GIS設備***大的特點是使用了SF6斷路器.并且把其他電氣元件都固定安裝在一個殼體內,用S民氣體作為絕緣介質,與殼體及大氣絕緣。SF6氣體也是不同電氣元件之間的絕緣介質和滅弧介質。之所以在GIS罐體內充裝SF6氣體,是因為SF6氣體是迄今***優良的絕緣介質和滅弧介質。與空氣相比較,它有適合做絕緣和滅弧介質的物理和化學特性。
1. SF6氣體的物理特性
在常溫常壓下,SF6氣體是無色、無味、無毒、不易燃燒的氣體。相同壓力、相同體積的SF6氣體比空氣重。SF6氣體的臨界溫度為45.6℃,臨界壓力值3.81MPa。氣體的臨界溫度是氣體被液化的***高溫度,臨界溫度越低越好,表示氣體不容易被液化。臨界壓力表示氣體在臨界溫度下液化所需要的壓力。為了保持SF6氣體處于氣態,在寒冷地區使用時應保持其溫度在45℃以上,且壓力值不可太高。SF6氣體對流散熱能力比空氣強。
2. SF6氣體的化學特性
SF6氣體在水中溶解度很低。在常溫甚至較高溫度下,SF6氣體一般不會發生化學反應。在電氣設備的***高允許溫度150℃時,SF6氣體仍很穩定,它的分解溫度為500℃。
SF6氣體是負電性氣體。SF6氣體中的負離子與電弧中的正離子結合,使得電弧中帶電粒子迅速減少,提高了電弧中的擊穿電壓,以至于電弧間隙能夠迅速恢復,從而能夠迅速熄滅電弧。
3. SF6氣體的工作特性
(1) SF6氣體的分解物。雖然SF6氣體本身無毒,但由于其比空氣重,而且不含氧氣,所以有窒息作用。在GIS配電室內,要裝排風機,定期將室內氣體排出,保持室內SF6氣體濃度在1000μL/L以下。進人GIS罐體內檢修時,***先將SF6氣體回收,并用氮氣沖洗,通風靜置半小時以上,人員方可進入。
在高溫小電流電弧作用下,SF6會分解出一些低氟化合物。這些分解物和電極材料、水分、氧氣等物質進一步反應,生成有毒的其他物質。
SF6氣體在電弧作用下分解,是極其復雜的物理和化學過程,還有其他含硫含氟有毒氣體產生,所以要運行好GIS設備,***先要了解SF6氣體的特性。在GIS設備發生故障后,通過檢測故障后的罐體內氣體成分及含量,就可以判斷故障性質和故障部位。
(2) SF6氣體基本工作特性圖。當SF6氣體的溫度保持不變時,密度上升,壓力也會上升,密度下降,壓力也跟著下降。當SF6氣體的壓力保持不變時,溫度變化,密度也跟著變化。SF6氣體的液化溫度與密度值有關,只要密度不變,則其液化溫度也不變,從而***了SF6氣體在GIS設備使用現場性能穩定。但是,當SF6氣體的壓力上升至某一值時,它的液化溫度可能達到常溫值,所以SF6氣體壓力不能太高。當SF6氣體溫度較低時,也容易液化,所以SF6氣體使用現場溫度不能太低。在寒冷地區使用GIS設備時,要采取保溫措施,也是為了防止SF6氣體液化.SF6氣體在-30℃時液化,20℃為基準溫度,30℃時的壓力為額定壓力。SF6氣體的***佳工作狀態,也是GIS設備***合適的密度、溫度、壓力范圍。
(3) SF6氣體的絕緣特性。在空氣間隙中,由于碰撞而產生的自由電子越來越多,當大量的正、負離子的密度大致相當時,則在間隙中形成了很多等離子體,它具有良好的導電性能,待間隙全部成為等離子體后,則間隙失去了絕緣性能,而變成了導體,這種現象叫間隙被擊穿。
空氣在均勻電場下擊穿場強為30kV/cm,在極不均勻電場下擊穿場強為5kV/cm,在稍不均勻電場下的擊穿場強介于以上二者之間。
SF6氣體的擊穿特性與空氣相似,不同的是SF6氣體屬于鹵族元素,易吸收自由電子形成負離子,同時釋放能量,所以SF6氣體的負電性很強。
SF6氣體是一種高電氣強度的氣體介質。SF6氣體中的電子在電場作用下.不僅不會產生新的自由電子和離子,由于它的負電性,還會吸收自由電子,對滅弧非常有利。
(4) 影響SF6氣體擊穿電壓的因素。
1) 電場均勻性對SF6氣體擊穿電壓的影響。在極不均勻電場下,SF6氣體擊穿電壓比在均勻電場下小很多。
2) 極性對SF6氣體擊穿電壓的影響。極性對SF6氣體擊穿電壓的影響與電場均勻性有關。在極不均勻電場中,正極性的擊穿電壓比負極性的低。
3) 間隙對SF6氣體擊穿電壓的影響。在均勻電場中,空氣和SF6氣體的擊穿電壓都隨著間隙的增大而升高。SF6氣體的擊穿電壓是空氣的3倍。
擊穿電壓與氣體的壓力有關系,氣體壓力越高,擊穿電壓增加得越快。當然,間隙也不能無限增大,當間隙距離過大時,電場的均勻性將減弱,擊穿電壓將隨著電極之間的距離增大而呈現飽和狀態。在不均勻電場中,SF6氣體擊穿電壓和電極間的間隙呈現飽和現象,正極的擊穿電壓高于負極。
4) 壓力對SF6氣體擊穿電壓的影響。SF6氣體的壓力升高,間隙中的擊穿電壓也隨之增大。但壓力增大到一定程度,擊穿電壓將出現飽和現象。同時,SF6氣體擊穿電壓增高,其液化溫度也會提高,不利于GIS設備在高寒地區使用。所以,GIS設備中的SF6氣體電壓要限制在一定范圍之內。
5) 電極表面狀態對SF6氣體擊穿電壓的影響。電極表面粗糙,有雜質、毛刺、塵埃等,都將使GIS設備中的SF6氣體擊穿電壓降低。
(5) SF6氣體的滅弧特性。電弧是一種氣體放電現象,在正常情況下氣體是不導電的。當氣體溫度很高時,氣體分子發生游離,中性分子分解為自由電子和正離子,在電場作用下,沿一定方向運動,造成氣體放電。
氣體的分解和電離都要消耗能量。在GIS設備中,觸頭斷開時,有高溫的金屬蒸氣出現,使S民氣體的分解溫度可以降低到3000K。在這一溫度下,有部分氣體還沒有電離。在SF6氣體分解過程中,自由電子速度很快,難于直接與正離子復合成中性原子。但是負離子沒有自由電子活潑,它容易與正離子結合復合成中性原子,加快了氣體電導率下降,使得氣體的絕緣容易恢復,所以,SF6氣體的滅弧性能好。