SF6气体的热导率随温度变化。SF6气体与水会发生反应，产生腐蚀性物质，所以对水分含量要加以限制。然而，应当注意到，SF6气体的绝缘强度在不均匀电场中将明显降低。SF6气体的介质恢复速度通常为空气的100倍以上，所以能承受各种恢复电压的作用，保证了优异的开断性能。......
2023-06-30
SF6气体的负电性特点
【摘要】：电极形状的不同对SF6气体的绝缘强度有非常大的影响，在均匀电场中SF6气体的绝缘强度约为空气的3倍，在约3个表压的气压下达到绝缘油以上的绝缘强度。如前所述，由于SF6气体的独特性，目前还没有其他气体能够取代。采用SF6混合气体已有多年研究，通过研究认为SF6/N2混合气体的综合效果最佳。
不仅SF6气体，通常卤素元素及其化合物气体，都具有负电性，即分子或离解原子具有生成负离子的倾向，而SF6气体的这种倾向非常强。SF6和由它分解产生的卤族分子和原子强烈地吸附电弧中的电子，形成负离子，而负离子的质量又比电子大得多，在电场作用下负离子的移动速度比电子小得多，因此，在电场中运动时很容易与正离子复合形成中性分子。因此，空间导电性的消灭过程非常迅速，此种现象与电离空间的冷却能力非常强的情况具有同样的效果，从而电弧在电流零值附近空间电导率的变化非常快，这种特性与上述分析电弧形成极细的弧芯特性一起，使电弧时间常数变得很短。
将上述过程简化并得到一个反应过程表示如下：
对于灭弧来说，大量SF6中性分子与电弧接触是有效的方法。
电极形状的不同对SF6气体的绝缘强度有非常大的影响，在均匀电场中SF6气体的绝缘强度约为空气的3倍，在约3个表压的气压下达到绝缘油以上的绝缘强度。但是电流开断后的绝缘强度恢复特性即热绝缘恢复的速度极快。图6-23是利用模型断路器进行的热绝缘恢复实测结果，与氮气比较可以看出绝缘击穿电压显著增高。
对灭弧介质的基本要求，不仅要有高介质强度，而主要是应具有介质强度的高恢复速度，还应具有另一重要特性即当电弧电流过零时的热时间常数非常小，SF6作为灭弧介质就具有这些特性。
图6-23 用SF6气体的模型断路器进行热绝缘恢复特性的实测结果
综上所述，正是由于SF6气体具有优异的灭弧和绝缘性能，同时它的化学性能稳定且无毒，因此，SF6气体在输变电领域的使用不断扩大，它还用于变压器、互感器、充气电缆、电容器、避雷器、接触器、熔断器等。几十年的实践证明，SF6气体所具有的优异性能无可争议，至今没有另一种介质可以与之媲美。
从上面分析可见，SF6气体中电弧的熄灭原理与空气电弧和油中电弧是不同的，它不仅依靠气流等的压力梯度所形成的等熵冷却作用，而主要是利用SF6气体的特异的热化学性和强负电性，才使SF6气体具有特别强的灭弧能力。对于灭弧来说，供给大量新鲜的SF6中性分子并使之与电弧接触是有效的方法。这也是SF6断路器灭弧的基本原理。因此，SF6断路器虽然也采用喷口形式向电弧进行气吹，表面上与空气断路器相似，但两者灭弧的基本原理是不同的。
SF6断路器与其他断路器一样可用吹弧办法来熄弧。但是吹弧后的气体不能排向大气，必须处在一个封闭的系统中。SF6气体作为绝缘介质一般需（3～5）×105Pa的压力，因此，再要形成气吹就需要更高的压力。常用的SF6灭弧室原理有如下五种：
1）双压气吹式：它具有两种气压系统，开启气吹阀由在喷口处形成的高压力气流流向低压力侧，对电弧气吹。
2）单压气吹式压气式：在单一气压的SF6气体中，采用与触头联动的活塞装置，在分断过程中在喷口处形成气流，对电弧气吹。这种方式结构简单，已被广泛采用。
3）混压式。
4）自能式。
5）磁吹电弧式：以使电弧在SF6气体中运动或拉长，来代替气流吹向电弧，也会得到相同的灭弧效果。因此，可以在SF6气体中采用磁吹电弧的方式，靠通电线圈形成垂直于电弧的磁场，使电弧在SF6气体中旋转而熄灭，也称旋弧式（磁吹旋转电弧式）。在较低电压的小容量的断路器中采用这种灭弧方式是有效的。
有关SF6断路器灭弧室的结构将在后面作详细介绍。
尽管SF6气体具有上述的优良特性，但是在使用中还存在以下问题：在经常使用的温度下，液化温度较高，这对于在寒冷地区使用的开关设备非常不利；SF6等6种气体被列为受限制的温室气体，这个事实已引起SF6气体制造厂、SF6电器设备制造厂和电力部门的极大关注。
作为高压开关设备的制造厂家，要解决上述问题有以下几个途径：第一，寻找替代品或采用SF6混合气体。如前所述，由于SF6气体的独特性，目前还没有其他气体能够取代。采用SF6混合气体已有多年研究，通过研究认为SF6/N2混合气体的综合效果最佳。在恰当混合比的条件下，如40%SF6+60%N2或50%SF6+50%N2时，即可用于绝缘又可用于灭弧，但各方面性能有所下降。同时在实用中还要解决以下问题：气体的提供、回收和处理等问题；使用混合气体，断路器的开断性能有所下降，断路器可能需重新设计；混合气体各自含量的监测以及如何保持各自的含量问题等。第二，在产品设计中减少SF6气体的使用量，努力使高压开关电器小型化，在提高产品可靠性的前提下，减少充气气室，尽量采用用气量少的结构形式等。第三，提高加工工艺，加强密封性，减少漏气量，从而减少SF6排放量。
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