60SF6断路器

发电厂变电站电气设备发电厂变电站电气设备第一章绪论第二章电力系统中性点的运行方式第三章电弧及电气触头的基本知识第四章低压电器第五章熔断器第六章高压开关电器第七章互感器第八章母线、电力电缆及绝缘子第九章电力电容器和电抗器第十章电气主接线第十一章自用电接线第十二章配电装置第十三章接地装置第十四章电气设备的选择第六章高压开关电器第一节高压断路器概述第二节油断路器第三节真空断路器第四节六氟化硫断路器第五节高压断路器的操动机构第六节隔离开关第七节负荷开关本章小结思考练习六氟化硫断路器——概述SF6气体出现于1900年，到1940被用来做电气设备的绝缘介质，现广泛应用在高压开关、变压器、电缆等电气设备中，并逐渐雄踞高压开关的主导地位，成为国内外公认的发展方向。应用范围：10～1000kv电压等级的电力系统优点：机构简单，操作能量小，机电磨损小等优点，基本做到运行期内无维修。与真空和油开关相比在结构、安全性、耐过电压、使用寿命和价格方面都优越得多。SF6由卤族元素中最活泼的氟原子与硫原子结合而成。分子结构是个完全对称的八面体，硫原子居中，六个角上是氟原子，氟与硫原子间以共价键联结，SF6分子量为146，约是空气分子量的5.1倍，因此同样体积的SF6气体比空气重得多。迄今为止，工业上普遍采用的SF6制造方法是将单质硫和过量气态氟直接化合。263SFSFQ放热反应SF6气体的特点物理特性：SF6气体是一种无色、无味、无毒和不可燃且透明的气体，在通常情况下有液化的可能性，在45摄氏度以上才能保持气态。在均匀电场下，其绝缘性是空气的3倍，在4个大气压下，其绝缘性相当变压器油。化学特性：常温下是一种惰性气体。一般不会与其它材料发生反应。电气特性：绝缘性能佳，还具有独特的热特性和电特性。SF6气体是电负性气体，其分子和原子具有很强的吸附自由电子的能力，可以大量吸附弧隙中的自由电子，生成负离子。负离子的运动比自由电子慢得多，很容易和正离子复合成中性的分子和原子，大大加快了电流过零时的弧隙介质强度的恢复。分解特性：纯净的SF6气体一般公认是无毒的。SF6在生产过程中会有少量伴随的生成物，其中S2F10是公认的剧毒气体，但经过净化处理可以完全将它除净。纯净的SF6气体虽然无毒，但在工作场所要防止SF6气体的浓度上升到缺氧的水平。SF6气体的密度大约是空气的五倍、SF6气体如有泄漏必将沉积于低洼处，如电缆沟中。浓度过大会出现使人窒息的危险，设计户内通风装置时要考虑到这一情况。SF6气体通过对流能与空气混合，但速度很慢。气体一旦混合后就形成SF6和空气的混合气体，不会再次分离。问题严重的是，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。1)SF4(四氟化硫)常温下SF4为无色的气体，有类似SO2的刺鼻气味，在空气中能与水分生成烟雾，产生SOF2和HF。SF4气体可用碱液或活性氧化铝(A12O3)吸收。SF4气体对肺有侵害作用，影响呼吸系统，其毒性与光气相当。2)S2F2(氟化硫)常温下为无色气体，有毒，有刺鼻气味，遇水分能完全水解形成S，SO2和HF。S2F2对呼吸系统有类似光气的破坏作用。3)SF2(二氟化硫)SF2的化学性能极不稳定，受热后性能更加活泼，易水解成S，SO2和HF。SF2气体可用碱液或活性氧化铝吸收。4)SOF2(氟化亚硫酰)SOF2为无色气体，有臭鸡蛋味，化学性能稳定。它与水分反应缓促，并能快速地为活性氧化铝或活性炭吸附。SOF2为剧毒气体．可造成严重的肺水肿，使动物窒息死亡。5)SO2F2(二氟化硫酰)SO2F2为无色无臭气体，化学性能极为稳定，加热到150°C时也不会与水和金属反应。SO2F2不易被活性氧化铝吸收。SO2F2是一种能导致痉孪的有毒气体。它的危险性在于无刺鼻性嗅味且不会对服鼻粘膜造成刺激作用，故发现中毒后往往会迅速死亡。6)SOF4(四氟亚硫酰)SOF4为无色气体，有刺鼻性气味，能被碱液吸收，与水反应会生成SO2F2。SOF4是有害气体，对肺部有侵害作用。7)HF(氢氟酸)HF是酸中腐蚀性最强的物质。对皮肤、粘膜有强烈刺激作用，并可引起肺水肿和肺炎等。六氟化硫气体与温室效应1997年防止全球变暖的京都议定书中，将包括SF6气体的6种气体列为温室效应气体，它们对温室效应的影响依次为C02，CH4，N2O，PFC，HFC，SF6。将SF6气体列为温室效应气体的原因，主要是SF6气体对温室效应有着相当大的潜在危险，其原因有二：(1)SF6分子对温室效应的潜在影响大。若以CO2气体的全球变暖系数为1，则SF6气体为23900。这就是说，一个SF6分子对温室效应的影响为CO2的23900倍。（2）SF6气体排放大气后，它的寿命长，约为3200年。检修SF6电器设备不可避免会接触到SF6分解物。另外，SF6电器设备损坏时，例SF6绝缘的封闭组合电器由于内部电弧故障使压力释放装置动作或者外壳烧穿时．会有大量SF6气体及其分解物向外排放到大气中。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。预防措施有：1)所有安装有SF6电器设备的场所内应该装置有合适的自然通风或强制通风装置。这些通风装置应能保证在最坏的条件下，例如有大量的SF6气体及其分解物向外排出时．足以使有毒的分解物稀释到可以容许的程度。在安装场所的入口处，工作人员应能方便地启动通风装置。另外，也可利用SF6的检测装置对部分通风装置实行自动启动。还要防止SF6气体及其分解物进入其它没有通风装置的房间中。2)除对检修人员进行安全知识的培训外，还应给检修人员配备合适的保护衣服和轻袜手套，化学型的工业防护照镜，防毒面具，有活性过滤器的呼吸保护装置等。为安全起见，检修现场还应配备有氧气呼吸装置的急救设备。3)利用真空吸尘器、吸附剂尽快消除SF6电器设备内部存在的分解物。清理后，对残留的分解物可用干烘、不起毛的抹布来清除。清扫过程中已被玷污的清扫材料及固态分解物都应放在双层的塑料袋中。未经处理不得任意抛弃，以免造成对环境的污染。SF6电器设备的应用己50余年，在这段时间内已经积累了大量SF6气体方面的知识和经验。只要严格按照国家或制造厂的有关规程进行工作，就能确保SF6电器设备安全可靠以及有关人员的人身安全。SF6断路器的特点优点：1、开断短路电流大2、截流量大，寿命长3、操作过电压低4、运行可靠性高5、安全性高6、体积和占地面积小7、安装调试方便8、检修维护量小缺点：1、制造工艺要求高、价格贵2、气体管理技术要求高。SF6断路器的灭弧室SF6断路器有双压式、单压式、自能式及二次技术智能化等形式。其中，双压力式SF6断路器工作性能虽然良好．但必须配置一台在密封循环中工作的气体压缩机，结构复杂、价格昂贵。另外，1.5MPa（表压力）高压SF6气体的液化温度高，工作温度必须保持在8°C以上，低温环境下需要加热才能工作，这也是一个致命的弱点。因此很快被第二代SF6断路器，即单压力（压气）式SF6断路器所取代。一、单压式SF6断路器单压式SF6断路器又称为压气式SF6断路器。它的灭弧室的可动部分带有压气装置。主要应用在252kV以上的电压等级。单压（压气）式SF6断路器，外形上与双压式无多大差别。断路器内部只有一种压力，一般为0.6MPa(表压力)，它是依靠压气作用实现气吹来灭弧的。按灭弧室结构的不同，可以分为变开距灭弧室和定开距灭弧室。变开距灭弧室：触头开距在整个分闸过程中是不断改变的。吹弧方式有单向纵吹和双向纵吹，前者适用于小容量断路器，后者适用于高压大容量断路器。优点是开距大，断口电压可以做得较高，熄弧后介质强度恢复速度较快，喷口形状不受限制，可以设计得比较合理，有利于改善吹弧效果。缺点是电弧长电弧电压高，电弧能量大，不利于提高开断电流定开距灭弧室：两个静触头式中保持固定的开距，气流向静触头喷口处对电弧进行双向对称纵吹。优点是触头开距小，行程短，电弧能量小，熄弧能力强，燃弧时间短。可以开断很大的短路电流。缺点是压气室的体积较大。压气式灭弧室的开断过程分为两个阶段：（1）预压缩阶段为使触头分离产生电弧时就能实行有效的气吹，压气灭弧室应先进行一段预压缩过程，使压气室中的气体压力提高后再打开喷口产生吹弧作用。压气灭弧室要求有较大的预压缩行程(超行程)，达到全行程的40％。压气式SF6断路器的分闸时间比其它断路器要长些。（2）气吹阶段要保证电弧可靠熄灭，在气吹阶段中，要压气室中的气体压力仍保持较高的比值。这就要求压气室体积的压缩率足够高，足以补偿喷口流出气体引起的压力下降。二、自能式SF6断路器自能式SF6断路器是在压气式基础上发展起来的，又称第三代SF6断路器。用电弧自身的能量建立灭弧所需要的压力差。自能式SF6断路器的开断能力与电弧能量有关。可采用弹簧操动机构按灭弧原理可分为旋弧式、热膨胀式。旋弧式SF6断路器旋弧式SF6断路器利用SF6气体中电弧在磁场作用下快速转动而使电弧熄灭。旋弧式SF6断路器多用于中压系统中。磁吹线圈设置在静触头附近，在开断电流时，线圈被电弧串联接进回路，电流流过线圈，在动静触头间产生磁场，电弧在磁场的驱动下旋转，在旋转时受到冷却而熄灭。按照磁吹和电弧的运动方式不同可分为径向旋弧式和纵向旋弧式。热膨胀式利用电弧本身的能量，加热灭弧室内的SF6气体，建立高压力，形成压差，并通过喷口释放，产生强力气流吹弧，从而达到冷却和吹灭电弧的目的。将几种灭弧原理同时应用在断路器的灭弧室中。如旋弧＋热膨胀，压气＋热膨胀，压气＋旋弧，旋弧＋热膨胀＋助吹。混合式SF6断路器按灭弧室分类SF6断路器压气式自能式混合式变开距灭弧室定开距灭弧式单向纵吹双向纵吹双向吹弧旋弧式热膨胀式径向旋弧式纵向旋弧式旋弧+热膨胀压气+热膨胀……SF6断路器的附件断路器本体及操动机构的附属部件。1压力表、压力继电器。监视SF6气体压力的变化情况。2密度表和密度继电器。测量SF6气体密度3并联电容和并联电阻。改善断路器分闸和合闸特性。4净化装置。用来吸附杂质。5压力释放装置。用来保护断路器不受过量的正压和负压的影响压力表、压力继电器压力表：起监视作用。一般采用弹簧管式。压力继电器：主要配置在操动机构上，有多对电触点，可以控制操动机构的动作。起控制和保护作用。安全阀：是压力继电器的一种特殊形式，它与压力继电器的不同之处在于安全阀不带电触点，且动作方式不同。密度表和密度继电器密度表：在SF6断路器上装设的SF6气体密度表，带指针及有刻度的称为密度表；密度继电器：不带指针及刻度的称为密度继电器；有的SF6气体密度表也带有电触点，即兼作密度继电器使用。它们都是用来测量SF6气体的专用表计。并联电容和并联电阻并联电容又称为均压电容，与断路器灭弧断口并联，可以降低断路器触头间弧隙的恢复电压速度，提高开断能力。并联电阻又称为合闸电阻，可以用来限制合闸或分闸时的过电压，其安装方式有两种，一种是并联电阻片与断口放在同一个瓷套内，有利于热量的扩散。另一种是将电阻片与辅助断口不放在同一个瓷套内，各自成独立元件，串联后并联在灭弧室的两端。电阻值的大小对影响着限制过电压的程度。一般使用的是400～450欧姆的并联电阻值净化装置主要由过滤罐和吸附剂组成。吸附剂：吸附SF6气体中的水分和气体的分解物。常用的有：1活性炭。黑色粉末状或颗粒状的无定形碳。活性炭主成分除了碳以外还有氧、氢等元素。2分子筛具有网状结构的天然或人工合成的化学物质。如交联葡聚糖、沸石等。3氧化铝又称三氧化二铝，分子量102，通常称为“铝氧”，是一种白色无定形粉状物，俗称矾土。4硅胶又称为硅橡胶，是一种高活性吸附材料，属非晶态物质。不溶于水和任何溶剂，无毒无味，化学性质稳定，除强碱、氢氟酸外不与任何物质发生反应。另外，还有漂白土、氧化镁等各种吸附剂。目前国内用的最多的是分子筛和氧化铝。压力释放装置分为压力释放阀和防爆膜两种。压力释放阀一般装在罐式SF6断路器上防爆膜一般装设在支柱式SF6断路器上，防爆膜一旦开启后不能够再闭合。SF