氣封絕緣開關設備(GIS)之維護和檢查 (三)

2016.09.15

六氟化硫(SF6)氣體的基本認識

 

六氟化硫(SF6)的電氣特性

 
由於六氟化硫(SF6)的特性比空氣及礦油來得好,因此可被用來做為電力開關設備與變壓器的絕緣及冷卻材料,六氟化硫(SF6)氣體的特性著重於本身的氣體壓力及氣體密度。
下圖為六氟化硫(SF6)氣體與空氣及礦油的AC崩潰電壓(AC Breakdown Voltage)比較曲線。
SF6氣體的AC擊穿電壓
由上圖可看出六氟化硫(SF6)氣體的AC擊穿電壓值約為空氣的2~3倍,且幾乎和礦油相同,另一方面,六氟化硫(SF6)的衝擊擊穿電壓見下圖,它的值約為空氣的2~3倍,但是略小於礦油。
根據六氟化硫(SF6)氣體的特性,儘管通常乾式變壓器的衝擊耐壓BIL使用較低等級(減級),但值得注意的是六氟化硫(SF6)氣體絕緣變壓器在衝擊突波進入時,其衝擊絕緣耐壓能力是和油入式變壓器相同的。
由於都會區的電力電纜佈設有助於緩和衝擊突波電壓,因此提供了六氟化硫(SF6)氣體絕緣變壓器在都會區使用的有利條件。
SF6氣體的衝擊擊穿電壓
 

(1) 六氟化硫(SF6)對衝擊波的絕緣耐壓

 
在均勻電場時交流破壞電壓與氣壓之關係,顯示當壓力上升時,破壞電壓亦提高,但是有飽和的趨向,如果在不均勻電場,當不均勻的程度不太厲害,衝擊波的絕緣耐壓較交流破壞電壓的波頂值還高出許多。
不均勻的程度厲害時,如在突起側如正電壓,其所得結果正相反,衝擊波比值將比1更低。
 

(2) 六氟化硫(SF6)的啟斷能力

 
六氟化硫(SF6)的消弧原理與絕緣油,壓縮空氣等將弧光空間冷卻,吹散離子,更換新的絕緣物質等同原理外,最主要的是六氟化硫(SF6)​​​​​​​分子顯著的電子親和性。也就是說六氟化硫(SF6)​​​​​​​在電弧中與電離子結合,六氟化硫(SF6)​​​​​​​負離子與六氟化硫(SF6)​​​​​​​正離子再結合成六氟化硫(SF6)中性離子。
尤當啟斷電流在零值時,有一種共鳴性再結合作用非常顯著,使六氟化硫(SF6)在消弧能力可以大為發揮。
若短距離故障(SLF)時,六氟化硫(SF6)氣吹較N2(或空氣)氣吹,可達數十倍再襲電壓上昇率下故障電流啟斷的能力。
所謂啟斷過程,也可說是電弧空間的導電性減少,回復到絕緣耐壓的過程,此種導電性減少的速度則由電弧時間常數決定,六氟化硫(SF6)的成份多時,電弧時間常數減小,即恢復絕緣的速度極快。
六氟化硫(SF6)中的電弧在電流很小時亦有非常安定的連續性,故截流值甚低,不易發生異常電壓及再發弧的現象。
 

(3) 六氟化硫(SF6)的絕緣品質

 
對一種物體而言,由六氟化硫(SF6)所提供的絕緣需視其品質和數量而定。
在運轉的斷路器中六氟化硫(SF6)品質應具備下列二因素:
 
a. 充填物的純度。
b. 啟斷短路電流時,所產生的電弧使六氟化硫(SF6)的組織發生變化。
 
IEC60376標準對六氟化硫(SF6)之充填等級規定某些不純物的最大容許極限(例如空氣<500ppmw,濕氣<15ppmw),實際上,濕氣對於任何絕緣的強度(rigidity),具有高度的破壞性。
使用六氟化硫(SF6)作絕緣設備,可由下列二項中明瞭潮濕之有害程度:
 
a. 在溫度下降時,濕氣的液化將使電介質的絕緣能力迅速減少。
b. 由電弧所引起的六氟化硫(SF6)之分解將在許多材料中產生腐蝕性物質。
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