六氟化(huà)硫氣體常識-武漢華電國威電氣-電測專家

技術文章(zhāng)

六氟化(huà)硫氣體常識

發布時(shí)間：2013-08-30 09:18 來(lái)源：華電國威

一、理(lǐ)化(huà)性質

六氟化(huà)硫，分(fēn)子式SF₆，相對(duì)分(fēn)子質量爲146.06，常溫常壓下(xià)爲無色、無味、無毒、無腐蝕性、不燃、不爆炸的(de)氣體，密度約爲空氣的(de)5倍，标準狀态下(xià)密度爲6.0886kg/立米.在低溫和(hé)加壓情況下(xià)呈液态，冷(lěng)凍後變成白色固體。升華溫度爲-63.9℃,熔點-50.8℃,臨界溫度45.55℃，臨界壓力爲3.759MPa。六氟化(huà)硫具有良好的(de)化(huà)學穩定性和(hé)熱(rè)穩定性，卓越的(de)電絕緣性和(hé)滅弧性能

SF₆氣體不溶于水(shuǐ)和(hé)變壓器油，在熾熱(rè)的(de)溫度下(xià)，它與氧氣、氩氣、鋁及其他(tā)許多(duō)物(wù)質不發生作用(yòng)。但在電弧和(hé)電暈的(de)作用(yòng)下(xià)，SF₆氣體會分(fēn)解，産生低氟化(huà)合物(wù)，這(zhè)些化(huà)合物(wù)會引起絕緣材料的(de)損壞，且這(zhè)些低氟化(huà)合物(wù)是劇毒氣體。SF₆的(de)分(fēn)解反應與水(shuǐ)分(fēn)有很大(dà)關系，因此要有去潮措施。

SF₆的(de)密度是空氣的(de)5倍，極易存積在低窪處，在常溫下(xià)性質穩定，在電弧作用(yòng)下(xià)易生成有毒物(wù)質。

純淨的(de)SF₆氣體無色、無味、無臭、不燃，在常溫下(xià)化(huà)學性質穩定，屬惰性氣體。但在電力行業，由于六氟化(huà)硫氣體（SF₆)主要是作爲絕緣和(hé)滅弧介質而廣泛應用(yòng)于高(gāo)壓開關及其設備，在斷路器和(hé)GIS操作過程中，由于電弧、電暈、火花放電和(hé)局部放電、高(gāo)溫等因素影(yǐng)響下(xià)，SF₆氣體會進行分(fēn)解，它的(de)分(fēn)解物(wù)遇到水(shuǐ)分(fēn)後會變成腐蝕性電解質。尤其是有些高(gāo)毒性分(fēn)解物(wù)．如SF₄、S₂F₂、S₂F₁₀ SOF₂、HF和(hé)S₀₂，它們會刺激皮膚、眼睛、粘膜，如果吸入量大(dà)，還(hái)會引起頭暈和(hé)肺水(shuǐ)腫，甚至緻人(rén)死亡。

SF₆氣體液化(huà)溫度:它在一個(gè)大(dà)氣壓下(xià)(即0.1MPa)，液化(huà)溫度爲-62℃；在1.2MPa壓力下(xià)，液化(huà)溫度爲0℃；一般充入斷路器的(de)SF₆氣體壓力爲0.35～0.65MPa範圍(由充氣時(shí)的(de)環境溫度具體确定)，其液化(huà)溫度爲-40℃。

二、産品用(yòng)途

1、電力行業：六氟化(huà)硫主要用(yòng)作電氣絕緣介質和(hé)滅弧劑，在保證電氣設備運行安全可(kě)靠的(de)同時(shí)，可(kě)使其盡量小型化(huà)，降低設備成本。目前大(dà)多(duō)數大(dà)功率變壓器使用(yòng)六氟化(huà)硫絕緣，極大(dà)的(de)降低了(le)火花放電和(hé)電弧對(duì)設備造成的(de)危害，而裝有六氟化(huà)硫的(de)電流遮斷器則具有高(gāo)額定電壓，高(gāo)容易和(hé)不易燃燒等特點，另外，六氟化(huà)硫還(hái)用(yòng)于各種加速器、超高(gāo)壓蓄電器、同軸電纜和(hé)微波傳輸的(de)絕緣介質。

2、環保行業：六氟化(huà)硫目前是應用(yòng)較爲廣泛的(de)測定大(dà)氣污染的(de)示蹤劑，示蹤距離可(kě)達100公裏。同時(shí)六氟化(huà)硫作緻冷(lěng)劑替代氟利昂，對(duì)臭氧層完全沒有破壞作用(yòng)，符合環保和(hé)使用(yòng)性能的(de)要求，是一種很有發展潛力的(de)緻冷(lěng)劑。

3、六氟化(huà)硫可(kě)用(yòng)于有色金屬的(de)冶煉和(hé)鑄造工藝，防止鎂及其合金熔融物(wù)氧化(huà)，也(yě)可(kě)用(yòng)于鋁及其合金熔融物(wù)的(de)脫氣和(hé)純化(huà)。在微電子業中，可(kě)用(yòng)六氟化(huà)硫蝕刻矽表面并去除半導體材料上的(de)有機或無機膜狀物(wù)，并可(kě)在光(guāng)導纖維的(de)制造過程中，作爲單膜光(guāng)纖隔離層摻雜(zá)劑。

SF₆作爲一種絕緣氣體，具有很多(duō)優點，是一種無色、無味、無毒、不可(kě)燃的(de)惰性氣體，并有優異的(de)冷(lěng)卻電弧特性，特别是在開關設備有電弧高(gāo)溫的(de)作用(yòng)下(xià)産生較高(gāo)的(de)冷(lěng)卻效應，避免局部高(gāo)溫的(de)可(kě)燃性。SF₆氣體的(de)絕緣性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統的(de)油、空氣絕緣介質。其用(yòng)于電氣設備中，可(kě)以縮小設備的(de)尺寸，提高(gāo)設備絕緣的(de)油、空氣絕緣介質。其用(yòng)于電氣設備中，可(kě)以縮小設備的(de)尺寸，提高(gāo)設備絕緣的(de)可(kě)靠性其缺點是在電弧放電時(shí)分(fēn)解形成硫的(de)低氟化(huà)合物(wù)不但有毒，且對(duì)某些絕緣材料和(hé)金屬具有腐蝕作用(yòng)。

SF₆是一種比較重的(de)氣體，在相同條件下(xià)其密度爲空氣的(de)5倍，其壓力與溫度的(de)關系遵循理(lǐ)想氣體定律。臨界溫度是SF₆氣體出現液化(huà)的(de)最高(gāo)溫度臨界壓力表示在這(zhè)個(gè)溫度下(xià)出現液化(huà)所需的(de)氣體壓力。SF₆隻有在溫度高(gāo)于45度以上時(shí)才能保持氣态，在通(tōng)常使用(yòng)條件下(xià)，它有液化(huà)的(de)可(kě)能性，因此SF₆不能在低溫度和(hé)過低壓力下(xià)使用(yòng)。

SF₆的(de)優良導熱(rè)性能，是形成SF₆滅弧性能的(de)原因之一。SF₆的(de)導熱(rè)性好可(kě)歸結爲兩種原因：一是SF₆的(de)分(fēn)子量大(dà)，比熱(rè)大(dà)，其對(duì)流的(de)傳熱(rè)能力優于空氣。

SF₆氣體本身的(de)特性是非常穩定的(de)，并且有著(zhe)非常高(gāo)的(de)絕緣強度。在大(dà)氣壓力下(xià)和(hé)溫度至少在500度以内，SF₆具有高(gāo)度的(de)化(huà)學穩定性在正常溫度範圍内，其與電氣設備中常用(yòng)的(de)金屬是毫無反應的(de)。SF₆分(fēn)解的(de)危險溫度是600度左右，此時(shí)SF₆分(fēn)解形成硫的(de)低硫氟化(huà)合物(wù)。因此，至少在電氣設備的(de)A級絕緣溫度即是105度以内是相當穩定的(de)。

SF₆氣體是一種具有高(gāo)介電強度的(de)介質。在均勻電場(chǎng)下(xià)，SF₆的(de)介電強度約爲同一氣壓下(xià)空氣的(de)2.5-3倍。在3個(gè)大(dà)氣壓下(xià)其介電強度與變壓器油相當。

實踐證明(míng)：在空氣中摻入少量的(de)SF₆氣體，空氣的(de)絕緣強度顯著提高(gāo)；相反，在SF₆氣體中加入少量的(de)空氣則SF₆氣體的(de)絕緣強度也(yě)會明(míng)顯下(xià)降。由于SF₆的(de)介電強度高(gāo)，因此，對(duì)相同電壓級和(hé)開斷電流相近的(de)斷路器，SF₆的(de)串聯斷口數要少，例如我國研制的(de)LF-220型SF₆斷路器，單斷口電壓爲220KV，又如，500KV的(de)少油斷路器爲6-8個(gè)斷口而SF₆斷路器隻有3-4個(gè)斷口。

SF₆的(de)電暈起始電壓比空氣高(gāo)得(de)多(duō)，介電常數與所加電壓的(de)頻(pín)率無關。但是應該引起注意的(de)是電場(chǎng)均勻性、雜(zá)質、電極的(de)形成和(hé)不規則性等對(duì)SF6的(de)介電強度均有一定的(de)影(yǐng)響。

SF₆氣體中的(de)水(shuǐ)分(fēn)對(duì)絕緣将發生影(yǐng)響。SF₆中所含水(shuǐ)分(fēn)超過一定濃度時(shí)，使SF₆在溫度達200度以上就可(kě)能産生分(fēn)解，分(fēn)解的(de)生成物(wù)中有氫氟酸，這(zhè)是一種有強度蝕性和(hé)劇毒的(de)酸類。此外水(shuǐ)分(fēn)的(de)凝結對(duì)沿邊絕緣也(yě)是有害的(de)。因此，在SF₆的(de)電氣設備中，應嚴格控制水(shuǐ)分(fēn)的(de)含量。

三、六氟化(huà)硫氣體的(de)危害 (SF₆氣體洩露的(de)危害)

SF₆ 是由兩位法國化(huà)學家在 1900 年合成。從 60 年代起， SF₆ 作爲極其優越的(de)絕緣、滅弧介質廣泛應用(yòng)于全世界電力行業中的(de)高(gāo)壓斷路器及變電設備中。在今天， SF₆ 氣體幾乎成爲高(gāo)壓、超高(gāo)壓斷路器和(hé) GIS 中唯一的(de)絕緣和(hé)滅弧介質。

1、 SF₆氣體的(de)物(wù)理(lǐ)和(hé)化(huà)學性質

純淨的(de) SF₆ 氣體無色、無味、不燃，在常溫下(xià)化(huà)學性能特别穩定，屬惰性氣體，是空氣比重的(de) 5 倍多(duō)。但在電力系統中，由于 SF₆ 氣體主要充當絕緣和(hé)滅弧介質，在電弧及局部放電、高(gāo)溫等因素影(yǐng)響下(xià)， SF₆ 氣體會進行分(fēn)解。它的(de)分(fēn)解物(wù)遇水(shuǐ)分(fēn)後變成腐蝕性電解質，尤其是某些高(gāo)毒性分(fēn)解物(wù)，如 SF₄ 、 S₂ F₂、 SOF₂ 、 HF 、 SO₂ 等，如大(dà)量吸入人(rén)體會引起頭暈和(hé)肺水(shuǐ)腫，甚至昏迷及死亡。

在相對(duì)密封的(de)室内，由于空氣流通(tōng)不暢， SF₆ 及其分(fēn)解物(wù)在室内沉積，加上 SF₆ 氣體無色、無味，從而對(duì)巡視、檢修人(rén)員(yuán)産生極大(dà)的(de)危害。當 GIS 産生洩漏後， SF₆ 氣體積聚在地坪上方低層空間，造成局部缺氧，使人(rén)窒息而造成重大(dà)事故。

2、SF₆開關室發生洩漏的(de)危害

安裝SF₆高(gāo)壓設備的(de)室内空間一般都較密閉，一旦發生SF₆氣體洩漏，由于空氣流通(tōng)極其緩慢(màn)，毒性分(fēn)解物(wù)在室内沉積，不易排出，從而對(duì)進入SF₆開關室的(de)工作人(rén)員(yuán)産生極大(dà)的(de)危險，而且，由于SF₆氣體的(de)比重較氧氣大(dà)。當發生SF₆氣體洩漏時(shí)SF₆氣體将在低層空間積聚，造成局部缺氧。使人(rén)窒息。另一方面，由于SF₆氣體本身無色無味，發生洩漏後不易讓人(rén)察覺，這(zhè)就增加了(le)對(duì)進入洩漏現場(chǎng)工作人(rén)員(yuán)的(de)潛在危險性，嚴重威脅人(rén)員(yuán)的(de)安全和(hé)健康．甚至造成惡性事故。

3、SF₆氣體的(de)安全濃度

根據美(měi)國和(hé)前蘇聯的(de)化(huà)學防護科學家的(de)研究，結果表明(míng):在存在純淨SF₆氣體環境中工作，皮膚暴露在SF₆氣體中連續8個(gè)小時(shí)，所能承受的(de)最高(gāo)SF₆氣體含量爲1000*10ˉ6(1000ppm)在這(zhè)個(gè)濃度下(xià)，不會對(duì)人(rén)的(de)生命健康産生危險和(hé)長(cháng)期影(yǐng)響。我國《國家電網公司電力安全工作規程》援引此項研究結果，1000*10ˉ6爲在SF₆開關室允許存在SF₆氣體的(de)安全警界線，超過此濃度，監測報警裝置應自動啓動風機并報警。

四、SF₆氣體的(de)防護

1、及時(shí)發現SF₆氣體洩漏

及時(shí)發現SF₆氣體洩漏，是開展SF₆氣體洩漏防範工作的(de)第一步。目前，有兩種方法可(kě)以發現SF₆氣體洩漏。一是安裝于SF₆開關設備上的(de)密度繼電器，二是安裝在SF₆開關設備附近的(de)SF₆氣體監測傳感器。由于密度繼電器一般均以MPa爲計量單位1000*10ˉ⁶的(de)SF₆氣體濃度對(duì)于密度繼電器來(lái)說,根本無法在表上得(de)以顯示，因此用(yòng)密度繼電器來(lái)監測SF₆氣體洩漏。主要是從設備安全運行上來(lái)考慮，避免SF₆設備中由于SF₆氣體洩漏緻使壓力過低而對(duì)設備造成的(de)危險。SF₆氣體監測傳感器(ST系列)由于可(kě)以發現微量的(de)SF₆氣體洩漏。不僅滿足安規對(duì)SF₆氣體監測濃度的(de)要求保護現場(chǎng)工作人(rén)員(yuán)的(de)安全健康，而且由于能及時(shí)發現SF₆設備發生洩漏，對(duì)設備安全運行也(yě)能起到預警作用(yòng)提高(gāo)設備安全運行水(shuǐ)平。

2、安裝氧氣體監測傳感器，防止窒息

發生SF₆氣體洩漏時(shí)，由于SF₆氣體較空氣重一般往室内空間低層積聚，造成局部缺氧。尤其是有地下(xià)電纜層、地下(xià)電纜溝的(de)情況下(xià)，由于空氣流通(tōng)更緩慢(màn)，窒息危險就更大(dà)，安裝氧氣體傳感器，能及時(shí)發現危險，及時(shí)報警。

3、加強通(tōng)風，及時(shí)報警

發生SF₆氣體洩漏時(shí)，加強通(tōng)風一是能稀釋環境中SF₆氣體濃度。二是進行換氣後，能增加氧含量。另外，及時(shí)發SF₆氣體洩漏報警信号，能使工作人(rén)員(yuán)及時(shí)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場(chǎng)保障人(rén)員(yuán)安全。

五、國家有關SF₆洩漏的(de)安全規定

在六氟化(huà)硫電氣設備上的(de)工作

1. 裝有SF₆設備的(de)配電裝置室和(hé)SF₆氣體實驗室，應裝設強力通(tōng)風裝置，風口應設置在室内低部，排風口不應朝向居民住宅或行人(rén)。

2. 在室内，設備安裝SF₆氣體時(shí)，周圍環境相對(duì)濕度應不大(dà)于80%，同時(shí)應開啓通(tōng)風系統，并避免SF₆氣體洩漏到工作區(qū)。工作區(qū)空氣中SF₆氣體含量不得(de)超過1000μL/L。

3. SF₆配電裝置室、電纜層（隧道）的(de)排風機電源開關應設置在門外。

4. 在SF₆配電裝置室低位區(qū)應安裝能報警的(de)氧量儀或SF₆氣體洩漏報警儀，在工作人(rén)員(yuán)入口出也(yě)要裝設顯示器。這(zhè)些儀器應定期實驗，保證完好。

5. 工作人(rén)員(yuán)進入SF₆配電裝置室，入口處若無SF₆氣體含量顯示器，應先通(tōng)風15min，并用(yòng)檢漏儀測量SF₆氣體含量合格。盡量避免一人(rén)進入SF₆配電裝置室進行巡視，不準一人(rén)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，應先檢測含氧量（不低于18%）和(hé)SF₆氣體含量是否合格。

7. SF₆配電裝置發生大(dà)量洩漏等緊急情況時(shí)，人(rén)員(yuán)應迅速撤除現場(chǎng)，開啓所有排風，未配備隔離式防毒面具人(rén)員(yuán)禁止入内。隻有經過充分(fēn)的(de)自然排風或恢複排風後人(rén)員(yuán)才準進入，發生防爆膜破裂時(shí)，應進行處理(lǐ)。并用(yòng)汽油或丙銅擦拭幹淨。

8. 進行氣體采樣和(hé)處理(lǐ)一般洩漏時(shí)，要戴防毒面具并進行通(tōng)風。

9.《國家電網公司十八項電網重大(dà)反事故措施》（試行）

11. 防止開關設備事故

11.14.2　室内安裝運行的(de)SF6開關設備，應設置一定數量的(de)氧量儀和(hé)SF6濃度報警儀。

上一篇：電力變壓器燒毀原因及防範措施

下(xià)一篇：電力電纜絕緣性能檢測方法分(fēn)析