氣體絕緣開關設備(GIS)之維護和檢查 (二)

2015.03.15

在都市地區,氣體絕緣開關設備(GIS,GAS Insulated Switchgear)已多數取代傳統開關場的油斷路器(OCB)與空斷開關(ABS)及匯流排。
 
而六氟化硫(SF6, Sulfur Hexafluoride)由於具備優良的絕緣特性,加上有不燃性、防爆性、高安全性等特性,而被發展應用作為氣體絕緣開關設備(GIS)及氣體絕緣變壓器(GIT)消弧及絕緣之媒介。
 
本期內容我們將針對六氟化硫(SF6, Sulfur Hexafluoride),以下簡稱SF6氣體,一些基本特性做介紹。
 

六氟化硫(SF6)氣體的基本特性

 
六氟化硫(SF6)氣體是由法國兩位化學家Moissan & Lebean)於1900年合成發現,六氟化硫(SF6)氣體的分子由一個硫原子和六個氟原子所組成,為八面體對稱結構,如下圖所示,是一種不燃燒、無毒、無味、無色和化學結構極其穩定,類似惰性元素的氣體,分子量146,比重6.139g/L。
 
 
六氟化硫(SF6)氣體在常溫、常壓和較高溫度下,化學性質穩定。在低於1800℃ 情況下不與高壓電氣設備的任何製造材料發生反應;本身的氣體分解溫度5000℃,高於電氣設備的最高允許溫度1500℃,而氣態穩定。
 
六氟化硫(SF6)氣體的擊穿過程與空氣相似,所不同的是六氟化硫(SF6)氣體中的氟是鹵族元素,易於吸收自由電子形成負離子同時釋放電子的親合能,具有很強的電負性。
 
與自由電子相比,負離子重量大,平均自由行程短,在兩次碰撞之間的自由行程中獲得的動能和漂移的速度小,另一方面它和分子發生彈性碰撞又容易損失原來累積起來的能量。
 
因此,負離子要累積足夠的能量並導致氣體進一步碰撞電離的可能性極小。
 
其次,六氟化硫(SF6)​​​​​​​氣體分子的半徑比空氣中的氧氣和氮氣分子的大,使得自由電子在六氟化硫(SF6)氣體中的平均自由行程縮短能量不易累積從而減弱碰撞電離能力。
 
在六氟化硫(SF6)​​​​​​​氣體中,正是由於電子的淨碰撞電離系數很小,遷移率低的負離子又極易與正離子結合為中性分子,因此六氟化硫(SF6)​​​​​​​氣體的絕緣強度很高。
 
在電弧(幾千度)情況下,分解為S和F的原子氣,但電弧一旦解除,便在10-5~10-6秒之內複合成SF6
 
六氟化硫具有良好的電氣絕緣性能及優異的滅弧性能,其耐電強度為同一壓力下氮氣的2.5倍,擊穿電壓是空氣的2.5倍,滅弧能力是空氣的100oytr,在大電流開斷的試驗中,SF6氣體的開斷能力是空氣的2~3倍。
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