SF6氣體已有百年歷史,它是法國兩位化學家Moissan和Lebeau于1900年合成的人造惰性氣體,1940年前后,美國軍方將其用于曼哈頓計劃(核軍事)。1947年提供商用。當前SF6氣體主要用于電力工業中。SF6氣體用于4種類型的電氣設備作為絕緣和/或滅弧;SF6斷路器及GIS(在這里指六氟化硫封閉式組合電器,國際上稱為“氣體絕緣開關設備”(Gas Insulated Switchgear))、SF6負荷開關設備,SF6絕緣輸電管線,SF6變壓器及SF6絕緣變電站。80%用于高中壓電力設備。
其無色無臭無味,密度大約是空氣的5倍,化學性質穩定,微溶于水、醇及醚,,可溶于氫氧化鉀。不與氫氧化鈉、液氨、鹽酸及水起化學的反應。
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100倍,是一種優于空氣和油之間的新一代壓絕緣介質材料。六氟化硫以其良好的絕緣性能和滅弧性能,如:斷路器、高壓變壓器、氣封閉組合電容器、高壓傳輸線、互感器等。電子級高純六氟化硫是一種理想的電子蝕刻劑,被大量應用于微電子技術領域。冷凍工業作為制冷劑,制冷范圍可在-45℃~0℃之間。電氣工業利用其很高介電強度和良好的滅電弧性能,用作高壓開關、大容量變壓器、高壓電纜和氣體的絕緣材料。
雖然六氟化硫本身對人體無毒、無害,但它卻是一種溫室效應氣體,其單分子的溫室效應是二氧化碳的2.2萬倍,是《京都議定書》中被禁止排放的6種溫室氣體之一。當今世界六氟化硫的排放量極少,對溫室效應的貢獻相比于二氧化碳而言完全可以忽略;但出于長久的環保,如何合理、正確的回收凈化六氟化硫氣體,是須解決的問題。
六氟化硫氣體的毒性主要來自5個方面。
1、電器設備內的六氟化硫氣體在高溫電弧發生作用時而產生的某些有毒產物。
2、六氟化硫產品不純,出廠時含高毒性的低氟化硫、氟化氫等有毒氣體。
3、電器設備內的六氟化硫氣體及分解物與電極(Cu-W合金)及金屬材料(AL、Cu)反應而生成某些有毒產物。
4、電器設備內的六氟化硫氣體分解物與其內的水分發生化學反應而生成某些有毒產物。
5、電器設備內的六氟化硫氣體及分解物與絕緣材料反應而生成某些有毒產物。如與含有硅成分的環氧酚醛玻璃絲布板(棒、管)等絕緣件;或以石英砂、玻璃作填料的環氧樹脂澆注件、模壓件以及瓷瓶、硅橡膠、硅脂等起化學作用,生成SiF4、Si(CH3)2F2等產物。
為保障設備運行,SF6氣室會裝有SF6密度繼電器,我們知道,同一純度下直接測量氣體密度是通過氣體質量、體積,而工況卻無法測量。為此工程師們設計了另一種間接反應SF6密度的方法,即測量氣室內壓力、溫度,其工作原理是通過測量容器內壓力、溫度,通過同樣條件下實測參數進行標定,從而間接反映氣室內SF6密度情況。該方法被廣泛應用在檢測SF6氣室因大量泄露而導致的人員及設備。而SF6微量泄露卻無法通過本方法實時監測。
純凈的SF6氣體雖然無毒,但在工作場所要防止SF6氣體的濃度上升到缺氧的水平。SF6氣體的密度大約是空氣的五倍、SF6氣體如有泄漏必將沉積于低洼處,如電纜溝中。濃度過大會出現使人窒息的危險,設計戶內通風裝置時要考慮到這一情況。
在電弧作用下SF6的分解物如SF4,S2F2,SF2,SOF2,SO2F2,SOF4和HF等,它們都有強烈的腐蝕性和毒性。因此在電力系統GIS等應用SF6的工作場所,要加裝SF6氣體泄漏監測設備。
SF6氣體泄露監測的主要方法有以下五種:
SF6氣體泄露監測的主要方法有以下五種:
1)電化學技術(TGS830、TGS832)費加羅傳感器或鹵素氣體傳感器。
電化學技術的原理是被檢測氣體接觸到200°C左右高溫的催化劑表面,并與之發生相應的化學反應,從而產生電信號的改變,以此來發現被檢測氣體。電化學技術其成本低、壽命長、結構簡單,可以連續工作的特點。但其檢測分辨率較低,無法發現微量泄露。
2)高壓擊穿技術。
電擊穿技術是從SF6在電力上的典型應用——作為絕緣氣體應用在GIS開關柜中演變而來的。其工作原理是根據SF6氣體絕緣的特性,從置于被檢測空氣中的高壓電極間電壓的變化來判斷空氣中是否含有SF6氣體。因其結構相對簡單,成本低,檢測精度相對高的特點。該方法壽命短、溫度漂移大、濕度和粉塵影響大,鹵素類氣體對其有干擾,不適用于在線式系統。
3)紅外光譜技術
紅外光譜吸收技術(又稱激光技術)的原理是SF6作為溫室氣體,對特定波段的紅外光有很強烈的吸收特性。紅外光譜技術的特點是成本高,結構復雜,靈敏度高,不受環境的影響和干擾,對環境的溫度和濕度的變化所帶來的檢測誤差很小,由于其是采用主動抽取測試點氣體的原理,帶來的效果是發現泄漏早,反應迅速。同時系統結構對工程實施中的布線也帶來了很大的方便。
4)電子捕獲ECD原理
電子捕獲檢測器(electron capture detector),簡稱ECD。 電子捕獲檢測器也是一種離子化檢測器,它是一個有選擇性的高靈敏度的檢測器,它只對具有電負性的物質,如含鹵素、硫、磷、氮的物質有信號,物質的電負性越強,也就是電子吸收系數越大,檢測器的靈敏度越高,而對電中性(無電負性)的物質,如烷烴等則無信號。
5)超聲波法
超聲波在固定距離中傳播時間是跟聲波所通過的介質有一定的關系,理論上,當不同濃度SF6與空氣混合后,通過固定距離所需時間與SF6濃度存在一定的關系,通過所需時間長短直接反應SF6氣體濃度。缺點:超聲波易受濕度、溫度影響非常大,微量SF6的信號也是很微弱的,容易被空氣的濕度或溫度的變化所干擾,因此,在測低濃度時易造成誤報或不報,適合高濃度檢測。通過大量檢測,當SF6濃度達10000ppm以上,超聲波法檢測比較可靠。
5)超聲波法
超聲波在固定距離中傳播時間是跟聲波所通過的介質有一定的關系,理論上,當不同濃度SF6與空氣混合后,通過固定距離所需時間與SF6濃度存在一定的關系,通過所需時間長短直接反應SF6氣體濃度。缺點:超聲波易受濕度、溫度影響非常大,微量SF6的信號也是很微弱的,容易被空氣的濕度或溫度的變化所干擾,因此,在測低濃度時易造成誤報或不報,適合高濃度檢測。通過大量檢測,當SF6濃度達10000ppm以上,超聲波法檢測比較可靠。
參考資料
1. 六氟化硫——MSDS .
2. 化學性質——化工詞典 .
3. 制備——化工詞典 .
4. 六氟化硫氣體對人類環境的影響 .六氟化硫 [引用日期2014-09-16] .
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