六氟化硫斷路器

六氟化硫斷路器是利用六氟化硫 (SF6)氣體作為滅弧介質和絕緣介質的一種斷路器。簡稱 SF6斷路器。六氟化硫用作斷路器中滅弧介質始於20世紀50年代初。由於這種氣體的優異特性，使這種斷路器單斷口在電壓和電流參數方面大大高於壓縮空氣斷路器和少油斷路器，並且不需要高的氣壓和相當多的串聯斷口數。在20世紀60～70年代，SF6斷路器已廣泛用於超高壓大容量電力系統中。80年代初已研製成功363千伏單斷口、550千伏雙斷口和額定開斷電流達80、100 千安的SF6斷路器。

基本介紹

• 中文名：六氟化硫斷路器
• 外文名：Sulfur hexafluoride circuit breakers
• 結構形式1：瓷柱式結構
• 結構形式2：罐式結構
• 絕緣介質：SF6氣體

簡介

六氟化硫斷路器是利用SF6氣體為絕緣介質和滅弧介質的無油化開關設備，其絕緣性能和滅弧特性都大大高於油斷路器，由於其價格較高，且對SF6氣體的套用、管理、運行都有較高要求，故在中壓（35、10kV）套用還不夠廣，主要套用於110kV以上的電壓等級。

六氟化硫斷路器

結構形式

①瓷柱式結構：取積木式，系列性強，可用多個相同的單元滅弧室和支柱瓷套組成不同電壓等級的斷路器。中國FA4－550型SF6斷路器為瓷柱式結構,其額定電壓為500千伏，最高工作電壓為550千伏。斷路器由三個獨立的單相和一個液壓、電氣控制櫃組成。每相由兩個支柱瓷套的四個滅弧室（斷口）串聯而成。在每個支柱瓷套頂部裝著兩個單元滅弧室，為120°夾角V形布置,兩個均壓並聯電容器為水平布置。這種結構布置既考慮到結構的機械應力狀態，又照顧到絕緣的要求。滅弧室和支柱瓷套內均充有額定壓力的 SF6氣體。瓷柱式斷路器使用液壓操作機構。液壓機構的控制和操作元件以及線路均設於控制櫃內。每相斷路器的下部裝有一套液壓機構的動力元件，如液壓工作缸等。滅弧室由液壓工作缸直接操動。支柱瓷套內裝有絕緣操作桿，操作桿與液壓工作缸相連線。

②罐式結構：採用了箱式多油斷路器的優點，將斷路器與互感器裝在一起，結構緊湊，抗地震和防污能力強,但系列性較差。中國LW-220型罐式SF6斷路器單相結構如圖。此種斷路器為三相分裝式。單相由基座、絕緣瓷套管、電流互感器和裝有單斷口滅弧室的殼體組成。每相配有液壓機構和一台控制櫃，可以單獨操作，並能通過電氣控制進行三相操作。斷路器採用雙向縱吹式滅弧室,分閘時,通過拐臂箱傳動機構，帶動氣缸及動觸頭運動。滅弧室充有額定氣壓為6表壓(20℃)的SF6氣體。

性能特點

阻塞效應

充分發揮氣流的吹弧效果，滅弧室體積小、結構簡單、開斷電流大、燃弧時間短，開斷電容或電感電流無重燃或無復燃，過電壓低。

電氣壽命長

50kA滿容量連續開斷可達19次，累計開斷電流可達4200kA，檢修周期長，適於頻繁操作。

絕緣水平高

六氟化硫氣體在0.3MPa氣壓時，通過了各種絕緣試驗並有較大裕度。累計開斷電流3000kA以後，在0.3MPa氣壓下每個斷口還可耐受工頻電壓250kV達1 min，將六氟化硫氣體減至零表壓仍可耐受工頻電壓166.4kV5 min。

密封性能好

六氟化硫氣體含水量低；滅弧室、電阻和支柱分成獨立氣隔，現場安裝時不用打開，安裝好後用自動接頭連通；安裝檢修方便，並可防止髒物和水分進入斷路器內部。

自我保護

液壓機構內的信號缸可實現對斷路器的自我保護：有密度繼電器監視六氟化硫氣體泄漏；有壓力開關和安全閥監視液壓機構壓力，保護液壓系統安全。液壓機構採用了可防止 "失壓慢分"的閥系統，本體上就可進行機構閉鎖，保證運行安全。控制迴路中採用了兩套分閘電磁鐵和防跳保護，保證操作準確無誤。

操作功率小

機構工作缸與滅弧動觸頭的傳動比為1：1，機構特性穩定。機構特性穩定性可達3000次，機構壽命研究試驗做到10000次，操作噪聲小於90dB。

六氟化硫特性

物理特性

SF6作為一種絕緣氣體，具有很多優點，是一種無色、無味、無毒、不可燃的惰性氣體，並有優異的冷卻電弧特性，特別是在開關設備有電弧高溫的作用下產生較高的冷卻效應，避免局部高溫的可能性。SF6的絕緣性能遠遠超過傳統的油、空氣絕緣介質。其用於電氣設備中，可以縮小設備的尺寸，提高設備絕緣的可靠性。其缺點是在電弧放電時，分解形成硫的低氟化合物，不但有毒，且對某些絕緣材料和金屬具有腐蝕作用。

SF6是一種比較重的氣體，在相同條件下，其密度是空氣的5倍，其壓力與溫度的關係遵循理想氣體定律。臨界溫度是SF6氣體出現液化的最高溫度，臨界壓力表示在這個溫度下出現液化所需的氣體壓力。SF6隻有在溫度高於45℃以上時，才能保持氣態，在通常使用條件下，它有液化的可能性，因此SF6不能在過低溫度和過低壓力下使用。

SF6的優良導熱性能，是形成SF6滅弧性能的原因之一。SF6的導熱性好可歸結為兩種原因，一是SF6的分子量大，比熱大，其對流的傳熱能力優於空氣，二是在高溫下產生的冷卻效應。

化學特性

SF6氣體本身的化學效應是非常穩定的，並且有著非常高的絕緣強度。在大氣壓力下和溫度至少在500℃以內，SF6具有較高的化學穩定性，在正常溫度範圍內，其與電氣設備中常用的金屬是毫無反應的。SF6分解的危險溫度是600℃左右，此時SF6分解形成硫的低氟化合物，因此，SF6至少在電氣設備的A級絕緣溫度，即105℃以內是相當穩定的。

電氣特性

SF6是一種具有高介電強度的介質。在均勻電場下，SF6的介電強度約為同一氣壓下空氣的2、5~3倍，在3個大氣壓下其介電強度與變壓器油相當。實踐證明：在空氣摻入少量六氟化硫氣體，空氣的絕緣強度顯著提高；相反，在六氟化硫氣體中加入少量的空氣則六氟化硫氣體的絕緣強度也會明顯下降。由於SF6的介電強度高，因此，在對相同電壓等級和和開斷電流相近的斷路器，SF6的串聯斷口數要少，例如我國研製的LR－220型SF6斷路器，單斷口電壓為220KV；又如500KV的少油斷路器為6~8個斷口，而SF6斷路器只有3~4個斷口。SF6的電暈起始電壓比空氣高得多，介電強度與所加電壓的頻率無關，但是應該引起注意的是電場均勻性、雜質、電極的形狀和不規則性等，對SF6的介電強度均有一定強度。SF6氣體中的水分對絕緣將發生影響。SF6中所含水分超過一定濃度時使SF6在溫度達200℃以上就可能產生分解，分解的生成物中有氫氟酸，這是一種有強腐蝕性和劇毒的酸類。此外，水分的凝結對沿邊絕緣也有害的。因此，在SF6的電氣設備中，應嚴格控制水分的含量。

注意事項

1. 常溫下SF6氣體是非常穩定的，但水分較多時，200°C以上就有可能產生分解，分解的生成物中有氫氟酸，是一由很強的腐蝕性和劇毒的酸類，水分的危害更主要的是在電弧高溫作用下SF6氣體分解過程中所引起的化學反應，化學反應中最後的生成物也都是隨水分含量增大而增加。為了限制有毒物質的生成量，必須限制SF6氣體中的水分含量。
2. 水分對絕緣的影響，絕緣件表面出現凝露會對絕緣性能帶來不利影響。通常氣體中混雜的水分以水蒸氣形式影響。在溫度驟降時，可能冷凝成露水附在絕緣件表面，出現沿面放電事故。