核心词：
PTYA 铁路 信号 电缆 SF6气体是一种化学性能十分稳定的气体,是一种无味、无色、无毒、不燃烧、也不助燃的非金属化合物,在常温、常压下呈气态。
SF6气体的临界温度为45.64℃(临界温度表示气体可以被液化的最高温度),临界压力为3.8MPa(临界压力表示在气体临界温度下出现液化所需的气体压力)。在常温下,SF6气体的热导率(导热系数)比空气低30%,但由于其分子量大,热容量大,如果包括对流作用,总的热传导能力远比空气强。SF6气体是一种高绝缘强度的气体,在均匀电场中,压力为0.01MPa时,其绝缘强度为空气的2-3倍;当压力为0.3MPa时,其绝缘强度就相当于变压器油,这个比率随着压力的增大还会增大。SF6气体在电弧的高温作用下而分解成低氟化合物,但电弧电流过零时,低氟化合物则急速再结合成SF6气体,故弧隙介质强度恢复过程极快。又由于SF6气体分子量大,热容量高,与采用空气作为绝缘介质的情况相比,可保持较低的温度。一旦发生短路,它能有效地吹弧冷却使电弧熄灭,SF6总的灭弧能力相当于同等条件下空气灭弧能力的100倍加左右。气体在不流动时,可以用三个参数来代表它所处的状态,即三个状态参数:压力、密度和温度。气体的压力:在工程上习惯用kgf/cm2做单位,即工程大气压,国际单位制常以帕或巴表示。表压力是在大气环境中用表计测量的读数压力,其零点就是大气压力。工程实用中多以表压力计数,而在作气体参数计算时必须用绝对压力,其差值为1个大气压,约为0.1MPa。气体的温度:温度的单位与日常用的℃略为不同,使用的是绝对温度K。虽然有一经验公式可用来较为准确地计算SF6气体的状态参数,但在工程实用中利用这一公式计算起来太麻烦,所以常用SF6气体状态参数曲线来进行相关的分析、研究。当环境(气体)温度改变时,气体压力将沿密度不变的斜直线变化(因为断路器里的气体重量及体积都不改变)。经过20℃的工作点S,作一条与相邻两直线等比例的直线TSR、与临界线AFB相交于R点,这一点就代表温度下降而出现凝结的状态参数,因交点R处于F点以上,故凝结成液体,是为液化点。从以上可以看出,液化温度与断路器的工作压力有关,工作压力越高,其液化温度也越高。用SF6气体作为绝缘和灭弧介质的断路器,具有绝缘强度高,灭弧能力强、开断容量大,开断小电感电流、电容电流的性能也相对较好。尽管SF6具有各种良好的特性,并被广泛应用,但SF6气体的临界温度很高,即只有在温度高于45℃以上才能恒定地保持气态,所以在通常使用条件下它是有液化的可能的。因此,SF6气体是不能在过低温度和过高压力下使用的。而现在制造厂生产的SF6断路器的SF6压力大都在0.5-0.6MPa(表压),且在东北很多地区的冬季气温常在-30℃左右,这些情况的存在,使SF6断路器在东北等寒冷地区的使用受到了限制。结合本人的工作体会,仅从使用者的角度就高寒地区如何防止断路器内SF6气体液化谈一下自己的看法。SF6气体和其他气体混合时,只要比例适当,也能获得比较理想的绝缘和灭弧效果,可能还会具有更多的优点。根据已投入运行的产品的试验资料表明:SF6气体与CF4气体混合使用时与纯SF6气体相比较,SF6、CF4混合气体的绝缘开断能力和热开断能力都保持不变,而且,与以纯SF6气体作为绝缘和灭弧介质的SF6断路器相比,珲能在比较低的环境温度下使用;SF6气体与N2气体混合使用时与纯SF6气体相比较,SF6、CF4混合气体的绝缘开断能力和热开断能力都有所下降,从而引起了开断能力的下降。假如在同样的压力下,以纯SF6气体作为绝缘和灭弧介质的SF6断路器开断能力为40KA,而以SF6、N2混合气体作为绝缘和灭弧介质的SF6断路器要降低一个等级,开断能力为31.5KA。但是,如果使SF6、N2混合气体的充气压力略高于纯SF6气体的压力,就可以达到与纯SF6气体同样的开断能力,补救了这一不足,而且与以纯SF6气体作为绝缘和灭弧介质的SF6断路器相比,还能在比较低的环境温度下使用。目前SF6气体与N2气体或CF4气体的混合气体,被广泛应用在SF6断路器等高压电气设备中。实现了即保证断路器原有设计水平的开断能力,又在低温环境下不易液化,而且费用比较低廉。混合气体充气时,要首先充SF6气体,然后充CF4或N2气体,充气压力应按照20℃时的铭牌规定值严格控制。因为SF6气体与CF4气体或N2气体的密度值相差比较大,充气时进气口在下部,先充SF6气体,然后再充CF4气体或N2气体,可以使两种气体充分混合均匀,没有气体分层现象。否则,仅依赖于气体的自然扩散和对流,混合过程会很长。如果气体泄漏需要补充时,也是先充SF6气体,再充适量的CF4气体或N2气体,以得到较均匀的混合气体。如果安装时充气方法不当,混合气体比例达不到要求,失去混合气体的效果。如某站曾发现一台断路器在冬季低温时,气压显示为零,气温上来,气压上升,后经化验,氮气比例过小。混合气体断路器经过运行一段时间后,气体泄露比例是否与充气比例一致,有什么规律,未见试验数据,也没有运行经验报道,当需要补气时很难操作。如果断路器的某项检修需要断路器本体内排空混合气体时,气体的处理将发生困难:排放大气中,有害环境;气体回收再利用,
矿用通信电缆混合比例测定困难。虽然混合气体断路器可以解决低温气体液化,但由于运行维护中的气体处理问题尚没有好办法,特别是对于罐式断路器来说最好不采用这一方法。除了采用混合气体的方法来防止SF6断路器中SF6气体液化外,另外一种方法就是对SF6气体进行适当加热。在罐式断路器罐体外或支柱断路器底部与基础支柱之间的空间或在底部安装一个加热装置,当加热装置感应的温度低于一定温度时,加热装置自动投入,开始加热,热量通过断路器底部的金属外壳传递给断路器内部的SF6气体,加热装置外面用保温材料密封起来,可以防止热量散失,当加热装置内部温度达到一定温度时,温控装置自动停止,开始保温。通过上述措施,可以防止SF6气体压力由于环境温度下降而出现SF6气体液化的现象。根据罐体内气体的多少以及罐体外形等因素来选择适当容量的加热器。如加热器容量过大则会造成不必要的浪费,而且对回路中各无件的导流量要求也高;如加热器容量过小,在一定时间内不能使罐体内的气体温度上升至要求的数值,未能达到加热的目的。同时应做好保温措施,在SF6气室外面用保温材料密封起来,以防止热量散失,提高加热效果。加热系统启动温度选择过高时会造成不必要浪费,反之则造成该加热系统未能及时启动而造成SF6气体液化。应根据断路器所充气体的压力及断路器内导电部分发热等情况,结合SF6气体压力-----温度曲线设定合适的启动和停止温度(启动温度与停止温度之差一般设定在5℃左右)。例如,断路器所充气体压力(表压力)为0.5MPa时,PTYA铁路信号电缆根据SF6气体压力-----温度曲线,可以将启动温度设定为-30℃,返回温度设定为-25℃;若断路器所充气体压力(表压力)为0.6MPa时,其启动温度可设定为-25℃,返回温度设定为-20℃。加热系统是否启动、控制回路以及加热器本身状态是否完好等信息应能通过有效途径反馈给运行维护人员,使运行维护人员能够较为直观地对该系统进行监视,以便发生故障时能及时发现,及时处理,确保其运行的可靠性。采用混合气体作为断路器的灭弧、绝缘介质,在ABB、西门子等国外电气公司中已经获得应用,并取得多年的运行经验,我国的一些厂家也已逐渐开始研制并生产SF6/N2混合气体介质的断路器并安装使用,但SF6/N2混合气体介质断路器的检修工作尚未正式开始,这方面的技术还不够完善。虽然混合气体断路器可以解决低温气体液化,但由于运行维护中的气体处理问题尚没有好办法,特别是对于罐式断路器来说最好不采用这一方法。如采用对SF6气体加热的措施来防止液化,就目前对于支柱断路器而言,适合在寒冷地区使用的支柱式SF6断路器很少,更多的则是采用罐式断路器。而罐式断路器给气体加热容易实现,因此从这一点来说,采用对罐式断路器罐体内气体进行加热这一措施,应是北方冬天寒冷地区电网较好的的选择。
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