六氟化硫SF6在高压开关中的应用
六氟化硫SF6
1.英文名称:Sulfur hexafluoride、Sulfur fluoride．
2.用途
电子设备、雷达波导、粒子加速器、变压器、避雷器等的气绝缘体，制冷剂，示踪装置，医疗，半导体制造中的蚀刻、化学相淀积、标准气，检漏气体，色谱仪的载气。
3.制法
在高温下硫和氟反应制得。 S+3F2→SF6
4.理化特性
分子量： 146.054
熔点(224kPa)： -50.8℃
升化点(101.325kPa)： -63.7℃
液体密度(-50.8℃)： 1880kg/m3
气体密度(0℃，101.325kPa)： 6.52kg/m3
相对密度(气体，空气=1，20℃，101.325kPa)：5.114
比容(21.1℃，101.325kPa)：0.1516m3/kg
临界温度： 45.5℃
临界压力： 3759kPa
临界密度： 736kg/m3
熔化热(222.35K，224kPa)： 34.38kJ/kg
气化热(-63.8℃，101.325kPa)： 161.61kJ/kg
比热容(气体，25℃，101.325kPa)：CP=665.18J/(kg·K)
(液体，225K)： C=759.14J/(kg·K)
蒸气压(-20℃)： 680kpa。
(0℃)： 1250kPa
(30℃)： 2680kPa
粘度(101.325kPa，0℃)：0.0142mPa·S
(液体，229.85K)：0.500mPa·S
表面张力(-50℃)： 11.63mN/m
导热系数(101.325kPa，0℃)：0.01206W/(m·K)
折射率(气体，0℃，101.325kPa)： 1.000783
六氟化硫SF6在常温常压下为无色无臭无毒的气体。不燃烧。对热稳定，化学性质不活泼。在500℃以上赤热状态下也不分解，在800℃以下很稳定。在250℃时与金属钠反应。没有腐蚀性，可以用通用材料，不腐蚀玻璃。电绝缘性能和消弧性能好，绝缘性能为空气的2～3倍，而且气体压力越大，绝缘性能越增高。药物学性质不活泼，没有毒。微溶于水，在酒精和醚中溶解的比在水中多一些。不溶于盐酸和氨。水中的溶解度为：5.4cm3SF4/kgH2O(SF6分压101.325kPa，25℃)。介电常数为：1002049(气体，101.325kPa，25℃)。在21.1℃时S.P.为2308kPa。
5.毒性
z高容许浓度：10ppm(12mg/m3)
六氟化硫在生理学上是不活泼的，在药理学上认为是惰性气体。但是当含有SF4等杂质时便变成有毒物质。当吸入高浓度SF6时可出现呼吸困难、喘息、皮肤和粘膜变蓝、全身痉挛等窒息症状。
6.安全防护
用气装置可用肥皂液检漏。SF6无腐蚀性，可以使用不锈钢、铜、铝等通用材料。发生火灾时可用水和砂土灭火。泄漏的气体，可导入苛性钠和消石灰的混合溶液中处理，或者把泄漏的气瓶放入通风橱内。
SF6全绝缘开关柜具有全封闭、免维护、尺寸小、性能优异、安全可靠的特点,深受用户的欢迎.环网柜由z初的空气绝缘环网配电单元发展到紧凑型SF6环网配电单元,z近发展到可扩展的SF6全绝缘环网柜或多回路配电柜,使SF6全绝缘开关技术获得了长足的进步和发展.
20世纪90年代后期,我国经济发展较快的沿海地区及一些较发达的内陆地区广泛采用了环网结线及多回路配电的开闭所、开关站模式,以优化电缆配电电网结构.SF6全绝缘开关柜具有全封闭、免维护、尺寸小、性能优异、安全可靠的特点,深受用户的欢迎.环网柜由z初的空气绝缘环网配电单元发展到紧凑型SF6环网配电单元,z近发展到可扩展的SF6全绝缘环网柜或多回路配电柜,使SF6全绝缘开关技术获得了长足的进步和发展.特别是计算机技术、电子技术、传感技术、光纤通讯技术等多项技术应用于环网柜或多回路配电柜中,使产品更加小型化、智能化.
SF6全绝缘环网柜或多回路配电柜的技术特点
SF6全绝缘环网柜或多回路配电柜的技术特点主要表现在以下几个方面：
（1）模块化设计,各单元模块可任意组合和扩展而无需充放气,便于方案组合及高压计量的设计,适应范围广.SF6全绝缘断路器进出线柜(真空或SF6灭弧)、负荷开关进出线柜、母联柜、计量柜、负荷开关一熔断器组合电器柜,以及TV柜(带开关或不带开关),组合方案可为单单元、两单元、三单元、四单元等紧凑组合,为SF6全绝缘环网柜或多回路配电柜提供了广阔的应用前景.
（2）柜体采用铠装结构,母线室与开关室之间,开关室与电缆室之间均有金属隔板,全绝缘结构的一次部分防护等级可达IP67.
（3）具有三工位的负荷开关焊接在充SF6气体的密封不锈钢壳内,气密性非常好,用气量少,可保证30年不漏气,符合环保的要求,既适合户内也可在户外配置金属或非金属外壳使用,或放入地下、半地下变电所使用.
（4）操动机构采用耐腐蚀金属,转动部分的轴承均为自润滑设计,产品不受环境影响,免除定期保养,并与外界连接方便,这样使操作功小、可靠性高、寿命更长.
（5）扩展母线采用插拔式硅橡胶连接器,全绝缘和屏蔽,确保导电可靠性,且不受周围环境影响.组合连接及扩展方便,便于今后用户或变电所的增容改造.
（6）采用预制式硅橡胶绝缘的电缆终端在正面插接,免除了负荷开关柜由于体积小、空间窄,带来的电缆安装不方便的缺点.检修时可拆卸、快速恢复、安装方便；外表面使用新型半导体材料作屏蔽层,运行时外表面接地,不受潮湿、凝露、尘埃、污秽等的影响,安全性更高；免维护；外观多样、新颖、美观,可分支或并联；具有防洪水功能,可在水下4.5m短时运行.
（7）为了适应配电网自动化及提高配电可靠性要求,新型多回路配电柜可以根据需要加装电动机构、TV及配电网控制终端单元等,具备三遥功能.可实现远方对主元件运行状态及故障监视、远方抄表、远方操作等.
（8）柜体小型化设计,使用了三工位旋转式负荷开关,有效地减少零部件数量,实现了机械五防联锁.真空断路器充以SF6气体绝缘,利用真空灭弧和SF6气体绝缘的各自优势,使整体结构更加紧凑；限流熔断器也向小型化、大容量、高分断能力、快速熔断方向发展,两者结合,使柜体越来越小.
（9）友好的操作界面,确保操作人员和维护人员的安全.一次线路模拟单线图和模拟显示器可以显示开关内部状态,使操作简捷、正确、安全.
SF6全绝缘负荷开关—熔断器组合电器
技术特点
SF6负荷开关一熔断器组合电器除上述技术特点外,另有以下几个方面的特点：（1）全绝缘结构的SF6负荷开关一熔断器组合电器,熔断器小室由硅橡胶及绝缘子双层绝缘密封并带机械联锁,安全可靠、防洪水、防凝露,防护等级可达IP67.
（2）熔断器先安装在支架上,再自动导入熔断器小室,保证熔丝接触可靠.熔断器直接从正面与左、中、右三相接触,便于快速更换熔丝.
（3）具有熔断器过热保护,熔断器发热严重时自动跳闸,及时发现变压器事故隐患.
（4）熔断器支座置于SF6气体中,并水平布置,大地均匀了电场、并减小了体积.
（5）可配置微机实现过流保护,变压器过流故障由负荷开关开断,短路故障由熔断器开断,对变压器的保护更合理,可取代断路器对1250kVA及以下的变压器进行全范围保护.
保护变压器的应用
负荷开关一熔断器组合电器保护变压器可以限制短路电流值,使变压器免于承受突发短路故障电流,并在10ms以内快速切除变压器内部短路故障,防止由于内部电弧引起的压力升高而导致变压器油箱变形、开裂,使变压器得到更为可靠合理的保护.而对于变压器低压侧端部短路,合理地选用高压熔丝,由高压侧熔断器切除低压侧端部短路故障,可以有效地保护变压器.
无论采用SF6负荷开关一熔断器组合电器的结构形式,还是断路器的结构形式,都可以对变压器起到保护作用,但比较而言,负荷开关—熔断器组合电器对变压器保护更具其到的一面：
（1）SF6负荷开关—熔断器组合电器比断路器结构形式造价更便宜；若断路器的价格为100%,则SF6负荷开关—熔断器组合电器的价格仅为20%,进口SF6负荷开关—熔断器组合电器与国产断路器柜的价格相比也仅为1/3左右.
（2）SF6负荷开关—熔断器组合电器的制造相对断路器结构简单,材料消耗少、可靠性高,其关键制造工艺为壳体焊接密封技术和检漏技术.变压器得到更为可靠合理的保护.而对于变压器低压侧端部短路,合理地选用高压熔丝,由高压侧熔断器切除低压侧端部短路故障,可以有效地保护变压器.
无论采用SF6负荷开关一熔断器组合电器的结构形式,还是断路器的结构形式,都可以对变压器起到保护作用,但比较而言,负荷开关—熔断器组合电器对变压器保护更具其到的一面：
（1）SF6负荷开关—熔断器组合电器比断路器结构形式造价更便宜；若断路器的价格为100%,则SF6负荷开关—熔断器组合电器的价格仅为20%,进口SF6负荷开关—熔断器组合电器与国产断路器柜的价格相比也仅为1/3左右.
（2）SF6负荷开关—熔断器组合电器的制造相对断路器结构简单,材料消耗少、可靠性高,其关键制造工艺为壳体焊接密封技术和检漏技术.
（3）根据欧洲一些电力公司的实践,负荷开关—熔断器组合电器保护变压器的特性比断路器更好,带继电保护的断路器开断时间要60ms以上,而熔断器在大电流时10ms就可以快速熔断,而且还限制了短路电流的升高,免除了变压器受突发短路的损害.
（4）SF6负荷开关—熔断器组合电器带无电源的继电保护装置,弥补了熔断器在变压器过流部分无保护的缺陷.负荷开关—熔断器组合电器的无电源继电保护装置与断路器的继电保护装置相比,不用外加电源,省去了为断路器的继电保护提供电源的TV柜或直流屏,保护更简单,造价更便宜.一台负荷开关进线,一台计量,一台负荷开关—熔断器组合电器柜,不需外加电源,就可完成对用户变压器的保护.而传统断路器设计方案,需要一台断路器进线柜,一台计量柜,一台TV柜,一台断路器出线柜,两台断路器都需要继电保护及高性能TA,而且每台开关柜都需要加热器,因此造价和耗能高,故障环节多.
（5）实际运行中变压器以1250kVA及以下的容量占大多数,其额定电流大部分在72A以下,而断路器的额定电流一般都设计在1250A～3150A范围,保护1250kVA及以下的变压器显然是大马拉小车,结构不甚合理.使用负荷开关—熔断器组合电器结构,高压熔断器保护各自管辖的变压器,简化了与上级断路器配合关系,调试及维护要方便得多.
结束语
SF6负荷开关一熔断器组合电器取代断路器保护1250kVA及以下的变压器是完全可行的,既可对变压器有一个全面的、合理的保护,又造价合理,保护简单.同样的条件下,用户有能力购买性能档次更高的免维护产品.所以SF6全绝缘环网柜或多回路配电柜的技术特点是非常明显的,而且负荷开关厂熔断器组合电器不失为一种保护配电变压器的理想产品.
