SF6 气体在高压开关设备中的安全使用分析

SF6 气体在高压开关设备中的安全使用分析

高传璐 黄宝勇

山东电工电气日立高压开关有限公司 济南市 250000

摘要：本文主要探讨了高压开关设备中SF6气体的应用情况，并依据SF6气体对环境的危害现象，指出了今后SF6气体在高压开关设备中的应用前景，以供借鉴和参考。

关键词：SF6气体；高压开关设备；温室效应；绝缘

SF6气体在电力输配电系统中的应用，始于20世纪60年代。最开始是在不小于126kv的高压开关设备中广泛应用。直至80年代初期，SF6气体又被应用在中压开关设备中。SF6气体的绝缘性及灭弧性较好，因此在12kv以上的电压等级中也具有大量应用。在中国市场中，高压输电系统及配电系统中的SF6气体产品，具有逐步增长的市场份额。本文主要探讨了在基于全球减排温室气体的情况下，如何通过改进管理和设计，来降低SF6气体的排放量，具体内容如下。

1.SF6气体在高压开关设备中的应用优势

1.1较好的理化性能

在常态下，SF6气体是一种无色、无毒、无腐蚀性的气态物质，其灭弧性及电气绝缘性能较好。在同一压力下，SF6气体的耐电强度为氮气的2.5倍，击穿电压为空气的3倍，在0.25Mpa下，其击穿电压与油相等，处于相同的条件下时，与空气相比，其电晕放电的起始电压为其两倍，作为新一代绝缘介质材料，优于空气和油。SF6气体常用于输配电领域中的电气设备中，如高压变压器、断路器等，此外，在航空航天、气象、医疗等领域也具有广泛应用。电子级高纯度的SF6气体也可作为电子蚀刻剂，在微电字技术领域中得到应用。此外，SF6气体还具有较大的气体分子量、较强的分子间作用力及较高的临界温度等特性。

1.2较好的绝缘性能和散热性能

与空气相比，SF6气体的电负性较高，约为其几十倍，因此，相比于空气，SF6气体具有较好的绝缘性能。在均匀电场中，SF6气体的击穿电场强度高于空气，当参数相同条件下，电力设备采取SF6气体可极大的缩小其体积。SF6气体与空气的传导性能类似，但其对流散热性能远远大于空气。

1.3较好的灭弧性能

SF6电弧的弧芯为高温，弧焰为低温。处于相同的条件中，与空气相比，SF6气体的电弧电压梯度为其一半。因此，较小的电弧电压梯度及电弧功率，导致其有利于熄灭电弧。在较小的电流条件下，SF6气体中的电弧依然能使弧芯保持导电。SF6气体所具有的高电负性，使弧隙温度在电流过零后，具有较快的正负离子复合过程，从而快速恢复其绝缘强度。

2.SF6气体对环境的危害

《京都议定书》对SF6气体进行了限制排放规定，并指出发达工业国家应将造成温室效应气体的产生量大大降低。不同于其它的卤族元素，虽然SF6气体不会破坏臭氧层，但依然被认定为温室效应气体。

甲烷、二氧化碳、SF6等气体可吸附从地球表面反射的红外辐射，并将其聚集在大气层中，从而导致地球具有较少的热量散发，最终提升对流层的温度。相比于其它气体，SF6气体对于红外辐射具有较高的吸收功率。CO₂、O₂、H₂O等温室效应气体，对于波长为8~12μm的红外线具有较小的吸收率。处于该段波长区域的红外线，具有较高的穿透率。SF6虽具有较少的气体总量，而其红外线吸收光谱处于8~12μm之间，因此具有较为显著的温室效应。此外，SF6气体在大气中的稳定性较高，因此，即使自然界中的SF6气体量不大，仍然具有较为严重的温室效应作用。

3.SF6气体在高压开关设备中的应用前景

3.1强化对全过程的气体管理

不同于CO₂和甲烷等温室效应气体，SF6气体在开关设备中的应用，处于全密封的状态，加强管理可极大的降低气体的泄漏。如欧洲的CAPIEL机构将SF6气体的制造、应用、维护及回收过程，制定了链式管理原则，而且为了明确各个阶段的责任，还制定了“拥有者”原则及“拥有者转移”原则。日本电协院也将SF6气体在电力方面的的使用制定了相关标准。并对气体在各个阶段的回收情况进行了规定。为降低气体的排放量，控制回收气体的压力小于0.015Mpa，销毁设备时的回收压力低于0.005Mpa。

当前，我国仍无制定相关法规，但多数电力公司基于经济角度，创建了SF6气体再利用体系。例如，安徽省电力公司针对SF6气体的回收再利用，制定了全过程管理模式—分散回收、集中处理、综合检测、合理利用，并创造了可观的经济效益和环保效益。

3.2加强研究SF6气体的替代品

在选择替代气体时，需依据以下原则进行：（1）理化性质。无毒性、较低的液化温度及稳定的化学性能。（2）环境基准。臭氧层破坏指数为0、较短的大气寿命、较小的地球温度变化系数。（3）绝缘性能。较高的临界电场、局部放电情况下，无分解产物生成。（4）开断性能。良好的电弧稳定性及热开断性能。（5）经济性能。价格低廉、供给充足。当前，仍未研制出满足以上原则的替代品。开关设备也在研究无SF6气体条件下的绝缘特性，以求实现无SF6化。目前24kv充氮气的产品投入运行，而一些工厂也开始研制36kv的产品。具有CO

₂气体的GIS也已在高压领域中出现。在绝缘和开断设备中，CO₂也得到更多的应用。

4.结语

从长期发展来看，SF6产品在中国市场将具有较快的发展步伐。着眼于当前市场发展趋势及电力工业的规划，我国电力建设将得到快速发展，大于126kv的GIS及气体绝缘管体设备将具有较好的发展前景。当前，仍需加强研发SF6的替代品，并降低对SF6气体的使用。此外，为了达到环保的目的，还需针对SF6气体的使用和回收问题，制定科学的应用和管理条例，以此来实现经济效益和环保效益的双赢局面。

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作者简介：高传璐（1988-10-31），男，汉族，籍贯：山东省肥城市，当前职务：员工，当前职称：助理工程师，学历：大专，研究方向：电气工程