9 SF6气体中电弧.pptVIP

作业题 为什么要选用六氟化硫气体作为高压断路器中的介质？ 在六氟化硫断路器中，对电弧进行吹弧的主要目的是什么？为什么？ 分别叙述直流电弧、交流电弧和六氟化硫气体中电弧的熄灭原理与措施，这些灭弧原理与措施在本质上有无区别？ 补充1、空气电弧的熄灭原理 空气中的电弧又称空气电弧，它是一种开放性电弧，简称开弧。它是高气压下氮气中的电弧。隔离开关和相地、相间短路的电弧都属于开弧 1、开弧的熄灭原理：电路方程与电弧的伏安特性无交点 利用电动力、风力和增加开距的方法拉长电弧 2、磁吹灭弧 原理：利用电磁力将电弧吹入灭弧装置而灭弧 a、绝缘板式灭弧槽：灭弧槽由耐热绝缘材料制成，电弧在灭弧槽中被拉长、冷却 b、金属板式灭弧槽：灭弧槽由金属板制成，电弧在灭弧槽中被拉长、冷却，同时长弧变成多个短弧串联，电弧电压增大 3、压缩空气的气吹灭弧 气吹灭弧原理：利用压缩空气在喷口处形成一股高速气流对电弧进行强烈气吹和冷却，从而熄灭电弧。属于等熵冷却。 气吹灭弧的能力是按开断最大的电流来设计的，在开断电感性的小电流时，因灭弧能力强，常会引起截流过电压当开断电流超过设计电流，电弧等离子体的能量和压力都增大，会出现吹不动的现象，称为气流堵塞现象，表明已超过极限开断能力 补充2、油中电弧的熄灭原理 电弧的高温将变压器油分解成主要成分为氢气的气体，这些气体包围电弧成为气泡，所以油中电弧实际上是氢气中的电弧 氢气的导热系数比空气高十几倍，可利用热传导冷却灭弧 灭弧方式有两种：自能气吹和外能气吹 1、自能气吹：利用电弧自身的能量产生和提高灭弧室内的气压，约25~30%的电弧能量用于分解气体 2、外能气吹：利用外界的能量推动活塞，提高灭弧室的气压 9. SF6气体中的电弧 SF6气体是目前高压电器中最优良的灭弧和绝缘介质 9.1 SF6气体的主要物化性能 （1）分子量大，比空气重 （2）纯净的SF6无色、无味、无毒，化学性能稳定 （3）在高温作用下生成的低氟化物有剧毒；与水分子作用生成的低氟化物有强烈的腐蚀性，所以必须防止泄漏，并使用吸附剂 （4）在高气压下， SF6气体的液化温度较高，由于SF6液 体的绝缘与灭弧性能劣化，所以必须避免其液化 SF6气体是一种温室气体，其温室效应系数是CO2的23900倍 9.2 SF6气体的主要电学性能 （1）作为绝缘介质，其绝缘强度高 a. 在均匀电场中，6-8个大气压的SF6气体的击穿电压是空气的三倍 b. 在稍不均匀电场中， SF6气体的绝缘性能比均匀电场中的稍差 c. 在极不均匀电场中， SF6气体的优良绝缘性能将劣化，所以应避免使用在极不均匀电场的场合。在高压电器中，应采用同轴的电极结构，设计成稍不均匀电场 (2)作为导体时电导率高 SF6气体中的电弧特性取决 于SF6分子的分解能、电离能和 高温下的定压比热、热传导、 电导率等性质 a. 1atm时，SF6气体的分解和电 离温度低， 由图可见，在2000K 时SF6大分子分解为低氟化物和 氟、硫原子达到高峰，在3000K 时硫原子开始电离， 5000K时硫 原子电离已很显著，电离度高， 所以带电粒子多，电导率高 与空气中电弧对比： 当温度高于8000K后，空气中氮原子和氧原子才开始电离，其电离温度比硫原子的高5000K，其原因取决于他们的电离能： S: 10.36 eV ; F: 17.4eV; O: 13.61 eV; N: 14.54 eV 可见硫原子的电离能最低 电离度与电导率高 →Ea 、 Ua↘ 结论： 电离温度低→电离度X↗ →电导率↗ →Ea、Ua↘ → →电弧能量↘ 弧芯温度↘→弧柱总热量↘→易于冷却灭弧 SF6气体中电弧的伏安特性曲线 （3）从导体转化为绝缘体的过程迅速 这一过程取决于SF6气体及低氟化物在高温下的优异的热特性（定压比热和热导率）。 a. 高温下SF6气体的定压比热特性 在高温下，空气和SF6气体分解和电离温度的不同，导致其不同的定压比热特性。 气体分子的分解和电离都要消耗能量，一个 SF6 分子分解成硫原子和氟原子的分解能是22.4eV，而硫原子和氟原子的电离能分别是10.36eV和17.4eV。随着温度升高，SF6气体依次发生分解和电离，分解和电离所消耗的能量就体现在气体的定压比热大大增加，形成相应的分解峰和电离峰。 空气和SF6气体在高温下的定压比热特性对比 分解峰 电离峰 分解峰 电离峰 这两个曲线都是在电弧等离子体平衡态的条件下得到的，当外界电源供给的能量发生变化时，借助于粒子间的碰撞，等离子体从一个状态变到另一状态需要有一个响应的时间，称为平