六氯化硫,分子式SF6,相对分子质量为146.06,常温常压下为无色、无味、无毒、无腐蚀性、不燃、不爆燃的二氧化碳,密度约为空气的5倍,标准状态下密度为6./立方米.在高温和加压情况下呈液态,冷藏后弄成红色固体。升华气温为-63.9℃,熔点-50.8℃,临界气温45.55℃,临界压力为3.。六氯化硫具有良好的物理稳定性和热稳定性,卓越的电绝缘性和脱扣性能;SF6二氧化碳液化气温:它在一个大气下(即0.1MPa),液化气温为-62℃;在1.2MPa压力下,液化气温为0℃;通常充入断路器的SF6二氧化碳压力为0.35~0.65MPa范围(由充气时的环境湿度具体确定),其液化气温为-40℃。
临界气温是SF6二氧化碳出现液化的最高气温临界压力表示在这个气温下出现液化所需的二氧化碳压力。SF6只有在室温低于=45度以上时才会保持气态,在一般使用条件下,它有液化的可能性,因而SF6不能在低水温和过高压力下使用。
SF6的电气硬度约为空气的2.5倍,脱扣能力更高达空气的100倍以上,所以在超高压和特高压的范畴内,它已完全替代绝缘油和压缩空气而成为惟一的断路器脱扣媒质。
六氯化硫理化特点方面的若干问题二氧化碳要作为绝缘媒质应用于工程实际,不但应具有高电气硬度,并且还要具备良好的理今化特点。SF6二氧化碳是惟一获得广泛应用的强氢键二氧化碳的缘由即在于此C下边对SF6二氧化碳实际应用中的理化特点作一介绍:
(一)液化问题
现代SF6高压断路器的气压在0.7Mpa左右,而GIS中除断路器外其余部份的充气压力通常不超过0.45MPa。假如20℃时的充气压力为0.75MPa(相当于断路器中常用的工作气压),则对应的液化气温约为-25℃,假如20℃时的充气压力为0.45MPa,则对应的液化气温为一40℃,可见通常不存在液化问题,只有在高寒地区才须要对断路器采用加热举措,或采用SF6-N2混和二氧化碳来增加液化体温。
(二)毒性分解物
纯净的SF6几二氧化碳是无毒惰性二氧化碳,180摄氏度以下时它与电气设备中材料的相容性与氧气相像.但SF6的分解物有毒,并对材料有腐蚀作用,因而必须采取举措以保证人身和设备的安全。
二、六氯化硫混和二氧化碳
1SF6二氧化碳价钱较高
2液化水温不够低
3对电气不均匀度太敏感
目前国外外都在研究SF6混和二氧化碳,以期在个别场合用SF6混和二氧化碳来取代SF6二氧化碳.目前已获工业应用的是SF6一N2混和二氧化碳,主要用作高寒地区断路器的绝缘媒质和脱扣材料,采用的混和比一般为50%:50%或60%:40%。在常压-63℃时,弄成无色的固体物质。加压时可融化,其单相点参数为:t=-50.8℃,p=0.23MPa。
六氯化硫的临界压力和临界气温都很高,临界压力3.9MPa,临界气温为45.6℃。在临界压力和临界气温下六氯化硫二氧化碳的密度是7.3g/L。在3.9MPa以上的压力,无论多么高,它的液化气温都是45.6℃,是一条直线。为此,临界气温是液化的最高气温,而临界压力是液化的最小压力。
六氯化硫的熔点,其参数为TM=-50.8℃,PM=0.23MPa,这点是气、液、固单相共存状态。B点为六氯化硫沸点,TB=-63.8℃,饱和蒸气压等于0.1MPa。许多二氧化碳在一般情况下,可视为理想二氧化碳,它们的状态参数之间存在简单的关系,即理想二氧化碳状态方程式:pV=mRT/M=nRT
式中:m——气体质量,g
P——气体浮力,MPa
T——温度,K
V——气体容积,L
M——气体摩尔质量,g/mol
R——摩尔二氧化碳常数(=0.•L/(K•mol))
从物理上说,当一个多项式中只富含1个未知量时,就可以估算出这个未知量。因而,在浮力、体积、温度和所含物质的量这4个量中,只要晓得其中的3个量即可算出第四个量。这个等式依据须要估算的目标不同,可以转换为下边4个等效的公式:
求压力:p=nRT/v
求容积:v=nRT/p
求所含物质的量:n=pv/RT
求气温:T=pv/nR
按照二氧化碳状态多项式可以推测二氧化碳状态变化时各参数之间的关系。诸如二氧化碳在等温压缩(或等温膨胀)时,压力与密度成反比。
当压力低于0.3~0.5MPa时,因为六氯化硫分子间压力与密度变化关系(t=20℃),吸引力随密度减小即分子宽度离的减少而愈益明显。1—按理想二氧化碳变化,实际的二氧化碳压力变化特点,与按理想二氧化碳变化定理2—六氯化硫二氧化碳压力变化推论下来的各类关系式拿来估算六氯化硫参数会形成较大偏差。
在实际使用中,为较确切地估算六氯化硫的状态参数常采用经验公式,下边的公式是比较实用的。
P=56.2*10^-6*γ*T*(1+B)-γ^2*A
A=74.9*10^-6*(1-0.727*10^-3*γ)
B=2.51*10^-3*γ*(1-0.846*10^-3*γ)
其中,P為SF6氣體的壓力MPa
γ為氣體的密度kg/m^3
T為氣體的溫度K
T=t+273.15
六氯化硫二氧化碳状态参数曲线的应用
应用状态参数曲线图可以较便捷地估算六氯化硫的状态参数,以及求取液化或固化的体温。
1.估算断路器内六氯化硫二氧化碳的充气容积
比如,某六氯化硫断路器,在20℃时工作压力为0.45MPa,(表压),六氯化硫二氧化碳充装量为31kg,求断路器内部充气容积。
在20℃时工作压力0.45MPa,则绝对压力为0.55MPa,由20℃,0.55MPa压力,查得图1-4歇直线簇中工作点S,计算这条经过S点的平行于斜直线簇的斜线的密度是35kg/m3
则六氯化硫断路器的充气容积为:31/35=0.886m3。
2.求六氯化硫断路器内部充气压力随外界气温变化而变化的容许范围
比如,在20℃时,上述充气工作压力为0.45MPa,绝对压力为0.55MPa的六氯化硫断路器。在环境湿度升至30℃,若保持密度=35kg/m3不变,沿此斜线在图1-4的S点两侧查得30℃时,绝对压力为0.58MPa,工作压力则为0.48MPa。而在室温降至-10℃时,沿密度=35kg/m3斜线可以在S点两侧查出-10℃时,绝对压力为0.49Mpa,工作压力为0.39MPa。结果表明,外界气温在-10℃到30℃之间变化时,六氯化硫断路器的工作压力可以在0.39MPa到0.48MPa之间变化。(20℃时充气压力0.45MPa)。
3.了解不同工作压力下六氯化硫二氧化碳液化时的气温
上例中的六氯化硫断路器,20℃时工作压力0.45MPa,密度=35kg/m3,工作点S,过S点的斜线交与AMB曲线于T点,此点气温t=-33℃,相应的工作压力为0.35MPa。即此断路器中六氯化硫二氧化碳,在-33℃时开始液化。T点表示湿度骤降而出现凝结的液化点。
六氯化硫二氧化碳一旦开始液化,随气温继续增长,六氯化硫二氧化碳不断凝结成液体,二氧化碳的密度不再保持常数而是不断减少,但是二氧化碳的压力升高得更快。气温降到液化点并不表示全部二氧化碳立即被凝结成液体,只是凝结的开始。但当气温继续增加,二氧化碳的压力、密度升高更快时,六氯化硫二氧化碳的绝缘、灭弧性能都迅速增长,所以六氯化硫断路器不容许工作气温高于液化点。
从曲线AMB可以看出,六氯化硫断路器工作压力(指表压)越高,液化气温越高。液化气温与断路器的工作压力有关。若按液化气温不高与-20℃计算,相应的在20℃时的绝对压力不应高与0.82MPa,工作压力(表压)不应低于0.72MPa。断路器工作压力很低时,气温回升时可能不出现液化而直接凝炼固体。
可知SF6型断路器的使用环境条件为-30℃~+40℃,额定压力0.45MPa,闭锁压力0.4MPa,剖析结果也可以用玻义耳-马略特二氧化碳状态多项式PV/T=P1V1/T1进行估算验证。其中:P为压力;V为容积;T为气温(绝对湿度);P1为变化后压力;V1为变化后容积;T1为变化后气温。当容积不变,SF6二氧化碳压力随着气温的变化而变化,可估算出LW8-35型断路器的SF6二氧化碳压力变化值临界温度,将参数代入式中得:P1=P×T1/T0.45MPa×(273℃-39℃)/(273℃+20℃)=0.36MPa当SF6二氧化碳气温由20℃变至-39℃时,SF6二氧化碳压力由0.45MPa变至0.36MPa,早已高于闭锁压力0.4MPa了。
1、六氯化硫的绝缘和脱扣性能主要取决于它的含量和密度。而与压力无关。
2、当前大部份六氯化硫开关的二氧化碳状态检测装置多为“气体密度表”,虽然,它反映的是“折算至20℃时,开关内二氧化碳的压力Mpa”,而不是当前桶内的真实压力。它由当前开关内压力的传感器装置和双金属带构成的气温补偿装置联合构成。
3、“开关的充气压力”“开关标牌上的额定压力”等平常呼称的压力均指“气体密度表的指示压力”。虽然,它是开关内的二氧化碳绝对压力与外界大气压的差值。为此,将二氧化碳密度表的指示压力(简称‘表压’”或称“工作压力”)加上外界大气压力才是开关内的绝对压力。
4、气体的绝对压力指“气体对容器壁的正交压力”。
5、1标准大气压(atm)=、1工程大气压(ata)=、1Bar=
6、开关内因为液化导致的二氧化碳密度降低和二氧化碳泄漏对二氧化碳的绝缘和脱扣性能的影响是完全一样的。所以临界温度,当发生因为液化导致的二氧化碳密度的准确减少而致使开关发出“闭锁讯号”时,不应当人为解除闭锁。
7、对于因为二氧化碳密度表的检测气温范围不适应现场实际要求的,应更换适合的密度表。例如,密度表的标称的气温范围是-20至40度,而开关安装地的实际气温范围可能是-35至45度,这样,在极端情况下,密度表将不能真实的反映二氧化碳的密度。反正,就是要致使密度表的气温范围能涵括实际可能的环境湿度。
8、为了才能让极高温下的六氯化硫开关得以安全运行,有两种着力可行的办法:
A在开关顶部对开关桶进行加热;有的地区采用的这些办法,疗效不错。但须要改装加温装置和保温举措。
B使用六氯化硫-甲烷混和二氧化碳开关,能使二氧化碳在工作压力下的液化气温降至-42度左右,大大适应了高温环境。