毒，且對某些絕緣材料和金屬具有腐蝕作用。
SF6是一種比較重的氣體，在相同條件下，其密度是空氣的5倍，其壓力與溫度的關(guān)系遵循理想氣體定律。臨界溫度是六氟化硫氣體出現(xiàn)液化的最高溫度，臨界壓力表示在這個溫度下出現(xiàn)液化所需的氣體壓力。SF6只有在溫度高于45℃以上時，才能保持氣態(tài)，在通常使用條件下，它有液化的可能性，因此SF6不能在過低溫度和過低壓力下使用。
SF6的優(yōu)良導(dǎo)熱性能，是形成SF6滅弧性能的原因之一。SF6的導(dǎo)熱性好可歸結(jié)為兩種原因，一是SF6的分子量大，比熱大，其對流的傳熱能力優(yōu)于空氣，二是在高溫下產(chǎn)生的冷卻效應(yīng)。
二、六氟化硫氣體的化學(xué)效應(yīng)
六氟化硫氣體本身的化學(xué)效應(yīng)是非常穩(wěn)定的，并且有著非常高的絕緣強度。在大氣壓力下和溫度至少在500℃以內(nèi)，SF6具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性，在正常溫度范圍內(nèi)，其與電氣設(shè)備中常用的金屬是毫無反應(yīng)的。六氟化硫SF6 分解的危險溫度是600℃左右，此時SF6分解形成硫的低氟化合物，因此，SF6至少在電氣設(shè)備的A級絕緣溫度，即105℃以內(nèi)是相當(dāng)穩(wěn)定的。
三、六氟化硫氣體的電氣特性
SF6是一種具有高介電強度的介質(zhì)。在均勻電場下，SF6的介電強度約為同一氣壓下空氣的2、5~3倍，在3個大氣壓下其介電強度與變壓器油相當(dāng)。實踐證明：在空氣摻入少量六氟化硫氣體，空氣的絕緣強度顯著提高；相反，在六氟化硫氣體中加入少量的空氣則六氟化硫氣體的絕緣強度也會明顯下降。由于SF6的介電強度高，因此，在對相同電壓等級和和開斷電流相近的斷路器，SF6的串聯(lián)斷口數(shù)要少，例如我國研制的ＬＲ－２２０型SF6斷路器，單斷口電壓為220KV；又如500KV的少油斷路器為6~8個斷口，而SF6斷路器只有3~4個斷口。SF6的電暈起始電壓比空氣高得多，介電強度與所加電壓的頻率無關(guān)，但是應(yīng)該引起注意的是電場均勻性、雜質(zhì)、電極的形狀和不規(guī)則性等，對SF6的介電強度均有一定強度。六氟化硫氣體中的水分對絕緣將發(fā)生影響。六氟化硫SF6 中所含水分超過一定濃度時使SF6在溫度達200℃以上就可能產(chǎn)生分解，分解的生成物中有氫氟酸，這是一種有強腐蝕性和劇毒的酸類。此外，水分的凝結(jié)對沿邊絕緣也有害的。因此，在SF6的電氣設(shè)備中，應(yīng)嚴格控制水分的含量。
四、產(chǎn)品用途
（1）電力行業(yè) 六氟化硫主要用作電氣絕緣介質(zhì)和滅弧劑，在保證電氣設(shè)備運行安全可靠的同時，可使其盡量小型化，降低設(shè)備成本。目前大多數(shù)大功率變壓器使用六氟化硫絕緣，極大的降低了火花放電和電弧對設(shè)備造成的危害，而裝有六氟化硫的電流遮斷器則具有高額定電壓，高容易和不易燃燒等特點，另外，六氟化硫還用于各種加速器、超高壓蓄電器、同軸電纜和微波傳輸?shù)慕^緣介質(zhì)。
（2）環(huán)保行業(yè) 六氟化硫目前是應(yīng)用較為廣泛的測定大氣污染的示蹤劑，示蹤距離可達100公里。同時六氟化硫作致冷劑替代氟利昂，對臭氧層完全沒有破壞作用，符合環(huán)保和使用性能的要求，是一種很有發(fā)展?jié)摿Φ闹吕鋭?/p>
（3）六氟化硫氣體可用于有色金屬的冶煉和鑄造工藝，防止鎂及其合金熔融物氧化，也可用于鋁及其合金熔融物的脫氣和純化。在微電子業(yè)中，可用六氟化硫蝕刻硅表面并去除半導(dǎo)體材料上的有機或無機膜狀物，并可在光導(dǎo)纖維的制造過程中，作為單膜光纖隔離層摻雜劑。
SF6作為一種絕緣氣體，具有很多優(yōu)點，是一種無色、無味、無毒、不可燃的惰性氣體，并有優(yōu)異的冷卻電弧特性，特別是在開關(guān)設(shè)備有電弧高溫的作用下產(chǎn)生較高的冷卻效應(yīng)，避免局部高溫的可燃性。六氟化硫氣體的絕緣性能遠遠超過傳統(tǒng)的油、空氣絕緣介質(zhì)。其用于電氣設(shè)備中，可以縮小設(shè)備的尺寸，提高設(shè)備絕緣的油、空氣絕緣介質(zhì)。其用于電氣設(shè)備中，可以縮小設(shè)備的尺寸，提高設(shè)備絕緣的可靠性其缺點是在電弧放電時分解形成硫的低氟化合物不但有毒，且對某些絕緣材料和金屬具有腐蝕作用。
SF6是一種比較重的氣體，在相同條件下其密度為空氣的5倍，其壓力與溫度的關(guān)系遵循理想氣體定律。臨界溫度是六氟化硫氣體出現(xiàn)液化的最高溫度臨界壓力表示在這個溫度下出現(xiàn)液化所需的氣體壓力。SF6只有在溫度高于45度以上時才能保持氣態(tài)，在通常使用條件下，它有液化的可能性，因此SF6不能在低溫度和過低壓力下使用。
SF6的優(yōu)良導(dǎo)熱性能，是形成SF6滅弧性能的原因之一。SF6的導(dǎo)熱性好可歸結(jié)為兩種原因：一是SF6的分子量大，比熱大，其對流的傳熱能力優(yōu)于空氣。
六氟化硫氣體本身的特性是非常穩(wěn)定的，并且有著非常高的絕緣強度。在大氣壓力下和溫度至少在500度以內(nèi)，SF6具有高度的化學(xué)穩(wěn)定性在正常溫度范圍內(nèi)，其與電氣設(shè)備中常用的金屬是毫無反應(yīng)的。SF6分解的危險溫度是600度左右，此時SF6分解形成硫的低硫氟化合物。因此，至少在電氣設(shè)備的A級絕緣溫度即是105度以內(nèi)是相當(dāng)穩(wěn)定的。
六氟化硫氣體是一種具有高介電強度的介質(zhì)。在均勻電場下，SF6的介電強度約為同一氣壓下空氣的2.5-3倍。在3個大氣壓下其介電強度與變壓器油相當(dāng)。
實踐證明：在空氣中摻入少量的六氟化硫氣體，空氣的絕緣強度顯著提高；相反，在六氟化硫氣體中加入少量的空氣則六氟化硫氣體的絕緣強度也會明顯下降。由于SF6的介電強度高，因此，對相同電壓級和開斷電流相近的斷路器，SF6的串聯(lián)斷口數(shù)要少，例如我國研制的LF-220型SF6斷路器，單斷口電壓為220KV，又如，500KV的少油斷路器為6-8個斷口而SF6斷路器只有3-4個斷口。
SF6的電暈起始電壓比空氣高得多，介電常數(shù)與所加電壓的頻率無關(guān)。但是應(yīng)該引起注意的是電場均勻性、雜質(zhì)、電極的形成和不規(guī)則性等對六氟化硫SF6 的介電強度均有一定的影響。
六氟化硫氣體中的水分對絕緣將發(fā)生影響。SF6中所含水分超過一定濃度時，使SF6在溫度達200度以上就可能產(chǎn)生分解，分解的生成物中有氫氟酸，這是一種有強度蝕性和劇毒的酸類。此外水分的凝結(jié)對沿邊絕緣也是有害的。因此，在SF6的電氣設(shè)備中，應(yīng)嚴格控制水分的含量。
五、六氟化硫氣體的危害 (六氟化硫氣體泄露的危害)
SF6 是由兩位法國化學(xué)家在 1900 年合成。從 60 年代起， SF6 作為極其優(yōu)越的絕緣、滅弧介質(zhì)廣泛應(yīng)用于全世界電力行業(yè)中的高壓斷路器及變電設(shè)備中。在今天， SF6 氣體幾乎成為高壓、超高壓斷路器和 GIS 中唯一的絕緣和滅弧介質(zhì)。
1、 六氟化硫氣體的物理和化學(xué)性質(zhì)
純凈的 SF6 氣體無色、無味、不燃，在常溫下化學(xué)性能特別穩(wěn)定，屬惰性氣體，是空氣比重的 5 倍多。但在電力系統(tǒng)中，由于 六氟化硫SF6 主要充當(dāng)絕緣和滅弧介質(zhì)，在電弧及局部放電、高溫等因素影響下， SF6 氣體會進行分解。它的分解物遇水分后變成腐蝕性電解質(zhì)，尤其是某些高毒性分解物，如 SF4 、 S2 F2 、 SOF2 、 HF 、 SO2 等，如大量吸入人體會引起頭暈和肺水腫，甚至昏迷及死亡。在相對密封的室內(nèi)，由于空氣流通不暢， SF6 及其分解物在室內(nèi)沉積，加上 SF6 氣體無色、無味，從而對巡視、檢修人員產(chǎn)生極大的危害。當(dāng) GIS 產(chǎn)生泄漏后， SF6 氣體積聚在地坪上方低層空間，造成局部缺氧，使人窒息而造成重大事故。
2、SF6開關(guān)室發(fā)生泄漏的危害
安裝SF6高壓設(shè)備的室內(nèi)空間一般都較密閉，一旦發(fā)生六氟化硫氣體泄漏，由于空氣流通極其緩慢，毒性分解物在室內(nèi)沉積，不易排出，從而對進入SF6開關(guān)室的工作人員產(chǎn)生極大的危險，而且，由于六氟化硫氣體的比重較氧氣大。當(dāng)發(fā)生六氟化硫氣體泄漏時六氟化硫氣體將在低層空間積聚，造成局部缺氧。使人窒息。另一方面，由于六氟化硫氣體本身無色無味，發(fā)生泄漏后不易讓人察覺，這就增加了對進入泄漏現(xiàn)場工作人員的潛在危險性，嚴重威脅人員的安全和健康．甚至造成惡性事故。
3、六氟化硫氣體的安全濃度
根據(jù)美國和前蘇聯(lián)的化學(xué)防護科學(xué)家的研究，結(jié)果表明:在存在純凈六氟化硫氣體環(huán)境中工作，皮膚暴露在六氟化硫氣體中連續(xù)8個小時，所能承受的最高六氟化硫氣體含量為1000*10ˉ6(1000ppm)在這個濃度下，不會對人的生命健康產(chǎn)生危險和長期影響。我國《國家電網(wǎng)公司電力安全工作規(guī)程》援引此項研究結(jié)果，1000*10ˉ6為在SF6開關(guān)室允許存在六氟化硫氣體的安全警界線，超過此濃度，監(jiān)測報警裝置應(yīng)自動啟動風(fēng)機并報警。
四、六氟化硫氣體的防護
1、及時發(fā)現(xiàn)六氟化硫氣體泄漏
及時發(fā)現(xiàn)六氟化硫氣體泄漏，是開展六氟化硫氣體泄漏防范工作的第一步。目前，有兩種方法可以發(fā)現(xiàn)六氟化硫氣體泄漏。一是安裝于SF6開關(guān)設(shè)備上的密度繼電器，二是安裝在SF6開關(guān)設(shè)備附近的六氟化硫氣體監(jiān)測傳感器。由于密度繼電器一般均以MPa為計量單位1000*10ˉ6的六氟化硫氣體濃度對于密度繼電器來說,根本無法在表上得以顯示，因此用密度繼電器來監(jiān)測六氟化硫氣體泄漏。主要是從設(shè)備安全運行上來考慮，避免六氟化硫SF6 設(shè)備中由于六氟化硫氣體泄漏致使壓力過低而對設(shè)備造成的危險。六氟化硫氣體監(jiān)測傳感器(ST系列)由于可以發(fā)現(xiàn)微量的六氟化硫氣體泄漏。不僅滿足安規(guī)對六氟化硫氣體監(jiān)測濃度的要求保護現(xiàn)場工作人員的安全健康，而且由于能及時發(fā)現(xiàn)SF6設(shè)備發(fā)生泄漏，對設(shè)備安全運行也能起到預(yù)警作用提高設(shè)備安全運行水平。
2、安裝氧氣體監(jiān)測傳感器，防止窒息
發(fā)生六氟化硫氣體泄漏時，由于六氟化硫氣體較空氣重一般往室內(nèi)空間低層積聚，造成局部缺氧。尤其是有地下電纜層、地下電纜溝的情況下，由于空氣流通更緩慢，窒息危險就更大，安裝氧氣體傳感器，能及時發(fā)現(xiàn)危險，及時報警。
3、加強通風(fēng)，及時報警
發(fā)生六氟化硫氣體泄漏時，加強通風(fēng)一是能稀釋環(huán)境中六氟化硫氣體濃度。二是進行換氣后，能增加氧含量。另外，及時發(fā)六氟化硫氣體泄漏報警信號，能使工作人員及時采取有效措施排除故障，防止盲目，甚至無防備地進入事故現(xiàn)場保障人員安全。
五、國家有關(guān)SF6泄漏的安全規(guī)定，在六氟化硫電氣設(shè)備上的工作。
1. 裝有SF6設(shè)備的配電裝置室和六氟化硫氣體實驗室，應(yīng)裝設(shè)強力通風(fēng)裝置，風(fēng)口應(yīng)設(shè)置在室內(nèi)低部，排風(fēng)口不應(yīng)朝向居民住宅或行人。
2. 在室內(nèi)，設(shè)備安裝六氟化硫氣體時，周圍環(huán)境相對濕度應(yīng)不大于80%，同時應(yīng)開啟通風(fēng)系統(tǒng)，并避免六氟化硫氣體泄漏到工作區(qū)。工作區(qū)空氣中六氟化硫氣體含量不得超過1000μL/L。
3. SF6配電裝置室、電纜層（隧道）的排風(fēng)機電源開關(guān)應(yīng)設(shè)置在門外。
4. 在SF6配電裝置室低位區(qū)應(yīng)安裝能報警的氧量儀或六氟化硫氣體泄漏報警儀，在工作人員入口出也要裝設(shè)顯示器。這些儀器應(yīng)定期實驗，保證完好。
5. 工作人員進入SF6配電裝置室，入口處若無六氟化硫氣體含量顯示器，應(yīng)先通風(fēng)15min，并用檢漏儀測量六氟化硫氣體含量合格。盡量避免一人進入六氟化硫SF6 配電裝置室進行巡視，不準(zhǔn)一人進入從事檢修工作。
6. 進入SF6配點裝置室低位區(qū)或電纜溝進行工作，應(yīng)先檢測含氧量（不低于18%）和六氟化硫氣體含量是否合格。
7. SF6配電裝置發(fā)生大量泄漏等緊急情況時，人員應(yīng)迅速撤除現(xiàn)場，開啟所有排風(fēng)，未配備隔離式防毒面具人員禁止入內(nèi)。只有經(jīng)過充分的自然排風(fēng)或恢復(fù)排風(fēng)后人員才準(zhǔn)進入，發(fā)生防爆膜破裂時，應(yīng)進行處理。并用汽油或丙銅擦拭干凈。
8. 進行氣體采樣和處理一般泄漏時，要戴防毒面具并進行通風(fēng)。
9. 《國家電網(wǎng)公司十八項電網(wǎng)重大反事故措施》（試行）
11.防止開關(guān)設(shè)備事故
12.室內(nèi)安裝運行的SF6開關(guān)設(shè)備，應(yīng)設(shè)置一定數(shù)量的氧量儀和六氟化硫SF6 濃度報警儀。